汽车电子控制主要传感器的原理及检测

陈霏

摘 要：随着汽车工业的不断发展，越来越多的科技运用于汽车，同时人们对汽车的要求越来越高，人们对汽车已经从简单的交通工具要求，增加舒适、安全、节能、智能等等需求。随着计算机电子控制等技术发展并运用于汽车，现代汽车发展已经越来越智能化、安全化。电子控制的特点就是越来越多的传感器运用在汽车上，这些传感器像一个个感官系统，感知温度、压力、流量、位置等数据，并将非电信号转化为汽车ECU能够识别的电信号，告知ECU当前汽车各部所处的状态，从而ECU才能发出指令，控制各个执行器完成电子控制。一旦传感器失效，对应的执行器将不能正常工作甚至不工作，因此，传感器在汽车电子控制当中的作用非常重要。

关键词：电子控制;传感器;ECU

Abstract： With the continuous development of the automobile industry， more and more science and technology are applied to automobiles. At the same time， people's requirements for automobiles are getting higher and higher. People's requirements for automobiles have been increased from simple means of transportation to comfort， safety， energy saving， intelligence and so on. With the development of computer electronic control technology and its application in automobiles， the development of modern automobiles has become more and more intelligent and safe. The characteristics of electronic control is more and more sensors using in the car， the sensor as a sensory systems， perception， such as temperature， pressure， flow， position data， and the electrical signal into electrical signal， car ECU can identify inform ECU the ministries of the state， the current car to ECU to issue commands， control the complete electronic control actuators. Once the sensor fails， the corresponding actuator will not work properly or eve

前言

汽車的出现，改变了人们的出行方式，给人们生活带来了便利。然而，随着时代不断的发展，人们对于汽车的要求越来越高。正是因为对汽车由最初的出行需求，发展到现在对汽车安全、舒适、节能、高效等等更高层次的需求，才不断推动着汽车工业的发展。现代汽车随着科技的不断发展，汽车已经成为集机械、电子、通信等功能于一体的机电产品。并且随着IT技术的进一步发展，汽车的智能化网络化程度越来越高，汽车对于传感器的运用，由过去单纯的运用在发动机上，已经扩展到底盘、车身电器、安全舒适等各个系统上。由此可见，传感器在汽车电控系统中的地位不言而喻，已经成为学习汽车电控系统的入门知识。因此，学习和掌握各种传感器的性能、结构、原理也变得尤为重要，只要明白了汽车ECU是如何感知汽车各个状态，才能理解是ECU是如何控制的。下面对汽车电子控制系统中最常见，也是最主要传感器的原理和简单检测方法进行叙述。

1 位置类传感器

位置传感器的原理，比较常见的多采用线性电位计原理位置传感器，即由传动机构带动电位计的滑动触点，通常给传感器提供5V电压，滑动触点在不同的位置，接入回路的电阻不同，因此产生的电压值也不同。利用此原理，将位置信号转换为ECU可识别的电信号，传输给ECU后，可判别此时所处的位置。运用此原理常见的传感器有：节气门位置传感器、液位传感器、油门位置传感器等。

电位计原理的位置传感器通常插座为三线式，分别为电源线、信号线、接地线，其简易检测方法：

（1）运用万用表欧姆档，找到信号线针脚与接地针脚，两表笔测量电阻，通过滑动触点位置，测量不同位置上的电阻值，一般此类型传感器电阻值与位置成线性变化。若测量后，成线性变化，可以简单判定传感器正常，否则不正常。以典型节气门位置传感器为例，怠速时约1000欧姆电阻值，节气门全开时约4000欧姆。

（2）就车检测时，通常选用万用表直流电压档，首先两表笔测量电源线与接地线间的电压是否正常，通常给传感器提供5V电压，如果电压不正常，传感器有问题。若供电电压正常，则继续用两表笔分别测量信号线与输出线之间的电压值，通过改变位置，测量得出不同的电压值。观察测量值是否根据位置变化成一定规律，即可简单判定传感器好坏。以典型节气门位置传感器为例，怠速时输出电压为0.5～1.0V，全开时约是4.5V。

2 压力类传感器

压力传感器运用的原理，比较常见的为采用应变仪进行压力测量。施加压力时，传感器中装有的应变仪金属膜会发生变形，致使应变仪的电阻变化，应变仪通过连接一个测量电桥，当电阻值发生变化，电桥将失去平衡，引起输出电压的变化，从而将压力的变化转化成电阻电桥输出电压的变化，将压力信号转换为ECU可识别的电信号，传输给ECU后，可判别此时的压力大小。运用此原理常见的传感器有：进气压力传感器、共轨压力传感器等。

应变仪压力传感器传感器通常插座为三线式，分别为电源线、信号线、接地线，简易检测方法：

（1）关闭点火开关，拔下插头，打开点火开关，万用表调到直流电压档，首先两表笔测量电源线与接地线间的电压值，通常给传感器提供5V电压，如果电压不正常，传感器有问题。

（2）若供电电压正常，则把插头插上，然后用两表笔测量信号线与输出线的电压，当压力变化时，测取电压值，进行不同压力下的电压值测量，一般来说，这类型压力传感器电压随压力变化成线性变化，若测出的电压值与压力成线性变化，可以简单判定传感器正常。否则不正常。

3 温度类传感器

温度传感器运用的原理，比较常见的为热敏式温度传感器。热敏式温度传感器采用热敏电阻，其特点是，随着温度的变化，其电阻值也跟着变化，一般采用负温度系数热敏电阻（NTC），其电阻值随温度的上升而下降。通过电阻变化，引起电压变化，就将温度转化为ECU可识别的电信号。传输给ECU后，可判别此时的温度。运用此原理常见的传感器有：冷却液温度传感器、排气温度传感器、进气温度传感器等。

此类传感器通常只有两个针脚，简易检测方法：

（1）电源电压的检查，拔下传感器插头，万用表调到直流电压档，打开点火开关，测量两针脚件的电压，一般为5V。

（2）电阻检查，拆下传感器，把他放到盛满水的容器中加热，运用万用表欧姆档，两表笔测量电阻，通过改变温度，测量其电阻变化，变化规律为随温度的上升电阻值下降，看电阻与温度是否成线性变化，若成线性变化，可简单判定传感器正常。

4 速度传感器

速度传感器运用的原理，比较常见的为霍尔效应原理。一般由齿圈（转子）、霍尔发生器（定子）组成。其中霍尔发生器一般由霍尔电路和永久磁铁组成。其工作原理是，当齿圈进入永久磁铁与霍尔电路之间的空气间隙时，不产生霍尔电动势，当齿圈离开时，永久磁铁与之形成磁路，并作用在霍尔电路上，产生霍尔电动势输出。就这样，随着齿圈的转动，就会使得霍尔电路不断的通断，形成脉冲信号。其脉冲频率即可表示转速的快慢。运用此原理常见的传感器有：ABS轮速传感器、发动机转速传感器等。

简易检测方法：用万用表直流电压档，两表笔测量信号端和输出端的电压值，转动齿圈，记录万用表电压变化值，高电位标准值一般为9V，低电位标准值一般为0.1V，看电压值是否在此范围内。另外观察该传感器在工作过程中，是否为开关特性。由此来简易判别传感器的好坏。

5 爆震传感器

爆震传感器常用的为压电式爆震传感器，其内部有一个电压敏感元件，当发动机爆震时，他把这种振动变成电压信号，输送给ECU。

简易检测方法：运用万用表欧姆档，测量爆震传感器与地线之间电阻，传感器应有3000～4500欧姆的电阻，如果不符合，则可以简单判定为传感器不正常。

6 氧传感器

常见的氧传感器由氧化钛式氧传感器和氧化锆式氧传感器，其原理都是运用材料特性，将氧含量转化为ECU可识别的电信号。其主要区别是：氧化锆式氧传感器是将废气中的氧含量的变化转化成电压变化。而氧化钛式氧传感器是将废气中的氧含量的变化转化成电阻值变化。

检测方法，以氧化锆式氧传感器为例：

（1）查阅电路图，找到相应的针脚，测量加热元件的电阻，加热元件电阻在常温下一般为1～5欧姆，所以室温时，如果电阻无穷大，说明加热元件断路，传感器损坏。

（2）启动发动机，检测加热元件的电压，电压应不低于11V。

（3）通常ECU将氧传感器的输出信号以0.5V为界，大于0.5V时，混合气浓。小于0.5V时，混合气过稀。因此可用万用表电压档测量输出线电压。当怠速时，输出电压应为0.5V左右。当急踩加速踏板，使混合浓时，电压应大于0.5V。当拔下空气流量计到发动机之间的真空管，供给稀混合气时，电压应小于0.5V。通过观察测量数据是否在范围内，简单判定传感器是否正常。

氧化钛式氧传感器将废气中的氧含量的变化转化成电阻值变化，最终形成电压的变化，因此，其检测方法与氧化锆式氧传感器大致相同，区别在于ECU供给传感器电压一般为1V，输出电压一般在0.1V～0.9V间变化，电压高，表示混合气浓，电压低表示混合气稀。

7 结论

总的来说，传感器的作用就是将一些汽车ECU不能识别的物理量、化学量等，按一定的规律转化成为可识别的信号。简单来说，传感器就是将非电量转化为电量。汽车ECU通过接受传感器发出的信号，识别汽车所处的工作状态，并发送指令给汽车执行器，使其做出相应的动作，完成汽车的电子控制过程。传感器种类很多，采用的原理也很多，并且每一种传感器又有很多类型。在此只能进行传感器典型分析，并不能一一叙述，但各种传感器的构造、工作原理、检测方法等有一定的共同點，只要掌握了基本原理以及基本的检测方法，对于不同的类型传感器理解并不难。一个传感器的检验通常有如下内容：（1）传感器的信号电压、数据流;（2）传感器的电源电压（对于有源传感器而言）;（3）传感器线束的导通性，是否存在短路和断路;（4）传感器的电阻值;（5）传感器的波形。

参考文献

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[2] 文凯.汽车传感器图解大全[M].化学工业出版社，2017（9）.

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[4] 王凤忠、张大鹏.汽车常用零部件的检验与维护200问[M].化学工业出版社，2013（7）.