车联网汽车电子控制系统检修总结.doc

第一部分 引 言1.1定义 中国物联网校企联盟认为，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。” “传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。通常由敏感原件和转换元件组成。1.2常将传感器的功能 与人类5大感觉器官相比拟可分为：光敏传感器视觉，声敏传感器听觉，气敏传感器嗅觉，化学传感器味觉。敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。1.3主要分类 按用途：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。 按原理：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。 按输出信号：模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接转换）。开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 按其构成：基本型传感器：是一种最基本的单个变换装置。组合型传感器：是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。应用型传感器：是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。 按作用形式：按作用形式可分为主动型和被动型传感器。主动型传感器又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。1.4主要特性 传感器静态：传感器的静态特性是指对静态的输入信号传感器的输出量与输入量之间所具有相互系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 传感器动态：是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 第二部分 汽车上主要传感器简介2.1曲轴转速与位置传感器2.1.1 曲轴转速与位置传感器作用和工作原理 曲轴位置传感器的作用就是确定曲轴的位置，也就是曲轴的转角。它通常要配合凸轮轴位置传感器一起来工作来确定基本点火时刻。曲轴位置传感器通常安装在分电器内，是控制系统中最重要的传感器之一。其作用有：检测发动机转速，因此又称为转速传感器；检测活塞上止点位置，故也称为上止点传感器，包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。2.1.2 曲轴转速与位置传感器分类 曲轴传感器主要有三种类型：磁电感应式、霍尔效应式和光电式。1.磁电感应式： 磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）组成，转子随分电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式，转速转子为 24个齿。永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号，以及各缸的工作顺序，就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。2.霍尔效应式： 霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。3、光电式： 光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号和分电器轴一起转动，信号盘外圈有 360条光刻缝隙，产生曲轴转角 1 的信号；稍靠内有间隔 60 均布的 6 个光孔，产生曲轴转角 120 的信号，其中 1 个光孔较宽，用以产生相对于 1 缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0 。这些电压信号经电路部分整形放大后，即向电子控制单元输送曲轴转角为 1 和 120时的信号，电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。2.2 水温传感器2.2.1水温传感器结构和工作原理 结构：水温水位传感器由温控器部分与水位控制部分组成，与其配套的还有电动阀前的减压装置，及用于加热的旋转式消声加热器。 原理：容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出开关的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出开的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。2.2.2 水温传感器作用水温传感器的作用是把冷却水温度转换为电信号，输入ECU后有：1、修正喷油量；当低温时增加喷油量。2、修正点火提前角；低温时增大点火提前角，高温时，为防止爆燃，推迟。3、影响怠速控制阀；低温时ECU根据水温传感信号控制怠速控制阀动作，提高速转。4、影响EGR阀。2.2.3 水温传感器识别及检测 识别：热敏电阻式水温表由热敏电阻式水温传感器和双金属片组成，如图1所示。这其中，热敏电阻是水温信息的 发送件，双金属片电热丝为接收件，二者串联。发送件即水温传感器安装在水道中与冷却水接触，当水温低 时，热敏电阻值高，在回路中电流较小，电阻丝的发热量小，双金属片稍有弯曲，指示针在低温区(C区) 。当水温高时，热敏电阻值小，通过回路的电流较大，电阻丝的发热量较大，双金属片弯曲变形较大，指示 针指向高温区(H区)。 检测：在发动机水温低时，水温表水温传感器输人ECU的水温信息使空燃比变浓，从而使发动机工作稳定，如果此 时水温传感器不发生冷机状态信息，将会使空燃比变稀，导致发动机运转不正常。同样，如果暖机后发出冷 机信息，则将使空燃比变浓，发动机工作也不正常。2.2.4 水温传感器故障现象 当水温传感器出现故障时，往往冷车起动时显示的还是热车时的温度信号，ECU得不到提供过浓混合气的信号，只能供给发动机较稀薄的混合气(热车时的信号)，所以发动机冷车不易起动。这种情况需要检查水温传感器插头接触是否正常或更换水温传感器。 比如：读取该车静态发动机(所指的是冷车时)数据发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105，而此时(设定是冬天的温度)发动机的实际温度只有1，很明显，发动机ECU所收到的水温信号是错误的，说明水温传感器出现了问题。需要说明的是，传感器是一种汽车电路上的电子原器件，如果这个器件坏了，修复的余地不大，只有换了。如果你想测试一下，简单的方法是将水温传感器放到加热杯里加热(注意别淹没插头部分)，用万用表的“电阻档位”去测量，当温度升高时，电阻应该变小就对了，如果没有变化，则证明这个东西坏了。如果用用故障诊断仪检测这个部件，则需要再冷车时检测。 水温传感器的作用是把冷却水温度转换为电信号，输入ECU后有：1。修正喷油量;当低温时增加喷油量。2.修正点火提前角;低温时增大点火提前角，高温时，为防止爆燃，推迟。3.影响怠速控制阀;低温时ECU根据水温传感信号控制怠速控制阀动作，提高转速。2.3空气流量传感器 空气流量传感器，也称空气流量计，是电喷发动机的重要传感器之一。它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元(ECU），作为决定喷油的基本信号之一，是测定吸入发动机的空气流量的传感器。2.3.1 空气流量传感器结构 在电子控制燃油喷射装置上，测定发动机所吸进的空气量的传感器，即空气流量传感器是决定系统控制精度的重要部件之一。当规定发动机所吸进的空气、混合气的空燃比（A/F）的控制精度为1.0时，系统的允许误差为6%7%，将此允许误差分配至系统的各构成部件上时，空气流量传感器所允许的误差为2%3%。 汽油发动机所吸进空气流量的最大值与最小值之比max/min在自然进气系统中为4050，在带增压的系统的中为6070，在此范围内的，空气流量传感器应能保持23%的测量精度，电子控制燃油喷射装置上所用的空气流量传感器在很宽的测定范围上不仅应能保持测量精度，而且测量响应性也要优秀，可测量脉动的空气流，输出信号的处理应简单。 根据空气流量传感器特征的不同，将燃油控制系统按进气量的计量方式分为直接测量进气量的L型控制与间接计量进气量的D型控制（根据进气歧管负压与发动机的转速间接计量进气量。D型控制方式中的微机ROM内，预先储存着以发动机转速和进气管内的压力为参数的的各种状态下的进气量，微机根据所测的各运转状态下的进气压力与转速，参照ROM所记忆的进气量，可以算出燃油量L型控制所用的空气流量计与一般工业流量传感器基本相同，但它能适应汽车的苛环境，但对踏油门时出现的流量的急剧变化的响应要求及在传感器前后进气歧管的形状引起。2.3.2 空气流量传感器作用 空气流量传感器的种类较多，但就其测量原理的不同，大致分为三种：叶板式、涡流式和热线式空气流量传感器。由于三种传感器的结构差异，其单体故障检测各异，空气流量传感器，是L型（质量流量型）电子燃油喷射发动机中最主要的传感器之一。它测试进入汽缸的空气流量是用来确定发动机基本喷油持续时间和基本点火提前角的重要参数。因此，空气流量传感器单体的故障检测与分析，对电喷发动机是至关重要的。2.3.3 空气流量传感器故障检测 首先有故障诊断仪读取故障代码，读得两个故障代码：一个为第1缸不工作；另一个为空气流量传感器信号不良。经过断缸试验，发现第1缸不明显，为了进一步确认是否为点火线圈故障，将1缸和2缸的点火线圈进行互换，结果为2缸不工作，由此判定故障确实在点火线圈上。更换一个新的点火线圈后，清除故障代码，起动发动机，发动机怠速运转平稳，发动机加速有力。再次读取故障代码，发现空气流量传感器信号不良的故障代码却始终存在，无法清除。 在发动机怠速运转时，利用故障检测仪的数据流功能，查看空气流量传感器的数据，发现故障检测仪上显示的空气流量传感器信号为0；踩下加速踏板进行发动机加速，空气流量传感器信号仍然为0，说明无气流通过，发动机在正常运转，无气流通过是不可能的，唯一的可能性就是空气流量传感器或其线路出现故障。 首先有故障诊断仪读取故障代码，读得两个故障代码：一个为第1缸不工作；另一个为空气流量传感器信号不良。经过断缸试验，发现第1缸不明显，为了进一步确认是否为点火线圈故障，将1缸和2缸的点火线圈进行互换，结果为2缸不工作，由此判定故障确实在点火线圈上。更换一个新的点火线圈后，清除故障代码，起动发动机，发动机怠速运转平稳，发动机加速有力。再次读取故障代码，发现空气流量传感器信号不良的故障代码却始终存在，无法清除。接地电阻测试仪由此看来空气流量传感器可能存在问题。在发动机怠速运转时，利用故障检测仪的数据流功能，查看空气流量传感器的数据，发现故障检测仪上显示的空气流量传感器信号为0；踩下加速踏板进行发动机加速，空气流量传感器信号仍然为0，说明无气流通过，发动机在正常运转，无气流通过是不可能的，唯一的可能性就是空气流量传感器或其线路出现故障2.4 安全气囊传感器2.4.1 安全气囊传感器作用 安全气囊传感器一般也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。2.4.2 安全气囊传感器分类 按照结构的不同，碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动（滚动或转动）来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。2.4.3 安全气囊维修注意事项1.诊断维修SRS之前，应首先检查诊断代码，然后再脱开电瓶电缆，因为诊断代码是信息的重要来源。2.将点火开关打到OFF位置和从电瓶负极端子拆下电缆90s以后才能开始工作，因为安全气囊一般都配有备用电源，如果从电瓶上拆下负极电缆后不到90s就开始维修工作，气囊可能会充气张开。3.当负极端子从电瓶上脱开后，时钟和音响系统的存储内容都将消失。所以，在开始工作前，应将各存储系统的存储内容作好记录，在工作结束以后，应对音响系统重新设置，重新输入密码并调准时钟。4.即使只发生轻微的碰撞，而SRS并没有张开，也应仔细检查安全气囊、传感器、安全带收紧器、控制电脑以及电缆、插头等。5.在修理过程中，如果有可能会对车前传感器有冲击作用，则在修理前，应先将传感器拆下。6.不要拆卸和修理中央传感器、车前传感器、安全气囊、安全带收紧器以供重新使用，也不可使用其它车上的SRS配件。7.不要让安全气囊、传感器、安全带收紧器直接暴露在热空气或火焰中。8.如果传感器、安全气囊、安全带收紧器、控制电脑等元件的紧固件已经脱落或其外壳、托架、连接件有裂纹、凹陷或者有其它缺陷，都应予以更换。9.应用高阻抗仪表诊断系统故障。10.在SRS零部件上都有说明标牌，必须严格按照这些注意事项进行。在系统维修工作完成后，应检查SRS警告灯，看系统工作是否正常。11.已发生过碰撞且SRS已经充气张开的安全气囊、控制电脑、车前传感器、中央传感器、安全带张紧器等不可重复使用。12.安装传感器时，传感器上的箭头应指向车辆前方，有些车辆的车前传感器定位螺栓是经过防锈处理的，当传感器拆下时，最好换用新的定位螺栓。13.在接上连接器时务必将各种锁止机构可靠锁住，以防连接器松脱或者出现一些失灵代码。14.方向盘必须正确地装入转向柱内，否则会引起电缆接触不良，同时，螺旋形电缆应处于中间位置，否则极易在打方向盘时遭到损坏。15.放置安全气囊时不可重叠堆放，当拆下安全气囊时，应把它顶面朝上放置。如果安全气囊金属面朝上放置，安全气囊因某种原因突然充气张开时将会导致严重事故。 16.千万不要去测量安全气囊传爆管的电阻，因为这可能会使安全气囊张开，是非常危险的。同时，也千万不要去测量安全带收紧器的电阻，这也可能会使收紧器动作，也是非常危险的。2.5 ABS传感器2.5.1 ABS传感器简介 ABS传感器是应用在机动车，ABS系统中大多由电感传感器来监控车速，abs传感器通过与随车轮同步转动的齿圈作用， 输出一组准正弦交流电信号，其频率和振幅与轮速有关该输出信号传往ABS电控单元（ECU）, 实现对轮速的实时监控。2.5.2 ABS传感器分类1、线性轮速传感器：线性轮速传感器主要由永磁体、极轴、感应线圈和齿圈等组成。齿圈旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆输入ABS的电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。2、环形轮速传感器： 环形轮速传感器主要由永磁体、感应线圈和齿圈等组成。永磁体由数对磁极组成，在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆输入ABS的电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。3、霍尔式轮速传感器：齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。2.5.3 ABS检修注意事项 ABS电控单元对过电压、静电非常敏感，如有不慎就会损坏电控单元中的芯片，造成ABS失效。因此，点火精工关接通过时不要插或拔电控单元上的连接器；在车上进行电焊之前，要戴好防静电器（也可用导线一头缠在车体上），拔下电单元上的连接器后再进行电焊；给蓄电池进行专门充电时，要将蓄电池从车上拆下蓄电池电缆后再进行充电。 维修转带传感器时要十分小心，拆卸时注意不要碰伤传感器头，不要将传感器齿圈当撬面，以免损坏。安装时应先涂覆防锈油，安装过程中不可调敲击或作蛮力。一般情况下，传感器气隙是可调的（也有不可调的），调整时应用无磁性塞尺（如塑料或铜塞尺），当然也可以用纸片。 维修ABS液压控制装置时，切记要先泄压，再按规定进行修理，以免高压油喷出伤人。制动液至少每隔两年更换一次，最好是每年更换一次。这是因为DOT3乙二醇制动液的吸湿性很强，含水分的制动液不仅使制动系统内部产生腐蚀，而且会使制动效果明显下降，影响ABS的正常工作。注意不要使用DOT5硅酮制动液，更换和存储的制动液及器皿要清洁，不要让污物、灰尘进入液压系统。制动液不要沾到ABS电控单元和导线上。最后，要按规定的方式进行放气（与普通制动系统的放气有所不同）。 在进行ABS诊断与检查时，只要掌握检测仪器等专用工作的使用方法，按照维修手册中给的故障诊断图表诊断即可，可不拘泥于检查形式和步骤，目的是准确判断故障点。更换ABS零部件时，一定要选用该车型高质量正品配件，以确保ABS维修后能正常工作。第三部分 汽车传感器未来发展趋势 由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。 微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS(微电子机械系统)，微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐成熟，可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。多功能化是指一个传感器能检测2个或者两个以上的特性参数或者化学参数，从而减少汽车传感器数量，提高系统可靠性。集成化是IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有CPU，具有智能作用，以EC的复杂程度，减少其体积，并降低成本。 总之，随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器成为汽车传感器的主流。