新型汽车传感器、执行器原理与故障检测第十章传感器的波形分析

第十章 传感器的波形分析,新型汽车传感器、执行器原理与故障检测,第十章 传感器的波形分析,一、汽车电子信号类型 汽车电子信号基本可分为模拟信号和数字信号两种。 1.直流信号 直流信号是一种模拟信号，如图10-1所示。在汽车中产生直流DC信号的传感器或电源装置有：蓄电池电压或控制模块PCM输出的传感器参考电压。 模拟传感器信号：发动机冷却温度传感器、燃油温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、废气再循环压强和位置、热膜式或热线式空气流量计、真空和节气门开关以及进气压力传感器。 2.交流信号 交流信号是一种模拟信号，如图10-2所示。在汽车中产生交流AC信号的传感器和装置有：车速传感器VSS、防滑制动轮速传感器、磁电式曲轴转角CKP和凸轮轴CMP传感器、从模拟压力传感器MAP信号得到的发动机真空平衡波形、爆燃传感器KS。,第十章 传感器的波形分析,3.频率调制信号 在汽车中产生可变频率信号发图10-3所示的传感器和装置有：数字式空气流量计、福特数字式进气压力传感器、光电式车速传感器VSS、霍尔式车速传感器VSS、光电式凸轮轴和曲轴转角CKP传感器、霍尔式凸轮轴CAM和曲轴转角CKP传感器。 4.脉宽调制信号 在汽车中产生脉宽调制信号如图10-4所示的电路或装置有：初级点火线圈、电子点火正时电路、废气再循环控制EGR、净化、涡轮增压和其他控制电磁阀、喷油器、怠速控制电动机和电磁阀。,第十章 传感器的波形分析,5.串行数据（多路）信号 若汽车中具备有自诊断能力和其他串行数据送给能力的控制模块，则串行数据信号如图10-5所示是由发动机控制模块PCM，车身控制模块BCM和防抱死制动系统ABS)或其控制模块产生。,第十章 传感器的波形分析,二、汽车电子信号的五个判定依据 汽车电子信号的“五要素”：直流、交流、频率、调制、脉宽调制和串行数据信号。现在再回头看一下汽车电子语言的难题五个“判据”即五种判定尺度。要从五种判定信号中得到只有五种判定特征的信息类型是重要的，因为发动机控制模块需要通过分辨这些特征来识别各个传感器提供的各种信息并依据这些特征来发出各种命令，指挥不同的执行器动作，这些特征就是汽车电子信号的五种判定依据。五个判定依据是： 1）幅值电子信号在一定点上的即时电压；2）频率电子信号在两个事件或循环之间的时间，一般指每秒的循环数HZ。3）脉冲宽度电子信号所占的时间或占空比；4）形状-电子信号的外形特征;它的曲线、轮廓和上升沿、下降沿等；5）阵列组成专门信息信号的重复方式。五个判定根据与五种类型的相关连带关系如表10-1所示。 为了使汽车的计算机系统功能正常，必须去测量用于通信的电子信号，也就是，必须能读”与“写”计算机电子通信的通用语言，用汽车示波器就可以“截听”到汽车计算机中电子对话，这既可以用来解决测试点问题，也可以用来验证修理工作完成后的工作是否正常。如果一个传感器、执行器或控制模块产生了不正确判定尺度的电子信号，该电路可能遭到“通信中断”的损失，它会表现为行驶能力及排放等故障码DTC。,第十章 传感器的波形分析,在汽车发动机控制模块PCM和其他电子智能设备中用来通信的串行数字信号是最复杂的信号，它是包含在汽车电子信号中的最复杂的“电子句子”，在实际中，要用专门的解码器去读取信息。,第十章 传感器的波形分析,三、汽车波形识别 1.常见波形术语 常见的波形术语主要有：幅值、频率、脉冲宽度以及占空比等。其含义如图10-6、图10-7和图10-8所示。,第十章 传感器的波形分析,2.示波器用语 触发电平：示波器显示时的起始电压值; 触发源：示波器的触发通道通道(CH1)、通道(CH2)和外触发通道EXT。 触发沿：示波器显示时的波形上升或下降沿; 电压比例：每格垂直高度代表的电压值; 时基：每格水平长度代表的时间值; 直流耦合：测量交流和直流信号; 交流耦合：只允许信号的交流成分通过它，滤掉了直流成分(电容用来过滤直流电压)； 接地耦合：确认示波器显示的0V电压位置; 自动触发：如果没有手动设定，示波器就自动触发并显示信号波形。,第十章 传感器的波形分析,3.波形界面识别 单通道、双通道波形，如图10-9a、10-9b所示。,第十章 传感器的波形分析,4.波形数据的识别 氧传感器波形，如图10-10所示。,第十章 传感器的波形分析,二、示波器结构 汽车专用示波器种类较多，汽车专用示波器的结构如图10-11所示，主要由诊断模块、测试主机、存储卡、外接电源线、热起动开关、主电源开关、串行接口、外部电源接口、测试线缆等组成。示波器使用直流12V电源，可接在车辆的12V蓄电池上或用A/C充电器为仪器充电。仪器工作时，若出现死机，可以通过热起动开关重新起动仪器。串行接口用于连接打印机、电脑或废气分析仪等。 测试线缆一端接到诊断模块接口，另一端为测试探头。仪器备有一根测试线缆，分别为黄、蓝、红和绿4种颜色，另一根黑色为接地线缆，如图10-12所示。线缆分器通道接口 为通用型和专用型，在进行不同项目测试时，可选用专用适配器。示波器的安全使用注意事项： 1）确定被测试车辆在P位并且已拉上驻车制动；2）确定车轮在地面上被锁止；3）车辆在通风顺畅的地方；4）在切断测试接头之前，应先断开搭铁线接头；5）注意保护仪器免受液体浸入。,第十章 传感器的波形分析,第十章 传感器的波形分析,三 、示波器的使用方法 1）按图10-13所示连接线路。在对氧传感器进行测试时，须用高电阻专用线缆，避免影响测试精度。 2）起动发动机并暖机运行，使发动机暖机到正常工作温度并进入闭环工作状态，测试结果才能正确。 3）按下PWR键使示波器开机。 4）从主菜单中选择AUTO METERS项。在AUTO METERS项中，可以观测到氧传感器 的信号波形、氧传感器的变动率及混合气的浓/稀状态。 5）选择02 SENSOR项即可对氧传感器进行测试。 6）提高发动机转速，使其转速高于怠速工况（发动机在怠速时不能进入闭环状态）。氧传感器的测试屏幕如图10-14所示。其上方为氧传感器变动率的统计数值，屏幕上为每5s的变动率，同时显示最大值与最小值，中间显示混合气的浓/稀状态，下方为氧传感器的信号波形。氧传感器的故障波形如图10-15所示。,第十章 传感器的波形分析,四、传感器波形分析 1.数字输出进气压力传感器波形 这种压力传感器产生的是频率调制式数字信号，它的频率随进气真空而改变，当没有真空时，输出信号频率为160Hz，怠速时真空度为19inHg，它产生约150Hz的输出，检测时应按照维修手册中的资料来确定真空度和输出频率信号关系，数字输出进气压力传感器也是一个三线传感器，用5V电源给它供电。 1）数字输出进气压力传感器测试 打开点火开关，但不起动发动机，用手动真空泵给进气压力传感器施加不同的真空度，并观察示波器的波形显示。确定判定参数：幅值、频率、形状是相同的，精确性和重复性好，幅值接近5V，频率随真空度变化，形状（方波）保持不变。确定在给定真空度的条件下，传感器能发出正确的频率信号。 2）数字输出进气压力传感器波形分析 波形的幅值应该是满5V的脉冲，同时形状正确，例如波形稳定，矩形主角正确，上升沿垂直。频率与对应的真空度应符合维修资料给定的值，如图10-16所示。可能的缺陷和参数值的偏差主要是不正确频率值，脉冲宽度变短，不正常波形等如图10-17所示。,第十章 传感器的波形分析,第十章 传感器的波形分析,2.爆燃传感器波形 （1）爆燃传感器波形测试 打开点火开关，不起动发动机，用一些金属物敲击发动机（在传感器附近的地方）。在敲击发动机体之后，紧接着在示波器显示上应有振动，敲击越重，振动幅度就越大。从一种形式的传感器至下一种传感器的峰值电压将有些变化。爆燃传感器是极耐用的。最普通的爆燃传感器失效的方式是传感器根本不产生信号这通常是因为某些东西碰伤，它会造成传感器物理损坏(在传感器内晶体断裂，这就使它不能使用)。波形显示只是一条直线，但如果你转动发动机或敲击传感器时的波形是平线，检查传感器和示波器的连接，确定该回路没有接地，然后再判断传感器是否失效。 （2）爆燃传感器顶部波形分析 爆燃传感器顶部波形分析如图10-18所示。波形的峰值电压（峰高度或振幅）和频率（振幅的次数）将随发动机的负载和每分钟转速而增加，如果发动机因点火过早、燃烧温度不正常、废气再循环不正常流动等引起爆燃或敲击声，其幅度和频率也增加。为做关于爆燃传感器的试验，必须改变示波器的电压分度至50mv/D。,第十章 传感器的波形分析,3.磁电式转速传感器波形分析 磁阻轮上的逐个轮齿将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。输出信号的振幅（峰对峰电压）与磁组轮的转速成正比（车速），信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。传感器磁心与磁组轮间的气隙大小对传感器的输人信号的幅度影响极大，如果在磁组轮上去掉一个或多个齿就可以产生同步脉冲来确定上止点的位置。这会引起输出信号频率的改变，而在齿减少时输出信号幅度也会改变，发动机控制模块或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发点火时间或燃油喷射时刻的。 1）磁电式车速传感器波形测试 可以将系统驱动轮顶起，来模拟行驶时的条件，也可以将汽车示波器的测试线加长，在行驶中进行测试。 2）磁电式车速传感器波形分析说明 磁电式转速传感器波形图如图10-21所示，车轮转动后，波形信号在示波器显示中心处的0V进气温度传感器平线上开始上下跳动，并随着车速的提高跳动越来越高。波形显示与例子十分相似，这个波形是在大约30km/h 0.447m/s的速度下记录的，它又不像交流信号波形，车速传感器产生的波形与曲轴和凸轮轴传感器的波形的形状特征是十分相似的。,第十章 传感器的波形分析,第十章 传感器的波形分析,4.数字式空气流量传感器波形 （1）数字式空气流量传感器波形检测 将波形测试设备探针接空气流量传感器信号输出端子，鳄鱼夹搭铁。在发动机运转时测试空气流量传感器输出信号电压波形。数字式空气流量传感器输出的信号都是频率信号，根据空气流量传感器的不同，其输出信号电压波形可以分为高频和低频两种形式，两种形式空气流量传感器的信号电压波形如图10-20所示。,第十章 传感器的波形分析,（2）波形的含义及相关说明如图10-21所示。 1）波形的幅值大多数应满5V，波形的形状要一致，矩形的拐角和垂直沿的一致性要好，传感器输出信号电压波形的频率要与发动机转速和空气流量传感器的比率要一致。有些车型如通用别克汽车的波形上部左侧的拐角有轻微的圆滑过渡是正常现象，并不说明传感器损坏。 2）随着空气流量的增加，传感器输出信号波形的频率也增加，流过空气流量传感器的空气越多，信号向上出现的脉冲频率也就越高。 3）如果信号波形不符合上述要求，或者脉冲波形有伸长或缩短，或者有不想要的尖峰和变圆的直角等，应更换空气流量传感器。,第十章 传感器的波形分析,第四章 压力传感器,5.氧传感器的波形分析 （1）氧传感器良好与损坏的波形分析 良好的氧传感器波形与损坏的氧传感器波形叠加比较。振幅大的波形表示良好者，振幅小的表示损坏者。损坏的氧传感器波形表明，燃料反馈控制系统的正常运行受到了严重的抑制。但从其波形中的“稍浓、稍稀”振动来分析，燃料反馈控制系统一旦接收到正确的氧传感器反馈信号是有控制空燃比能力的。由于损坏的氧传感器的反应速率迟缓限制了浓稀转换次数，使混合气空燃比超出了三元催化转化器要求的范围，故此时排放指标恶化。图中良好的氧传感器波形反映的是更换了氧传感器之后的情况，如图10-21所示。 （2）个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡的故障现象 1）怠速非常不稳；2）加速迟缓；3）动力下降。 在冷起动后或重新热起动后的开环控制期间情况稍好，一旦反馈燃油控制系统进入闭环控制，症状就变得显著。用示波器检测氧传感器，检测发动机在2500r/min和其他稳定转速下的氧传感器波形，以检查燃料反馈控制系统。氧传感器在所有的转速、负荷下都显示了严重的杂波如图10-22所示。严重的杂波表明排气氧不均衡或存在缺火。这些杂波彻底毁