新型汽车传感器、执行器原理与故障检测第八章速度传感器

第八章 速度传感器,新型汽车传感器、执行器原理与故障检测,第八章 速度传感器,一、概述 现代汽车轮速传感器即车轮速度传感器，用于检测车轮旋转速度，并将其转化为电信号输入控制单元ECU。现在，在制动防抱死装置ABS、牵引力控制装置TCS、电子制动力分配装置EBD、电子稳定程序ESP等系统中，各个控制单元根据轮速传感器的信号，通过和车速传感器信号的对比，确定车辆是否发生抱死和滑移，从而决定执行器是否作出制动干预。因此，轮速传感器也是一个重要的传感器。 轮速传感器的数目和通道数目不同，感应齿圈安装位置也就不同。一般来讲，齿圈安装在随车轮或传动轴一起转动的部件上，如驱动车轮、从动车轮、半轴、轮毂或制动盘、主减速器或变速器的输出轴上，传感器本体安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如半轴套管、转向节、制动底板等位置，如图8-1所示。传感器与感应齿圈的相对安装位置，也有三种方式如图8-2所示。 另外，按传感器头的外形分凿式极轴轮速传感器头、柱式极轴轮速传感器头，菱形极轴轮速传感器头相对比较少见，如图8-3所示。 目前，轮速传感器主要有电磁感应式、励磁式、霍尔效应式、电涡流式、磁阻元件式等几种。,第八章 速度传感器,第八章 速度传感器,二、电磁感应式轮速传感器 1.结构和原理 电磁感应式轮速传感器由传感头和齿圈两部分组成。传感头的结构如图8-4所示，它由永磁体、极轴和感应线圈等组成，齿圈由铁磁性材料制成。,第八章 速度传感器,当齿圈旋转时，齿顶与齿隙轮流交替对向磁芯，当齿圈转到齿顶与传感头磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最小，由永久磁芯产生的磁力线就容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就强，如图8-5a所示；而当齿圈转动到齿隙与传感头磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最大，由永久磁芯产生的磁力线就不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就弱，如图8-5b所示。此时，磁通迅速交替变化，在感应线圈中就会产生交变电压，交变电压的频率将随车轮转速成正比例变化。电子控制单元可以通过转速传感器输入的电压脉冲频率进行处理来确定车轮的转速、汽车的参考速度等。,第八章 速度传感器,2.检测 新款捷达MK70制动系统共有4个车轮转速传感器，前轮的齿圈为43齿，安装在半轴上，转速传感器安装在转向节上，如图8-6a所示。后轮的齿圈也为43齿，安装在后轮毂上，转速传感器则安装在固定支架上，如图8-6b所示。,第八章 速度传感器,（1）故障征兆检测 电磁感应式轮速传感器如发生故障，将无法准确感知车轮轮速信号，从而使防抱死制动不可能正确地控制车轮防抱死机构的工作，只能依靠基本制动进行刹车操作，此时ABS警告灯点亮，紧急制动时出现制动距离长、车轮抱死、两侧制动力不均匀、制动力不足、制动踏板剧烈振动、制动踏板行程过长、需用很大的力踩制动踏板、轻踩制动踏板时ABS工作、路面有拖印等故障现象。电磁感应式轮速传感器的常见故障主要是传感器本身的感应电路(感应线圈)断路或短路、传感器头和齿圈沾染油污或其它脏物，因振动或敲击造成传感器发生消磁现象等。除此之外还有轮速传感器的松动、脉冲齿圈距离、车轮轴承、制动轮缸、制动蹄片等出现问题，也会导致轮速传感器没有信号输出的故障。 （2）电阻检查轮速传感器与ABS ECU的连接线路，如图8-7所示 。将点火开关挡位置于OFF，断开ABS ECU插头，用万用表欧姆挡测量以下针脚，其电阻值应符合表6-1规定。 如果电阻值不符合要求，可直接从所对应的轮速传感器处拔下导线，用欧姆表直接测量，如果达到上述标准电阻值，说明线路有问题，如果仍达不到上述标准值，说明传感器有故障。 如果检测的任何一个轮速传感器的电阻值不在规定范围内，首先应检查与该传感器连接的导线是否发生断路及其插头是否松动。如果经过检查未发现导线中有断路现象，且插头连接牢固，就应更换该轮速传感器。,第八章 速度传感器,（3）检测传感器线束的电阻值 关闭点火开关，拔下4个轮速传感器的2芯连接插头，然后拔下ABS ECU的连接端子。用万用表的电阻挡分别测量左前轮传感器插头的1号端子与ABS电脑插头的T26/9端子之间的阻值、左前轮传感器插头的2号端子与ABS ECU电脑插头的T26/8端子之间的阻值、右前轮传感器插头的1号端子与ABS电脑插头的T26/5端子之间的阻值、右前轮传感器插头的2号端子与ABS ECU电脑插头的T26/6端子之间的阻值、左后轮传感器插头的1号端子与ABS电脑插头的T26/3端子之间的电阻值、左后轮传感器插头的2号端子与ABS电脑插头的T26/2端子之间的阻值、右后轮传感器插头的1号端子与ABS电脑插头的T26/12端子之间的电阻值、右后轮传感器插头的2号端子与ABS电脑插头的T26/11端子之间的阻值，应均小于0.5 ，若相差很大或为无穷大，则说明线束断路。 （4）检测传感器信号电压 升降车轮，使4个车轮高地悬空，以1r/s的速度分别转动各个车轮，用万用表或示波器分别测量各个车轮转速传感器的信号输出电压值。各车轮转速传感器的信号电压应满足表8-2所示的要求。,第八章 速度传感器,第八章 速度传感器,第八章 速度传感器,三、霍尔效应式轮速传感器 1.霍尔效应式轮速传感器的结构 霍尔效应式轮速传感器主要由传感器头和齿圈组成，传感器头由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成，如图8-8所示。,第八章 速度传感器,2.霍尔效应式轮速传感器的工作原理 当齿圈转动到齿缝正对传感器头时，永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈的磁力线较为分散，磁场也相对较弱，如图8-9a所示；齿圈转动到凸齿正对传感器头时，永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈的磁力线较为集中，磁场也相对较强，如图8-9b所示。这样在齿圈的转动过程中，由于通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔元件上霍尔电压的变化，使霍尔元件向外输出一个正弦波电压信号。 霍尔元件在齿轮的运动下产生并向外输出一个mV级的正弦波霍尔电压，经放大器放大为V级的电压，然后送至施密特触发器输出标准的脉冲信号，并产生一定回差以提高稳定性，最后送至输出级送放大输出。霍尔轮速传感器电子线路的框图及各级输出波形如图8-10所示。,第八章 速度传感器,霍尔轮速传感器的电子线路原理图如图8-10所示，它的工作电压为815V，负载电流为100mA，工作频率为20kHz，输出电压幅值为714V。为了适应汽车在各种温度下工作，霍尔轮速传感器的结构采用封闭式，将齿圈与传感器密封在一起，以保证在恶劣的环境中能可靠地工作。霍尔轮速传感器是一种主动式轮速传感器，因此克服了电磁感应式轮速传感器的输出信号幅值变化、频率响应不高、抗电磁干扰能力差的缺点，具有输出信号幅值不变、频率响应高、抗电磁干扰能力强的优点，因此在一些新型汽车的ABS系统中将越来越多地使用此类型的轮速传感器,第八章 速度传感器,3.霍尔效应式轮速传感器的检测方法 霍尔式轮速传感器，可用检测其输出电压信号的方法来判断其工作好坏。关闭点火开关，将车支起，使每个轮胎离地10cm左右，然后拔下轮速传感器的导线连接器插头，并用导线将线束插头与轮速传感器插头的电源端子相连，用万用表（打开交流电压挡）的两表笔分别搭在轮速传感器的信号输出端子间，测量传感器的输出电压。接通点火开关，用手转动车轮，万用表应显示714V范围内波动的交流电压，若电压不在此范围内，应检查传感器与齿圈之间的间隙，标准值应在0.20.5mm范围内，否则应进行调整。,第八章 速度传感器,四、新型霍尔式轮速传感器 霍尔式轮速传感器输出方波脉冲信号。由于霍尔式轮速传感器能克服电磁式轮速传感器输出信号电压幅值随车轮转速变化而变化，响应频率不高，以及抗电磁波干扰能力差等缺点，因而其被广泛应用于汽车防抱死制动系统ABS的轮速检测。轮速传感器是汽车ABS的重要组成部分，它将轮速信号传给ABS电控单元，然后ABS电控单元通过计算决定是否开始并准确地进行防抱死制动，因此轮速传感器性能的好坏直接关系到驾驶人的生命及财产安全。 为降低汽车生产成本，近年来，越来越多的汽车ABS采用种新型霍尔式轮速传感器，例如奥迪A8、奇瑞风云、雪铁龙新爱丽舍等车型。普通霍尔式轮速传感器有3根引线，分别为电源线、信号线和搭铁线；而新型霍尔式轮速传感器只有2根引线如图8-11所示，分别为电源线和信号线。,第八章 速度传感器,新型霍尔式轮速传感器与普通霍尔式轮速传感器的输出信号均为方波脉冲信号，占空比范围一般为50%，但输出信号的高、低电压存在差异如图8-12所示。新型霍尔式轮速传感器输出信号的高、低电压不受轮速影响，主要由ABS电控单元内部的电阻R决定如图8-13所示，电阻R一定，高、低电压便定，即使轮速很低，ABS电控单元仍能检测到输出信号电压，这就克服了电磁轮速传感器输出信号电压随转速变化而变化的缺点。,第八章 速度传感器,新型霍尔式轮速传感器的检测：传感器两条线，其中一条是ABS ECU提供的8V或12V的工作电源，通过传感器另一条信号丝再回到ABS ECU控制搭铁，转子旋转时，传感器产生0.752.5V的方波脉冲信号。因为霍尔传感器的独特性能，使传感器的搭铁和信号线供用一条线，如图8-14所示。,第八章 速度传感器,五、磁阻式轮速传感器 1.结构、安装位置 新款皇冠的轮速传感器，采用磁阻型半导体传感器，简称MRE传感器。磁性转子是由内置带磁性粒子的橡胶制成南北共48极，磁极按圆周方向均匀分布的环状垫片，镶嵌在后轮轴承内圈上，与车轮同速度旋转。MRE传感器则安装在轮毂上固定不动，与磁性转子间存在0.50.8mm的空气间隙，如图8-15所示。,第八章 速度传感器,2.工作原理 当磁性转子随车轮旋转，产生磁场变化，传感器内的磁阻值相应变化，经电路处理以脉冲信号输出给ABS ECU。MRE传感器与广泛采用的其他方式轮速传感器比较，它能检测到从0km/h开始的车速，此外，还能够检测到转子的旋转方向，因此系统可以区分车辆向前还是向后的运动方向，为坡道起步辅助控制系统HAC提供制动控制信号，如图8-16所示。,第八章 速度传感器,新款皇冠使用的新型磁阻轮速传感器具备主动型轮速传感器的功能外，还能够检测出车轮的旋转方向。新型磁阻轮速传感器内部有两个磁阻，在车轮转动时产生两个信号，把这两个信号叠加在一起后，再发送到电脑。由于车辆向前或者向后行驶时，两个磁阻发出的信号是不同的，所以电脑可以根据传感器信号来判断车轮的旋转方向和车辆的实际行驶方向，如图8-17所示。其输出的正常波形如图8-18所示。,第八章 速度传感器,第四章 压力传感器,3.检测 新款皇冠速度传感器与ABS与牵引力执行器总成（制动防滑控制ECU）的连接电路图如图8-19所示,第八章 速度传感器,(1)线路导通性检测 关闭点火开关，断开轮速传感器连接器和制动防滑控制ECU连接器，用万用表测量左前速度传感器S4的2号端子与防滑ECU的18号端子、左前速度传感器S4的1号端子与防滑ECU的4号端子之间的电阻值，其阻值应小于1。 （2）绝缘性检测 关闭点火开关，断开制动防滑控制ECU连接器，用万用表测量防滑ECU的4号端子FL与搭铁之间、防滑ECU的18号端子FL与搭铁之间电阻，其值应大于10k。 （3）输入电压检测 关闭点火开关，断开轮速传感器连接器，打开点火开关，用万用表检测左前速度传感器S4的2号端子与车身搭铁的电压，其值应在7.012V之间。 （4）示波器检测 使用示波器，利用背插法，在不脱开端子的条件下测量，应该输出图的波符合图8-18所示，否则检查线路或更换传感器。,