检测传感技术在汽车上的应用.doc

概述0 课程简介1 发展历史汽车传感器最早使用是在20世纪60年代，那个时候汽车上仅有机油1压力传感器、油量传感器和冷却液温度传感器，他们是直接与仪表或指示灯连接的。进入20世纪70年代后，人们环保意识增强，为了减少污染、治理排放，就增加了一些传感器来协助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转化器2、电子点火和燃油燃油喷射装置需要一些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。20世纪80年代，依靠传感器工作的防抱死制动装置和安全气囊提高了汽车安全性。今天，汽车传感器已经发展到了有用来专门检测各种流体温度、压力的传感器(如进气温度、进气压力、冷却液温度、机油温度和燃油喷射压力等)；有用来检测速度和位置的传感器(如车速传感器、节气门开度、凸轮轴或曲轴的转角和速度传感器、废弃再循环阀(EGR)的闻之传感器等)；还有用于检测汽车发动机负荷大小、爆燃、断火情况及废气中含氧量的传感器；有专门检测座椅位置的传感器；在防抱死制动系统和悬架3控制装置中检测车轮转速、路面高度和轮胎气压的传感器；为保护成员有安全气囊系统，该系统也需要较多的碰撞传感器和加速度传感器。进入21世纪后，汽车传感器应用将继续保持高速增长，以Mems技术为基础的微型化、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。敏感元件和触感器的发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。2 传感器定义汽车传感器是一种能检测物理量、电量和化学量等信息，并能把所检测到的信息转换成电子控制单元(ECU)能接收的电信号，也就是对信息进行采集和传输的器件。在国标GB7655-1987传感器通用术语中，将传感器定义为：“能够感觉规定的被测量，并按一定的规律将其转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转化元件组成”。敏感元件指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量传唤成适合于传输的电信号部分。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置装置，它将输入量转化成可供测量的信号”。3 传感器组成传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。有时也将信号调节与转换电路及辅助电源作为传感器的一部分，如图1-1所示。 敏感元件指直接感受被测量(一般为非电量)，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转化为膜片的变形。转化元件指的是传感器中能将敏感元件感受(或响应)的被测量转化成适合于传输和测量的电信号部分。当输出信号为规定的标准信号时，则一般称为变送器，又称转化器，一般不直接接受被测量，而是将敏感元件输出的量转化为电量输出的元件。如应变式压力传感器的应变片，它的作用是将弹性膜片的变形转化为电阻值的变化。信号调节与转换电路一般是指能把转化元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路，信号调节与转换电路的选择要视传感元件的类型而定，常用电路有信号放大器电桥、振荡器、阻抗变换器等。4 传感器的分类与基本特征4.1 分类传感器的分类方法有很多，常见的分类方法可按能量关系、信号转换、输入量、工作原理、输出信号和制造工艺进行分类。1. 按能量关系分类可分为主动型和被动型两类。汽车上使用的传感器大多数属于被动型传感器，这种被动传感器需要外加输入电源才能产生电信号，所以这类传感器实际上是一个能量控制器。采用电阻、电容、电感，利用应变效应、磁阻效应4、热阻效应制成的传感器都属于被动型传感器。主动型传感器的工作不需要外界提供电源，由自身吸收其他能量(光能和热能)，经变换后再输出电能，它是一个能量变换装置。采用压电效应5、磁致伸缩效应6、热电效应7、光电效应等原理制成的传感器都属于主动型传感器。2. 按信号转换分类可分为由一种非电量信号转换成另一种非电量，如弹性敏感元件和气动传感器；另一种是由非电量转化为电量的传感器，如热电偶温度传感器、压电式加速度传感器。3. 按输入量分类按输入量分类即按被测量分类，可分为位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分、浓度传感器等。4. 按工作原理分类有电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式8、压电式、热电式传感器等。5. 按输出信号分类有模拟式和数字式传感器两种。汽车上，大多数传感器以产生模拟电压信号为主。6. 按制造工艺分类分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器等7. 按使用功能分类一类是使驾驶、维修人员了解汽车各部分状态的传感器，如温度、车速、发动机转速、液体压力传感器等；另一类是用于控制汽车运行状态的传感器，如节气门位置传感器、轮速传感器、减速度传感器、偏航率传感器等。4.2 汽车传感器的基本特征汽车传感器的基本特征有静态特性和动态特性两种。静态特性：是指被测量的值处于稳定状态的输入、输出关系。只考虑传感器的静态特征时，输入量和输出量之间的关系中就不含时间的变量。衡量静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。理想的传感器线性度好，灵敏度高，迟滞不明显，重复性好。动态特性：是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。当输入量随时间变化时(属于时间函数)，则传感器的输出量也是时间函数，其时间关系用动态特性来表示。一个理想的传感器其输出信号与输入信号具有相同形态的时间函数。4.3 汽车用传感器的要求1 有较好的环境适应性。因为汽车是在环境温度变化范围较宽(-4080)道路表面优劣程度相差较大，烈日、暴雨或冰雪天气造成温度悬殊，有时甚至在强大的电磁场的情况下工作的，因此要求耐振，耐水，耐温，耐冲击，抗电磁干扰等。2 批量生产。3 可靠性。同一般的传感器一样，汽车传感器的可靠性应是最重要的，并且稳定性要好。4 尽可能小型、质量轻，便于安装。5 符合有关法规的要求。5 汽车传感器的应用现代汽车电子控制中，传感器广泛应用在发动机、底盘9和车身各个系统中。汽车传感器在这些系统中担负着信息的采集和传输功用，它采集的信息由电子控制单元(ECU)进行处理后，形成向执行器发出的指令，完成电子控制。传感器在电子控制和自诊断系统中是非常重要的装置，它能及时的识别外界和系统本身的变化，再根据变化的信息去控制系统本身的工作。各个系统控制过程正是依靠传感器进行信息的反馈，实现自动控制工作的。ECU不断检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可将错误的信号存入存储器中，需要时可以通过专用诊断仪或采取人工方法读取故障信息，再根据故障信息内容进行维修。车用传感器所检测的信息包括车辆运动状态以及驾驶操纵、车辆控制、运动环境、异常状态监控等所需信息。汽车电子控制系统上应用了多种传感器，在这些传感器的共同作用下，汽车电子控制系统对发动机、底盘、行驶安全、信息等进行集中控制。5.1 汽车发动机控制1 电控燃油喷射 (EFI, Electronic Fuel Injection)电控燃油喷射系统根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等信号计算喷油量。该系统能使发动机在各种工况下实现空气与燃油匹配最佳、提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。1) 喷油量控制电子控制单元(ECU)根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器等所提供的信号，计算喷油脉冲宽度即喷油量。发动机各种工况下的最佳喷油量存储在ECU的存储器中。2) 喷油正时控制13在发动机采用多点顺序燃油喷射系统10时，ECU除了控制喷油量以外，还要根据发动机的各缸点火顺序，将喷油时间控制在最佳时刻，以使燃油充分燃烧。3) 进气增压控制11进气增压控制时ECU根据发动机转速传感器检测到的发动机转速信号，控制增压控制阀的开闭，改变进气管的有效长度，实现中低转速区和高转速区的进气增压，提高发动机充气效率。当前发动机的增压方式主要有4种：1.废气涡轮增压；2.机械增压；3谐振增压系统4气波增压。不管那一种方式，它们最终目的都是增加发动机的进气量，使汽油燃烧更加充分，从而增加发动机的输出功率。目前，应用最为广泛的是废气涡轮增压器。4) 发电机14输出电压的控制ECU根据发动机转速传感器输入的转速、蓄电池温度等信息，控制励磁电流实现对发电机输出电压的控制。当发电机输出电压超过额定值时，ECU是励磁电路接通时间变短，减弱励磁电流，降低发电机电压；相反，当输出电压低于额定值时，ECU使励磁电路接通时间变长，增强励磁电流，提高发电机电压。5) 电子节气门控制15在电控加速踏板16中安装有一个电位器作为传感器，它可把加速踏板的位置信息输入ECU，ECU再根据发动机的工况，计算节气门位置的理论值，该理论值与发动机运行参数、加速踏板位置有关。控制单元可把节气门位置调整在理论值范围，这样就可以避免在加速踏板传动机构中由于间隙、磨损产生的误差，可在燃油消耗优化的前提下，发挥较好的加速性。6) 冷启动喷油器控制。为了提高发动机低温时冷机启动性能，在进气总管上安装了一个冷启动喷油器，其喷油时间由定时开关控制，或由控制单元和启动喷油器定时开关同时控制。有些电控发动机已经取消了冷启动喷油器，在低温启动过程中，ECU根据发动机冷却液温度信息，在冷机启动时加浓混合气，以使启动顺利。7) 燃油泵17控制与燃油泵泵油量控制。在电控燃油喷射系统中，燃油泵的控制方式有两种：一种是当点火开关打开后，ECU使燃油泵运转2-3s，产生必要的油压，若发动机没有启动，就没有信号输入ECU，ECU会立即切断燃油泵继电器控制电路，使燃油泵停止工作；另一种控制方式是只有发动机运转时，燃油泵才投入使用。有的燃油泵控制系统是使泵油量随发动机的负荷而变化，即当发动机高转速、大负荷工作时，燃油泵高斯运转以使增加供油量；当发动机低转速、小负荷时，燃油泵低速运转，以减少供油量。8) 断油控制发动机的断油控制分为减速断油控制和超速断油控制。减速断油控制是汽车在正常行驶中，驾驶员突然松开加速踏板，ECU根据转速信号将自动切断燃油喷射控制电路，使燃油喷射中断，目的是降低减速时HC(碳氢化合物)和CO的排放量；而当发动机转速下降到临界转速时，又能自动恢复供油。超速断油控制是发动机加速时，当转速超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将会在临界转速时切断燃油喷射电路，停止喷油，防止超速。9) 停车起动控制在汽车停车数秒后，停车起动系统会发出控制信号将燃油切断。具体工作过程是当离合器松开，汽车停车或车速为2km/h时，发动机熄火。若要是发动机起动，可将离合器踩到底，在踏下加速踏板，当加速踏板踩到总行程的1/3时，发动机将再次启动。10) 控制排放当发动机的废气排放温度达到一定值时，ECU根据发动机的转速和负荷信号，控制废气再循环(EGR)阀的开启，使一定量的废气进行再循环燃烧，以降低排气中的氮氧化物(NOx)的排放量。11) 自诊断与报警。当电子控制系统出现出现故障时，ECU会点亮仪表板上的“发动机检查”指示灯，提醒驾驶员发动机已经出现故障，应立即停车检修。同时，ECU将故障以故障码的形式存储在ECU的存储器中，维修人员通过诊断插座，使用专用的诊断仪或采取人工方法读取故障信息。安全保险与备用功能当ECU检测到电控系统出现的故障时，会自动按照ECU预先设置的数据，使发动机保持运转，以便尽快送到维修站维修。但此时发动机的性能有所下降。当ECU本身出现故障时，会启动备用系统，使发动机进入跛行18状态，以便将车开到维修站。2 电控点火装置发动机运转时，控制单元根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、温度传感器等信号，使发动机在最佳点火提前角19工况下工作，输出最大功率和转矩，将油耗和排放降到最低程度。该系统可以通过爆燃传感器进行反馈控制，其点火时刻的精确控制比无反馈控制时高，但排气净化差。1) 点火提前角控制在ECU的存储器中存储着发动机在各种工况下的最佳点火提前角。发动机运转时，ECU根据发动机的转速和负荷信号确定基本提前角，并再根据其他信号进行修正，最后确定最佳点火提前角。然后向电子点火控制器输出点火信号，以控制点火系统工作。2) 通电时间为防止点火线圈通电时间过长导致过热而损坏，ECU根据蓄电池电压及发动机转速信号等，控制点火线圈初级电路的通电时间。3) 爆燃控制当ECU接受到爆燃传感器输入的电信号后，对该信号进行处理并判断是否即将产生爆燃。当检测到爆燃信号后，ECU立即推迟发动机点火提前角，采用反馈控制避免爆燃产生。5.2 底盘控制1 电控自动变速器(ECT)电控自动变速器能根据节气门位置传感器和车速传感器的信号计算换挡时刻，使换挡阀动作，使汽车处于相应的最佳档位，改善换挡质量，提高汽车行驶的平稳性。在控制过程中，电控自动变速器使用多个传感器，例如，超速档和直接挡离合器转速传感器、1号和2号车速传感器用于换挡时间控制；自动变速器油温传感器用于检测自动变速器的温度信号，用作换挡、油压控制和锁定离合器控制等。2 防抱死制动(ABS)在现代汽车上，ABS系统多采用双回路控制，即在车轮上安装使用两个、三个或四个车轮轮速传感器。当某一个车轮将被抱死时，ECU根据车速信号，将发出指令使控制电磁阀打开或关闭控制油路，实行防抱死控制制动。3 电控动力转向(EPS)在液压式动力转向系统中有车速传感器，它将车速信号不断输入ECU，由ECU控制液压油量实现助力作用。具体是ECU根据车速传感器和转矩传感器输入信号确定助力转矩的大小和方向，通过电磁离合器和减速机构，将转矩加到转向机构上，实现电子助力转向。4 电控悬架(TEMS)电控悬架系统根据不同的路面状况及车身状况(加速度、位移或其他目标参数)传感器的信号控制车辆高度，调整悬架的阻尼特性及弹性刚度，改善车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐舒适性。5 巡航控制系统(CCS)汽车行驶中，可利用巡航控制装置对车速进行自动控制，即驾驶员的脚离开加速踏板后，汽车仍能按选定的速度稳定行驶，不需要反复调节节气门的大小，这样可以减少速度变化和长时间操作驾驶员的疲劳。而在需要结束定速控制时，按下OFF开关即可自动控制系统系统。5.3 汽车行驶安全系统1 安全气囊系统(SRS)属于被动式安全系统，由安全气囊和安全带组成。当车辆前方发生一定角度的高速碰撞时，汽车前端的碰撞传感器和安全传感器就会检测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到SRS控制单元。SRS经过计算和比较后，立即向气囊内部的电热引爆管发出点火指令，引爆电雷管，是点火药粉受热把爆炸，产生的气体充入气囊，在驾驶员与方向盘之间、副驾驶座位与仪表板之间形成一个缓冲，避免因硬性撞击而使人员受伤。2 雷达防撞系统为防止汽车追尾事故发生，安全车距自动控制装置中的雷达(多普勒雷达，用作测速和测距传感器)可以测出两车之间的距离、车速、相对车速等有关信息，输入控制单元后经过比较，若实测距离小于安全距离，控制单元发出报警信息，若驾驶员未采取措施，执行器就会对汽车的制动系统起作用，使汽车减速。汽车倒车安全装置用超声波及雷达做传感器。目前超声波倒车安全装置应用较多，由两对超声波传感器，安装在后保险杠上。后方有障碍时发出报警信号。3 驱动防滑控制系统(ASR)是在制动防抱死系统的基础上开发的，两系统有许多共同的组件。ASR通过驱动轮上的转速传感器检测到驱动轮将要打滑时，控制发动机降低转速防止车轮打滑。该系统在雪地或湿地路面上能发挥其特性，以保证行驶安全。4 前照灯自动控制系统作用是当窗外日光暗到一定程度时，前照灯自动开启；而当日光增强到一定程度时，前照灯自动关闭。该控制系统中，安装在仪表板上的日照传感器在受到日光照射时会产生微弱电流，电流大小与受光量成正比。这个电流经放大后控制继电器，即控制前照灯的开启和关闭。在夜间，日照传感器还可根据窗外明暗情况，实现远近光自动调节。5.4 汽车信息系统1 信息显示与报警系统2 语言信息系统3 车用定位和导航系统将全球定位系统(GPS)接收机安装在汽车上，利用各种传感器，如相对传感器、绝对传感器、转向角传感器、车轮传感器、罗盘等等精确测定汽车目前所在的位置，选择最佳行驶路线。5.5 驾驶舒适性控制1 自动空调控制利用温度传感器。2 自动座椅控制根据人体工程学和电子技术设计，是座椅能适合乘客不同体型、身材，满足乘客舒适性要求。5.6 安全防盗GPS机动车防盗系统是具有网络报警功能的汽车电子防盗系统。在汽车上安装GPS终端设备，卫星监控中心对车辆24小时不间断、高精度监控。6 未来汽车传感器的发展未来汽车的发展方向不仅要确保汽车功能的齐全，而且在可靠性、安全性、舒适性等方面提出了更高、更精的要求，尤其在减少排气污染、降低油耗等方面需要做更多的开发，其主要特点是新结构、新材料和新工艺的广泛的应用。未来汽车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。1 微型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块芯片上，具有体积小、价格便宜、便于集成的优点。目前，该技术日渐成熟。2 多功能化是指一个传感器能检测到两个或者两个以上的信号，从而减少汽车传感器的数量。例如，德国英飞凌公司开发了高集成度芯片SP35，它集成了压力传感器、加速度传感器、温度传感器、电源电压传感器3 集成化4 智能化。7 课堂习题1. 什么是传感器，传感器的作用是什么？2. 传感器由哪几部分组成？3 传感器的基本特征有哪些？4. 传感器如何分类？5. 汽车传感器应用在汽车的哪些方面？7 汽车未来传感器的发展趋势有哪些？空气流量传感器1 翼片式空气流量传感器1.1功能空气流量传感器，顾名思义，是用来测量空气流量的，也叫空气流量计。在汽车上，空气流量传感器是用来直接或间接检测进入发动机气缸内空气量的大小，同时将检测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU，以供ECU计算喷油量和点火时间。1.2分类空气流量传感器根据检测方式的不同可以分为质量流量型和速度密度型两大类。质量流量方式是利用空气流量传感器直接测量吸入发动机的空气量。质量流量型空气流量传感器主要有翼片式、量芯式、卡尔曼涡流式、热线式和热膜式等几种。其中翼片式、量芯式、卡尔曼涡流式空气流量传感器测得的是吸入空气的体积，所以还需要根据进气温度等信息，由电控单元计算出空气质量。而热线式和热膜式空气流量传感器直接测量吸入空气的质量。速度密度方式是利用进气歧管压力传感器测出进气歧管压力，然后电控单元根据该压力和发动机转速，计算出发动机每一循环吸入的空气量，并据此空气量计算汽油的喷射量。由于空气的进气歧管内的压力是变化的，因此不容易精确的检测吸入的空气量。采用速度密度方式的空气供给系统与采用质量流量方式的空气供给系统在结构上的主要差别是，用进气歧管压力传感器代替了空气流量传感器。1.3工作原理1) 组成翼片式空气流量传感器主要由测量翼片和电位计组成。其中测量翼片是检测元件，测量空气流量；电位计是转换元件，将测量翼片的检测结果转变成相应的电信号并输入到电子控制单元ECU。2) 工作原理该空气流量传感器在主进气道内装有一个可绕轴旋转的翼片(测量翼片)，如下图在发动机工作时，经过空气滤清器过滤的空气进入空气流量传感器，推动测量翼片转动，使其开启。测量翼片的开启角度由进气量产生的推力大小和卷黄的弹力的平衡情况来决定。当驾驶员操纵加速踏板(油门杆)来加大节气门开度时，进气量增大，进气气流对测量翼片的推力也增大，这时翼片的开启角度也增大。在测量翼片的转轴上还装有同轴的缓冲翼片，位于缓冲室内。当传感器进气量发生突变时，测量翼片的开启角度也要相应的改变。例如当进气量突然增大，需要测量翼片开启到指定位置，但由于惯性作用，开启角度会出现短时的偏差，使得传感器的检测结果不准确。缓冲翼片的作用就是尽可能的减小这种测量偏差。将测量结果转换成电信号要通过转换元件，在翼片式空气流量传感器中，转换元件是电位计。电位计也安装的测量翼片的转轴上，将它放大，首先是一个电阻，电阻与滑片相连，滑片与测量翼片同轴旋转，这样滑片与电阻就构成一个可变电阻。可变电阻两端引出端子VB和E2，接直流电压UB，一般是5V，也有12V的。可变电阻上串联一个常值电阻，起限流作用，防止出现短路电流。再引出两个端子VC和VS，之间电压为US。US就是可变电阻上段的电压。这样可变电阻回路就相当于三个电阻串联，根据分压原理，这部分(在图上指)电阻值越大，电压US就越大。当传感器的测量翼片关闭时，滑片处于最下方(有的传感器滑片处于最上方)，电压US最大，当测量翼片开启角度逐渐增大，滑片逐渐上滑移动，电压US也逐渐减小。这样测量翼片的开启角度就和电压US一一对应，也就实现了空气流量信号到电压信号的转换。1.4 翼片式空气流量计的检测翼片式空气流量传感器的检测方法主要有开路检测和在路检测两种。开路检测主要是在传感器与线路不连接的情况下，对传感器内部情况进行检测，一般通过检测有关端子之间的电阻值或通断情况开判断。在路检测是传感器在工作状态时，通过检测有关端子的电压，对传感器、电子控制单元ECU及连接导线进行综合检测。传感器内还装有燃油泵开关和进气温度传感器。燃油泵开关起到保护作用。当发动机启动时，测量翼片旋转，燃油泵开关触点闭合，使电动燃油泵触点接通开始运转；当发动机熄火后，测量翼片回转到关闭位置，电动燃油泵开关被断开，停止运转。这时如果点火开关仍处于接通位置，燃油泵也不会运转，这样可以防止燃油溢出。进气温度传感器用于测量进气温度，它由两条引线，分别与搭铁端子和温度信号端子THA相连接。(搭铁端子实际就是电源的负极，汽车上的各种传感器安装在不同的位置，但都是由蓄电池供电的，如果每一个传感器的正负极电源都与蓄电池相连，连接线就会很多，于是，蓄电池的负极就和车身的金属部位相连，然后和传感器相连的ECU的负极也和就近的金属车身相连，俗称搭铁，这样就减少了负极连接线)。1) 开路检测方法1) 点火开关关闭，拔开传感器配线连接器，从车上拆下传感器。2) 检查FC和EI端子之间的电阻，当叶片不转动(完全关闭)，FC和EI之间电阻应为无穷大，用风扇或吹风机对着传感器入口吹气(翼片打开)，FC和EI之间的导通电阻应为0，说明燃油泵开关正常。否则就说明开关已损坏。其实这一步可以万用表的通断档检测，用万用表的两个表笔接FC和EI端子，当叶片不转动时，电表没反应，表示开关断开；当翼片打开，万用表发出蜂鸣声，表示开关闭合。3) 检查VC端子与E2端子之间的电阻，两个端子之间的电阻是可变电阻的全部，所以翼片在任何位置，电阻值应为常值，大约在200-400欧姆。4) 检查VS与E2端子之间的电阻，在翼片完全关闭时，电阻值应为200-600欧姆；翼片由完全关闭位置逐渐打开到完全开启位置时，VS与E2两端子之间的电阻值应为200-1200欧姆之间连续变动。5) 检测进气温度传感器。就是用加温和用制冷剂改变翼片式空气流量传感器中的进气温度，同时测量端子THA与E2之间的电阻在不同温度时的电阻值，以此来判断进气温度传感器是否损坏。这就是开路检测的步骤，如果检测结果与要求不相符，说明传感器有故障，应修理或者更换新的。2) 在路检测步骤1) 接通点火开关，但不启动发动机，用万用表检测ECU的+B端子(+B端子是传感器供电电压端，与传感器的VB端子相连)与车身搭铁之间是否有电压，如果没有电压，应检查ECU电源电路是否断路。2) 在上一步的前提下，关闭点火开关，检查ECU的E1端子与车身搭铁之间是否导通。这两步的主要目的是检查传感器的供电电源是否正常3) 如果传感器的供电正常，再接通点火开关，然后逐一检查传感器的各相关端子之间的电压，检测结果应符合规范值。规范值一般在传感器的使用说明手册中给出。4) 关闭点火开关，检查传感器到ECU之间的连接导线是否断路路，短路或接触不良。3) 具体车型检测实例车型：丰田2TZ-FE在这个型号的车上使用的翼片式空气流量传感器的接线端子是开路检测方法与前面说的一样。在路检测：1)2)3)接通点火开关，用万用表检查传感器相关端子之间电压，翼片在任何位置时，VC与E2两端子间的电压应为46V；翼片完全关闭时，VS与E2两端子间的电压应为3.74.3V；翼片完全打开时，VS与E2两端子间的电压应为0.20.5V；翼片由完全关闭位置逐渐打开到完全开启位置时，VS与E2两端子间的电压应连续变动；当发动机怠速运转时，VS与E2两端子间的电压应为2.32.8V；当发动机以3000r/min的转速运转时，VS与E2两端子间的电压应为0.31V。如果检查结果与上述规律不符，应更换翼片式空气流量传感器。在路检测的检测结果应符合下图2 其他流量传感器2.1 卡尔曼涡流式空气流量传感器卡尔曼涡流式空气流量传感器具有体积小、重量轻、结构简单、进气阻力小等优点。日本丰田凌志LS400、日本三菱车系和韩国现代车系的多数轿车均采用卡尔曼涡流式空气流量传感器。卡尔曼涡流式空气流量传感器按其检测方式，可分为光学检测方式和超声波检测方式两种类型，也称为反光镜式和超声波式。1) 光学式卡尔曼涡流式空气流量传感器的结构如图2 涡流发生器4 涡流7 反光镜8 发光二极管9 板弹簧10 导压孔11 光敏晶体管当空气流经进气道时，会在涡流发生器的后部产生有规律的卡尔曼涡流，从而导致涡流发生器周围的空气压力发生变化，见下图。变化的压力经导压孔引向金属膜制成的反光镜使反观镜振动，其振动频率与涡流发生的频率相等，而涡流发生频率与空气流速成正比；发光镜再将发光二极管投射的光反射给光敏晶体管，通过光敏晶体管检测涡流发生的频率，并向ECU输送信号，ECU则根据此信号确定发动机的进气量。2) 超声波式卡尔曼涡流式空气流量传感器主要由超声波信号发生器、超声波发射探头、涡流稳定板、涡流发生器、整流器、超声波接收探头和转换电路等组成，如图当空气流经涡流发生器时，在其后部的超声波发射探头与接收探头之间产生有规律的卡尔曼涡流。超声波发射探头不断地接收超声波信号发生器输送来的超声波信号，并将其转换成机械波。超声波接收探头安装在发射探头正对面，它利用压电效应将接收到的机械波转换成电信号输送给转换电路。因涡流对空气密度的影响，就会使机械波从发射探头到接收探头的时间产生相位差。转换电路对此相位信号进行处理，就可以得到与涡流发生的频率成正比的脉冲信号，即表空气流量的电信号。2.2 热线式和热膜式空气流量传感器20世纪80年代后生产的日本日产公爵轿车和美国福特车系轿车多数采用热式空气流量传感器，热式空气流量传感器的主要元件是热线电阻(热敏电阻)，可分为热线式和热膜式两种，其结构和工作原理基本相同。 热线式空气流量传感器的工作原理：安装在控制电路板上的精密电阻RA和RB与热线电阻RH和温度补偿电阻RK组成惠斯登电桥电路。当空气流经热线电阻RH时，其热量被流过的空气吸收，使热线温度降低，电阻减小，使电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，就必须增加流经热线电阻的电流，以恢复其温度和阻值。流经热线的空气量不同，热线的温度变化量不同，其阻值变化量也就不同，为保持电桥平衡，需增加流经热线电阻的电流，从而使精密电阻RA两端的电压也相应变化，控制电路将电阻RA两端的电压输送给ECU，即可确定进气量。热线式空气流量传感器都有自洁功能，即：发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统将自动将热线加热到1000以上并保持约1s，使附在热线上的粉尘烧掉。热膜式空气流量传感器由美国通用汽车公司研制，被应用在该公司生产的汽车上。热膜式空气流量传感器的结构和工作原理与热线式空气流量传感器基本相同，不同之处在于热线式空气流量传感器采用铂丝制成的热线电阻。热膜式空气流量传感器不采用价格昂贵的铂丝热线，而是用热膜代替，并将热膜镀在陶瓷上，制造成本较低，而且测量元件不直接承受空气流的作用力，空气流量传感器的使用寿命较长。热膜式空气流量传感器和热线式空气流量传感器都属于质量流量型。热膜式空气流量传感器和热线式空气流量传感器响应速度快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，所以测量精度不会受到进气气流脉动的影响。特别是发动机在打负荷、低转速时进气气流脉动大。空气计量准确，在任何时候和任何工况下都能保持最佳的空燃比，发动机的启动性能、加速性能好。因此，在博世LH型燃油喷射系统、通用别克、日产千里马、沃尔沃等轿车上都采用了热线式空气流量传感器；马自达626，捷达GT、捷达GTX、桑塔纳2000GSi及红旗CA7220E型等轿车上都采用了热膜式空气流量传感器。3 课堂练习1 空气流量传感器的作用是什么？通常安装在汽车的什么部位？2 空气流量传感器怎样分类？各类有什么特点？3 翼片式空气流量传感器的结构和工作原理是什么？4 翼片式空气流量传感器的检测方法是什么？5超声波卡尔曼涡流空气流量传感器的原理是什么？6 反光式卡尔曼涡流空气流量传感器的原理是什么？7 热线式空气流量传感器的原理是什么？压力传感器1 压力传感器概述1.1 功能压力传感器，顾名思义是用来检测压力的。在汽车上，压力传感器用来测气体压力和液体压力，并将检测到的压力信号转变为电压信号输入到控制单元，以控制执行元件工作。1.2 分类汽车上压力传感器的分类方式很多，可以按照检测原理分类，也可以按照产生信号的原理分类。在这里，我们按照传感器的作用分类，分为进气歧管压力传感器、大气压力传感器、空气滤清器真空开关和机油压力开关等等。2 进气压力传感器2.1 功能我们在学习空气流量传感器中了解到，空气流量传感器分为质量流量型和速度密度型两大类。进气压力传感器属于速度密度型，它取代了空气流量传感器，利用进气歧管压力传感器测出进气歧管压力，然后电控单元根据该压力和发动机转速，计算出发动机每一循环吸入的空气量，并据此空气量计算汽油的喷射量。2.2 安装位置进气压力传感器一般安装在节气门后部的进气歧管上。在正常时，为使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气，必须保持压力传感器工作良好。发动机是通过燃油和空气的混合气体的燃烧来工作的，燃油和空气的混合有一个最佳比例，在最佳混合时，燃油燃烧最充分，发动机的工作效率最高。如果压力传感器出现故障，使得ECU无法正确计算发动机的喷油量和点火时间，可能导致发动机工作不稳定，甚至不能正常工作。2.2 电磁式进气压力传感器1) 组成电磁式进气压力传感器主要由铁心、传感线圈及一对真空膜盒(压力检测元件，也叫压力计)等组成。2) 工作原理在传感器被生产以后，真空膜盒是被被抽成真空的，以保持一定的真空度。当外部的气压变化时，使其压力的大小，膜盒就会产生凸出或凹进的现象，通过传动机构，使线圈中的铁心位置改变，从而使线圈中穿过的磁通量发生了变化，于是线圈中便产生出大小不同的感应电动势来，由此就把压力变化转换成了由线圈两端输出的电信号。膜盒为什么被抽成真空呢？进气压力传感器安装在节气门后部的进气歧管上，节气门前部与大气相通，进气压力为大气压，而后部的气压为负压，如果膜盒不抽真空，那么膜盒内部的气压始终大于节气门送过来的压力，也就不会产生凹进现象，进而无法测量歧管进气压力。电磁式进气压力传感器的的具体的工作原理是：当节气门开启时，进气歧管内气体的压力增加，真空膜盒被压缩，通过连杆把线圈中的铁心往右拉，于是减小了铁心与线圈的间隙，使传感线圈中的感应电动势增大。当此信号输出到电子控制单元ECU时，EUC控制喷油器工作，使燃油的喷射量增加。当节气门关闭时，进气歧管内的气体压力降低，真空膜盒因膨胀而使铁心往左移动，于是铁心与线圈的间隙加大，使传感线圈中的感应电动势减小，与节气门开启时的情况相反，ECU使喷油器打开时间缩短，减小喷油量。2.3 电阻型压电效应式进气压力传感器1) 结构电阻型压电效应式进气压力传感器结构主要由压力转换元件和放大电路组成。压力转换元件是利用半导体的压电效应制成的硅(膜)片。硅(膜)片的一面是负压，另一面作用的是进气歧管压力。2) 工作原理该传感器的工作原理与电磁式进气压力传感器的工作原理基本相同。即在进气歧管内气体压力的作用下，硅片将产生变形，使硅片的电阻值发生变化，从而使电桥电压变化。由于该电压值很小，故电路中由混合集成电路将该信号进行放大处理以后，才从ECU的PIM端子提供给微电脑电路。 2.4 电容膜盒式进气歧管压力传感器电容膜盒式进气压力传感器是利用电容的改变来检测压力变化的。由两片用绝缘垫圈隔开的氧化铝片组成，铝片内表面贴有两片极薄的硅片，分别与一根引线相连。氧化铝片和绝缘垫圈构成中部有一个真空腔的膜盒。当进气歧管压力改变时，氧化铝片弯曲变形，硅片间的距离随之改变，从而引起电容量的变化。2.5 进气压力传感器的检测1) 连接电路进气压力传感器有3个外接端子与ECU相连，分别是电源端子VCC、信号端子PIM和搭铁端子E2。2) 检测方法1) 拔下传感器插头，接通点火开关，测量VCC端子和搭铁之间的电压应为4.5-5.5V。如果没有电压，则应检查ECU上相应端子上的电压；若ECU上相应端子上的电压正常，为ECU至传感器间线路故障；若无则为ECU故障。2) 插回插头，拆下传感器软管，接通点火开关，测量ECU连接器上PIM与E2端子间在大气压下输出的电压，应符合下图所示的输出特性。3) 对传感器施以一定范围的负压(13.3-66.7kPa)，再次测量信号端子PIM和搭铁端子E2之间的电压应符合规范值。规范值一般在传感器的使用手册上可查到。3 大气压力传感器大气压力传感器用于检测大气压力变化，并将变化的压力信号输入给ECU，实现ECU对喷油量和点火时间的修正。它一般安装在空气流量计内、ECU内或前保险杠内。大气压力传感器与半导体压敏电阻压力传感器的制作原理相似。4 蓄压器压力传感器蓄压器压力传感器用于检测牵引力控制系统(TRC)蓄压器油液压力，一般安装在油压控制组件的上方。蓄压器压力传感器由压力检测部分、电路部分组成，压力检测部分以半导体压敏元件为测量元件。当油液压力低时，它向ECU输入低油压信号，以便启动油泵，使之运转；当油液压力过高时，它向ECU输入一个高油压信号使油泵停止运转。5 空气滤清器真空开关A接头空气滤清器真空开关用于化油器型发动机上，通过测量压力差，来判断空气滤清器是否堵塞。空气滤清器真空开关主要由膜片、磁铁，舌簧开关、弹簧以及A、B两腔室组成。舌簧开关磁铁膜片B接头B腔弹簧A腔A、B两腔室的接口分别与待检测的部位连接，工作时，A、B腔室之间会产生压力差，假设PAPB，则膜片向负压一侧(B腔)运动，与膜片一体的磁铁也随之运动，舌簧开关导通；反之，则舌簧开关关闭。实际工作中，空气滤清器开关的A腔接口通过管道与大气相连，B腔接口与滤清器后方的进气支管相连，当空气滤清器发生堵塞时，B接口处为负压，