機(jī)動(dòng)車傳感器與故障檢修之探討

顧曉明 金柏龍 張堅(jiān)

摘 要：簡要論述機(jī)動(dòng)車電子控制傳感器的現(xiàn)狀，以及常用的傳感器原理和故障檢修常見問題，并對(duì)現(xiàn)代汽車電子傳感器的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：傳感器;故障檢修;研究進(jìn)展

全世界的車輛制造為符合現(xiàn)代環(huán)保的要求，均全面采用電子控制裝置，甚至連柴油引擎也都已經(jīng)全面電子控制了。所以不論是引擎、底盤和車身的各個(gè)系統(tǒng)部件中，都使用了不少的傳感器及作動(dòng)器。目前仍使用中的汽車，雖非說全部都是電子控制式的，但是除了一些較為老舊尚未淘汰的商用車輛外，小客車的市場及大型商用車市場均已全面電子化控制。

1 機(jī)動(dòng)車電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器種類

這些汽車使用的電子傳感器在其系統(tǒng)中擔(dān)任著非常重要的信息收集工作，將收集來的信息經(jīng)由ECM進(jìn)行計(jì)算處理后，對(duì)各作動(dòng)器發(fā)出指令，進(jìn)行各種控制。各系統(tǒng)的控制過程，是依靠ECM前端的傳感器，將外界的變化和系統(tǒng)本身目前的控制狀況相互比較，再根據(jù)不同的需求去修正系統(tǒng)本身執(zhí)行誤差的工作。尤其是ECM前端的輸入傳感器，就像是人體的表皮感官細(xì)胞一般不能出錯(cuò)，而且是掌控了車輛燃料燃燒及廢氣排放的主要作用。除此之外，就以現(xiàn)今車輛主被動(dòng)行車安全配備中，前端也是要靠傳感器提供重要信息，才能讓后端的作動(dòng)器完成一切行車安全的作為[1]。這就是目前車輛電子控制的基本形態(tài)，以下我們把信號(hào)的類形與傳感器的屬性作一個(gè)概略的介紹。當(dāng)今汽車電子信號(hào)大概可分為五大基本類型：

（1）直流DC信號(hào)，在車輛中產(chǎn)生直流DC信號(hào)的裝置有：電瓶或ECM輸出的參考電壓。

（2）交流AC信號(hào)，在車輛中產(chǎn)生交流AC信號(hào)的裝置有：車速傳感器VSS、磁感式輪速傳感器、磁感式曲軸位置傳感器CKP和凸輪軸位置傳感器CMP、進(jìn)氣絕對(duì)壓力傳感器MAP、爆震傳感器KS等。

（3）頻率信號(hào)，在車輛中產(chǎn)生可變頻率信號(hào)的傳感器和裝置有：數(shù)位式空氣流量計(jì)、光電式車速傳感器VSS、霍爾式車速傳感器VSS、光電式凸輪軸CAM和曲軸位置CKP傳感器、霍爾式凸輪軸CAM和曲軸位置CKP傳感器。

（4）脈寬信號(hào)，在車輛中產(chǎn)生脈寬信號(hào)的電路或裝置有：初級(jí)點(diǎn)火線圈、電子點(diǎn)火控制電路、廢氣再循環(huán)控制EGR、凈化、渦輪增壓和其它控制磁感閥、噴油嘴、怠速控制器和電磁閥。

（5）串流數(shù)據(jù)信號(hào)，是具有自我診斷和其它串流數(shù)據(jù)傳送的控制模塊的車輛。由引擎控制模塊PCM，車身控制模塊BCM和防滑制動(dòng)系統(tǒng)ABS或其他的控制模塊產(chǎn)生[2]。

2 汽車電子控制系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用及故障檢修

由于傳感器的形式及數(shù)目眾多，在本文就先對(duì)位置、壓力、溫度等幾項(xiàng)傳感器的型式、作動(dòng)原理、故障判斷作概要的介紹。

2.1 位置傳感器

2.1.1 曲軸及凸輪軸位置傳感器

曲軸位置傳感器是ECM控制點(diǎn)火系統(tǒng)中最重要的傳感器。它的作用是檢測活塞上死點(diǎn)、曲軸角度和引擎轉(zhuǎn)速，以提供ECM做點(diǎn)火正時(shí)和噴油時(shí)間的決策依據(jù)，因此其精準(zhǔn)度的要求非常高。曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸皮帶輪或鏈輪內(nèi)側(cè)面，有的安裝于凸輪軸前端。分電盤式的車輛是位于分電盤內(nèi)，依據(jù)其傳感器的種類可分為磁感式、霍爾式及光電式。磁感感應(yīng)式曲軸位置傳感器，又稱為拾波線圈式[3]。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使拾波線圈產(chǎn)生交流電壓。若轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)越快，則產(chǎn)生電壓越大，產(chǎn)生的頻率也越高。當(dāng)感應(yīng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁力線，使霍爾傳感器內(nèi)部產(chǎn)生出0.0V和5.0V鏈接成的方波信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，則產(chǎn)生的方波數(shù)量越多，頻率也就越高。利用發(fā)光二極管把光投射到另一端的光敏晶體管，在兩者間安裝有孔槽的信號(hào)盤來遮斷或接通光源，當(dāng)光照射在光敏晶體管時(shí)產(chǎn)生輸出電壓，使光敏晶體管產(chǎn)生出斷續(xù)的輸出電壓，ECM即利用此輸出電壓來計(jì)算引擎轉(zhuǎn)速及曲軸位置轉(zhuǎn)角信號(hào)。

2.1.2 節(jié)氣門傳感器

節(jié)氣門位置傳感器，可將節(jié)氣門開啟的角度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳到ECU，以便依節(jié)氣門不同開度及位置狀態(tài)控制噴油量。其形式可分為開關(guān)式、可變電阻式及電子式等三大類。

節(jié)氣門位置傳感器怠速位置的控制：不踩油門或怠速狀態(tài)時(shí)傳感器信號(hào)輸出端電壓為0.2～0.8V之間，有怠速開關(guān)裝置者節(jié)氣門全關(guān)時(shí)怠速接點(diǎn)OFF，所以測得電壓為0.0V。

冷車啟動(dòng)增濃控制、溫車增濃控制：計(jì)算機(jī)會(huì)依據(jù)引擎水溫信號(hào)來決定增濃時(shí)間，還必須有一個(gè)明確的節(jié)氣門怠速位置信號(hào)才能使引擎正常啟動(dòng)。若失掉怠速信號(hào)，計(jì)算機(jī)會(huì)認(rèn)為在加油狀態(tài)下而以正常噴油狀況控制噴油。正常啟動(dòng)后計(jì)算機(jī)依據(jù)水溫做噴油修正，進(jìn)入溫車增濃狀態(tài)。在此修正期間中若水溫低于40℃以下計(jì)算機(jī)會(huì)控制噴油做同時(shí)噴射，待水溫高于60℃以上則控制序列噴射。

啟動(dòng)增濃控制、啟動(dòng)后增濃控制、怠速學(xué)習(xí)與怠速控制：打啟動(dòng)馬達(dá)時(shí)必須有一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，讓計(jì)算機(jī)于啟動(dòng)時(shí)增加噴油時(shí)間以利引擎啟動(dòng)，但同時(shí)還必須有一個(gè)明確的節(jié)氣門怠速位置信號(hào)才能使引擎正常啟動(dòng)。

減速斷油控制：為解決瞬間關(guān)閉油門時(shí)所產(chǎn)生的大量廢氣，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上設(shè)有怠速馬達(dá)全開控制及噴油嘴噴油時(shí)間的斷油控制。讓怠速馬達(dá)全開時(shí)的旁通空氣以及噴油嘴斷油狀態(tài)，使汽缸內(nèi)殘存的混合氣加速燃燒，使廢氣排放減至最低[4]。

扭力轉(zhuǎn)換器離合器TCC切斷控制：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為達(dá)經(jīng)濟(jì)省油狀態(tài)，行駛于無負(fù)載或巡行狀態(tài)時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)使扭力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行直接傳動(dòng)LOCK-UP動(dòng)作。若放開油門，計(jì)算機(jī)接收到怠速訊號(hào)時(shí)，鎖定狀態(tài)將解除。

2.2 壓力傳感器

進(jìn)氣壓力傳感器屬于壓電組件，是利用壓電效應(yīng)（PiezoelectricEffect），

在結(jié)晶上施加應(yīng)變能（StrainEnergy）后，與結(jié)晶的兩端應(yīng)變能成正比的電壓所產(chǎn)生，以及壓電體施加電壓時(shí)，和電壓成正比的力與應(yīng)變能所發(fā)生的電子裝置。

進(jìn)氣壓力傳感器檢測的是節(jié)氣門后方進(jìn)氣歧管的絕對(duì)壓力，它根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小檢測出歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化，然后轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓送至引擎控制單元ECM，ECM引擎控制單元依據(jù)此信號(hào)電壓的大小，控制基本噴油量的大小。

2.3 溫度傳感器

溫度傳感器在車輛上的使用非常廣泛，舉凡引擎水溫，機(jī)油油溫，進(jìn)氣溫度，自動(dòng)變速箱油溫，空調(diào)環(huán)境溫度等，都是不可或缺的成員。老式溫度傳感器所表現(xiàn)的非線性、低輸出電壓及易受高溫影響等不穩(wěn)定因素，已逐漸獲得改善，雖然現(xiàn)代的車用溫度傳感器可分為電阻形及熱偶形，但是在車輛的使用上，還是以電阻形居多，又被稱為熱敏電阻，其中又分成正溫度系數(shù)PTC及負(fù)溫度系數(shù)NPC兩種。

2.3.1 水溫傳感器

冷卻水溫傳感器安裝在引擎缸體或汽缸蓋的水套上，與冷卻水接觸，用來檢測引擎的冷卻水溫度。傳感器的兩條導(dǎo)線都和ECU相連接。其中一條為地線，另一條的對(duì)地電壓隨熱敏電阻的電阻值變化而改變。

ECU根據(jù)這一電壓的變化測得引擎冷卻水的溫度，和其他傳感器產(chǎn)生的信號(hào)一起，用來決定噴油時(shí)間寬度、點(diǎn)火正時(shí)和EGR流量等。

2.3.2 進(jìn)氣溫度傳感器

進(jìn)氣溫度傳感器為一負(fù)溫度系數(shù)特性的傳感器，ECM利用進(jìn)氣溫度傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)當(dāng)作基質(zhì)，計(jì)算空氣溫度用來修正燃油噴射量，安裝在空氣濾清器上。

2.3.3 環(huán)境溫度傳感器

為感測我們身處環(huán)境的溫度，利用輸出信號(hào)，讓ECM知道目前的室溫狀況。通常使用在車輛空調(diào)系統(tǒng)的恒溫系統(tǒng)上，系統(tǒng)中備有室內(nèi)溫度傳感器及室外溫度傳感器。ECM利用室外溫度傳感器及室內(nèi)溫度傳感器的輸出信號(hào)比對(duì)，以調(diào)整冷暖氣輸出之百分比，使環(huán)境符合駕駛設(shè)定之車內(nèi)溫度。讓車內(nèi)溫度恒定并維持設(shè)定溫度，這便是環(huán)境溫度傳感器的功能。此溫度傳感器為一負(fù)溫度系數(shù)傳感器，溫度越高電阻越低。

2.4 其他

爆震傳感器其位置都是在汽缸本體的2、3缸之間附近，它可以感應(yīng)引擎震動(dòng)的模式。利用此一加速度傳感器來量測引擎的加速度變化，也就是震動(dòng)。工程師在調(diào)校爆震傳感器時(shí)會(huì)把爆震的震動(dòng)模式寫入ECM中，一旦爆震傳感器偵測出該震動(dòng)模式，ECM則判定引擎爆震，隨即延后點(diǎn)火提前角度[5]。目前點(diǎn)火系統(tǒng)都已經(jīng)是直接點(diǎn)火了，所以較先進(jìn)的爆震傳感器能判定是哪一個(gè)汽缸爆震，而針對(duì)該汽缸個(gè)別延后點(diǎn)火提前角。

3 結(jié)語與展望

綜合所述，汽車已然進(jìn)入電子控制時(shí)代了，而工業(yè)電子的部分卻又是我們汽車業(yè)界極為陌生的部分。在現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)中，通過對(duì)傳感器進(jìn)行有效應(yīng)用，可使電子控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)功能，并且能夠使汽車安全性得以提高。尤其是利用示波器當(dāng)作修護(hù)工具，那更是難上加難，能運(yùn)用在汽車修護(hù)檢測上的觀念更少。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂良，鄧中亮，劉玉德等.基于MEMS技術(shù)的汽車傳感器研究進(jìn)展[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22（04）：77-84.

[2]孫興春. MEMS傳感器結(jié)合激光測距在汽車物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用研究[J]. 激光雜志，2017，38（09）：90-94.

[3]張艷輝，徐坤，鄭春花等.智能電動(dòng)汽車信息感知技術(shù)研究進(jìn)展[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017，38（04）：794-805.

[4]余玲飛，宋超，王曉敏等.車載傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（s1）：319-322.

[5]劉桂雄，潘夢鷂，周岳斌.機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的新進(jìn)展[J].現(xiàn)代制造工程，2009（09）：8-13.