[精]汽车传感器波形分析

第一章空气流量计

一、简介

空气流量计（ MAF）按结构原理可分为翼板式、热丝式（热膜式）、卡门涡旋式及电位计式等几种，按信号输出类型又分为数字式和模拟式两种。空气流量计是非常重要的一类传感器，因为发动机控制电脑主要依据它发出的信号来计算发动机负荷、点火正时、废气再循环控制及发动机怠速控制等其它参数。不良的空气流量计会造成喘车、怠速不良以及发动机性能和排放等一系列问题。

二、翼板式空气流量计原理：翼板式空气流量计的核心是一个可变电阻（电位计），它与空气翼板同轴连接，当空气流动时推动翼板随之开启，随着翼板的开启角度变化，可变电阻器（电位计）也随之转动。从而引起阻值发生相应变化。翼板式空气流量计一般是个三线传感器，其中两条是参考电压的正、负极，另一条是可变电阻器的滑动触点臂，由它向电脑提供与翼板转动角度成正比的输出电压信号。急加速时，翼板在空气流动动压作用下，就会产生一个超过正常摆动角度的过量信号，这就为控制电脑提供了一个混合气加速加浓的控制信号。结构：

信号：翼板式空气流量计主要有两种：一种是随着空气流量的增加输出信号的电压升高，另一种则相反，当空气流量加大时输出信号电压反而降低。

检测方法一

关闭所有附属电气设备，起动发动机，并使其怠速运转，当怠速稳定后，检查怠速时空气流量计电压输出信号（参看图 1中左侧波形）。做加速和减速试验，应有类似图 1中右侧的波形出现。将发动机转速从怠速加至油门全开（加速时不宜太急），油门全开后持续 2秒钟，但不要使发动机超速运转；再将发动机降至怠速运转，并保持 2秒钟；再从怠速急加速至油门全开，然后再急收油门使发动机回至怠速；定住波形。

图 1 波形分析：

测量出的波形电压值可以参照资料进行对比分析，当翼板式空气流量计正常时，怠速输出电压约为 1V，油门全开时应超过 4V，全减速（急抬油门）时输出的电压并不是很快地从全加速电压回到怠速电压。通常（除 TOYOTA汽车外）翼板式空气流量计的输出电压都是随空气流量的增加而升高的。波形的幅值在空气流量不变时应保持稳定，一定的空气流量应有相对应的输出电压，这样，当输出电压与空气流量不符时就可以从波形图中检查出来，一般发生这种情况时发动机的工作状况就会受到明显的影响。

检测方法二

打开点火开关（ ON），不起动发动机，用手推动翼板式空气流量计的翼板，如果空气流量计可变电阻器的碳轨有磨损时，波形中就会出现间断性的毛刺，用这个方法比用前一种方法更容易发现流量计可变电阻器（电位计）上的磨损点。但这只是对翼板式空气流量计本身元件的测试，它不能帮助我们整体地测量进气系统（进气歧管的工作等等）或发动机运转时翼板有间歇性犯卡等故障。另外，请注意图 1中在急加速时波形中出现的小尖峰，它是由于翼板过量摆动造成的。而控制电脑恰恰正是根据这一点来判定加速加浓信号的。

三、热丝式空气流量计

原理：热丝式空气流量计是模拟输出电压信号传感器，大多数热丝式空气流量计在空气流量增大时，输出电压也随之升高。热丝式空气流量计内部温度补偿电路比较复杂，输出电压模拟信号被送到控制电脑，控制电脑则根据这个信号来计算发动机负荷、判定燃油供给量和点火正时等等。结构：

检测方法一关闭所有附属电气设备，起动发动机，并使其怠速运转。怠速稳定后，检查怠速时空气流量计输出电压信号（如图 2中左侧波形）。做加速和减速试验，应有类似图 2中的波形。

图 2

波形分析：

可以通过从厂家维修资料中找到输出电压的正确参考值进行比较，通常热丝式空气流量计输出的电压范围是从怠速时超过 0.2V升至油门全开时 4V以上，当全减速时输出电压应比怠速时的电压还稍低些。

发动机运转时，波形的幅值看上去是不连惯的波形，这是正常的。由于热丝式空气流量计中没有任何机械运动部件，所以它的测量值不会受到运动部件惯性因素的影响，因此它能快速地对空气流量的变化做出反映。图 2中加速时波形中的杂波实际是由在进气真空之下各缸进气口上的空气气流脉动引起的，但请放心，一般控制电脑中的处理电路会清除这些杂波信号。

注意：

不同的车型输出电压将有很大的差异，在怠速时是否为 0.25V也是判断空气流量计好坏的办法。许多坏的空气流量计在怠速时输入电压太高，而油门全开时又达不到 4V。另外，从混合气是否正常或冒黑烟也可以判断空气流量计的好坏，但有时想判断空气流量计的好坏往往非常困难。

四、卡门式涡旋式空气流量计原理：卡门涡旋式空气流量计通常与空气滤清器组装成一体，这种类型多常见用在三菱发动机电控系统中，它的输出方式是数字式的，但它与其它的数字式输出的空气量计不同的是，大多数数字式输出的空气流量计随空气流量改变时只有输出频率随之改变，而卡门涡旋式空气流量计则不仅改变频率，还同时改变其脉冲宽度。即一般数字式空气流量计在空气流量增大时只频率随之增加，而卡门涡旋式空气流量计在加速时不但频率增加，它的脉冲宽度也同时改变。所以在测试卡门涡旋式空气流量计时，由于有两种参数同时与空气流量变化有关，用示波器抓取参考波形（如图 3）故障分析就显得非常有用了。结构：

检测方法一

起动发动机，在不同转速下试车，把较多的时间用在测试发动机性能有问题及排除故障的转速段内进行检测，看示波器波形显示。

确认在任何给定的运行方式下，波形的幅值、频率、形状脉冲宽度等判定性尺度是一致的、可重复的、正确的。确认在空气流量一定的情况下，流量计能产生稳定频率和脉宽信号。

图 3

波形分析大多数情况下，波形的振幅应该满 5V，同时也要按照判定性尺度一致原则看波形的正确形状、矩形脉冲的拐角及垂直下降沿是否一致。在稳定的空气流量下流量计产生的频率也应该是稳定的，且无论值的大小如何，都应该是一致的。当这种型号的空气流量计工作正常时，脉冲宽度将随加速的变化而变化，这是为了加速加浓时，能够向控制电脑提供非同步加浓及额外燃油喷射脉冲信号。可能发现的故障和不正确的判定性尺度是脉冲宽度伸长或缩短，不应该有的峰尖以及圆角的产生，这些都会影响发动机性能和造成排放等问题。

第二章进气压力传感器

一、简介

除了福特的进气压力传感器是数字输出信号以外，几乎所有的进气压力传感器的输出信号都是模拟量的。并且当我们用示波器测试进气压力传感器时，模拟量信号和数字量信号的设定和步骤也是不同的。

二、模拟量进气压力传感器原理：

模拟量进气压力传感器的原理是将发动机感测到的真空度直接产生对应可变的电压输出信号。一般它是一个三线传感器，其中两条线是参考电源的正、负极，参考电源为 5V，剩下一条线是电脑的输出信号。结构：如图

检测方法：关闭所有附属电气设备，启动发动机，并使其怠速运转。当怠速稳定后，检查怠速输出信号电压（图 1中左侧波形）。做加速和减速试验，应有类似参考图中的波形出现。将发动机转速从怠速加到油门（节气门）全开（注意：加速时不宜过急，是缓加速）并保持约 2s，不应超速；再减速回到怠速状况，持续约 2s；再急加速至油门（节气门）全开，然后再回到怠速；定住波形，仔细观察其波形（图 4），并与波形参考图比较；也可以用手动真空泵代替节气门处的真空，对进气压力传感器进行抽真空测试，即观真空表读数值与输出电压信号的对应关系。

图 4

波形分析：

从汽车专用维修资料中，可查到各种不同车型在不同的真空度下对应输出的电压值，将这些参数与示波器显示的波形（图 4）进行比较。通常进气压力传感器的输出电压在怠速时为 1.25V，当节气门全开时略低于 5V，全减速时接近 0V。大多数进气压力传感器在真空度高时（全减速是 80kPa）产生对地电压信号 (接近 0V)，而真空度低时（即接近大气压时 ,全负荷接近 10kPa），产生的电压信号高（接近 5V），也有些进气压力传感器设计成相反方式，即当真空度增高时输出电压增高，真空度降低时输出电压也降低。

当进气压力传感器有故障时，可以查阅维修手册，波形的幅度应保持在接近特定的真空度范围内，波形幅度的变化亦不应有较大的偏差。当传感器输出电压不能随发动机真空度变化时，我们从波形图上就可以明显地看出来，通常这时发动机运转也不正常。

有些克莱斯勒汽车的进气压力传感器损坏时，会出现无论真空度如何变化输出电压都不变的现象。还有一些系统，如克莱斯勒汽车波形有时会显示出许多电子杂波，甚至在 NORMAL（标准）采集方式下波形上也有许多杂波。一般四缸发动机杂波较多，因为四缸车在两个进气行程间真空波动比较大，相对而言通用汽车进气压力传感器杂波最少。如果波形杂乱或干扰太大，也不用担心，因为这些杂波在传送到控制电脑后，控制电脑中的信号处理电路会自动清除这些杂波干扰。

三、福特数字量输出进气压力传感器

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度的变化而变化。当没有真空时，输出信号频率为 160Hz，而在怠速真空度为 64kPa时，它产生约 105Hz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一般也是一个三线传感器，用 5V电源给它供电。

检测方法 : 打开点火开关，但不启动发动机，用手动真空泵给进气压力传感器施加不同的真空度，同时观察示波器的波形显示（图 5）。确定判定参数：幅值、频率、形状等判定性尺度是一致的、可重复性的、正确的，即幅值接近 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与维修手册比较，传感器能发出正确的频率信号。

图 5

波形分析:

波形的幅值应该是满 5V的脉冲，同时形状正确、波形稳定、矩形方角正确、上升沿垂直。频率与对应真空度应符合维修资料给定的值。可能出现的故障和参数值的偏差主要是不正确的频率值，脉冲宽度变短，不应有的尖峰等。

第三章温度传感器

一、简介

大多数燃油温度传感器（ FT），发动机冷却液温度传感器（ ECT）和进气温度传感器（ IAT）工作的原理是相同的，其测量方法也相同，即 FT、ECT和 IAT传感器都是一个负温度系数的热敏电阻，即这种传感器的电阻随着传感器温度的增加而减小，一般是一个两线式模拟量传感器，但也有的传感器由于利用外壳接地，因此只有一条线即信号线。

这些传感器一般也由控制电脑提供 5V参考电源，并将与温度成比例变化的电压输入到控制电脑（PCM）。典型的 FT、ECT和 IAT传感器的电阻变化范围是在 -40℃时约为 10KΩ，到 130℃时约为 50Ω。

二、燃油温度传感器

原理：

燃油温度传感器（ FT）通常检测发动机的燃油管道中的汽油温度。当我们用示波器或万用表去测量燃油温度传感器时，你所读出的是传感器内热敏电阻两端的电压降。当燃油温度偏低时，传感器两端电阻升高、压降较大，而温度升高时，传感器内电阻降低，两端电压降则变小。

结构：检测方法：

除了与某些特定的温度有关的故障以外，在测试燃油温度传感器时应从发动机冷态开始，但如果从客户那里知道某故障与某特定的温度有关时，从被怀疑的故障温度范围开始进行测量将是比较好的方法。

启动发动机，加速至 2500r/min，并保持住。让示波器中的波形从左向右在屏幕上完全显示出来，定住波形，停止检测，过程虽然不长，其实就已经在汽车全部的运行温度范围检测了传感器。如果是间歇性故障或故障发生在行驶过程中时，可能还有必要在路试中进行测试。

图 6

波形分析：

传感器的电压显示范围在 3V至 5V之间（当发动机完全在冷态时），并在汽车全部运行温度范围内大约下降 1～2V，这个直流（ DC）信号的判定关键是电压幅度，且传感器在任何温度下都应该发出平稳幅度的电压信号（图 6）。  当燃油温度传感器电路开路时，将出现向上直到参考电压值的峰尖（ 5V）；当燃油温度传感器对地短路时，将出现向下直到接地电压值的峰尖（ 0V）。

三、进气温度传感器原理：

进气温度传感器通常用于检测进气管中的空气温度，当用示波器或万用表测试时，从表中读出是传感器内热敏电阻两端的电压降。当进气温度低时，传感器电阻值及电压降就高，进气温度高时，传感器内的热敏电阻值及电压降就低。结构：

检测方法：

除非发现与某特定的温度有关的故障温度，否则应在发动机完全冷态的情况下进行测试，但如果从客户那里知道某故障与某特定的温度有关时，从被怀疑的故障温度范围开始进行测量将是比较好的方法。

启动发动机加速至 2500r/min，稳住转速，看示波器屏幕上波形从左端开始直到右端结束（图 7），示波器上时间轴每格 5s，总共一次记录传感器工作为 50s，将屏幕上的波形定住，停止测试，这时，进气温度传感器相当于已在整个汽车运行范围被测试过了。测试进气温度传感器的另一种方法是：在进气管上喷撒清洗剂或水，使进气温度传感器降温，这时打开点火开关，启动发动机，传感器波形电压应向上升。

图 7

波形分析：

按照制造厂商的资料确定相应传感器的输出电压范围，通常传感器的电压应在 3～5V（完全冷车状态）之间，并在汽车全部运行温度范围内电压下降大约在 1～2V左右，这个直流信号的判定关键是电压幅度，且在各种不同温度下传感器应有相应的输出变化的电压信号。当进气温度传感器电路开路时，将出现电压向上直到参考电压值的峰尖（5V）；当进气温度传感器电路对地短路时，将出现电压向下直到接地电压值的峰尖（0V）。

四、冷却液温度传感器

原理：

发动机冷却液温度传感探测的是在水套中的发动机冷却水的温度。当我们将示波器或数字万用表与从温度传感器来的信号相接时，同前面讲的两种温度传感器相似，我们读出的即是传感器内的具有负温度效应热敏电阻上的电压降。同样当发动机水温冷时（冷车时），其电阻值及输出电压值高，反之当发动机热车以后，冷却液温度上升，水温传感器内的电阻值下降，输出电压亦下降。

结构：

检测方法：同上面一样

图 8

波形分析：

参照制造商的规范手册，以精确地得到传感器相应的电压范围。通常冷车时传感器的电压应在 3～5V（全冷态）之间，然后随着发动机运行逐渐减少至运行正常温度时的 1V左右。这个直流信号的判定关键是电压幅度。且在任何给定温度下，好的传感器必须产生稳定的反馈信号（图 8）。发动机冷却液温度传感器电路开路时，将使电压波形出现向上直到参考电压值的尖峰（5V）；发动机冷却液温度传感器对地短路时，将产生向下直到接地电压值的尖峰（0V）。缩短时基轴扫描速度至 200ms/D或更短，则对捕抓间歇性故障是很有帮助的。

一些克莱斯勒和通用生产的轿车在 52℃时（约 1.25V），将在回路中串进一个 1kΩ电阻，这使得波形在约 1.25V处形成一个向上的阶跃。即，波形上跳至 3.7V，然后再继续下降至完全升温到电压约 2V。以上这种情况对克莱斯勒和通用生产的轿车是正常的现象，如果发动机运行良好，当你查阅有关轿车制造规范手册时，就会发现这一点。

第四章节气门位置传感器

一、简介

节气门位置传感器是安装在节气门轴上的用来检测节气门开度的传感器，它有两种类型：一种是模拟式节气门位置传感器，另一种是开关式节气门位置传感器。二、模拟式节气门位置传感器

原理：

模拟式节气门位置传感器（ TPS）通常是一个可变电位计，通过改变电位计的阻值来告诉电脑节气门的相应位置，并且一般有一个与节气门轴相联的滑动触点臂，这个触点臂则作为节气门电位计的滑动触点。节气门位置传感器大多数也是一个三线传感器，其中一线是电脑提供给传感器的参考电源为 5V，另一线为传感器的接地，第三根线则连到传感器的滑动触点，作为信号输出给电脑。这样，当电脑提供 5V参考电源，在电阻材料上每点的电压降都将由滑动触点决定，而这个滑动触点的移动是与节气门角度成正比的。

节气门位置传感器是一个非常重要的传感器，因为控制电脑将用它的信号来计算发动机负荷、点火正时、控制废气再循环、控制怠速以及变速器换档等许多功能和参数。因此当节气门位置传感器工作不良时，将会引起加速、怠速、驾驶性能以及尾气排放等大量问题出现。几乎所有汽车制造商生产的节气门位置传感器的工作原理都一样，所以在用仪器、示波器万用表检测它的时候，仪器的设定和测试步骤往往大同小异。标准的节气门位置传感器在节气门全闭时产生低于 1V的电压信号，在油门全开时产生接近 5V的电压信号。

结构：

检测方法：打开点火开关，发动机不运转，慢慢地让油门从怠速位置到全开，并重新回至油门全闭。反复几次，动作要慢，看图中的参考波形（图 9）。

图 9 图10

波形分析：

翻阅制造商维修手册，以得到准确的节气门位置传感器的电压范围。波形上不应有任何断点、对地峰尖或大波折，特别应注意在前 1/4油门运动中的波形，因为这一段通常是在驾驶中最常用到的传感器碳膜电位计上的部分，因此前 1/8至 1/3的炭膜往往最先磨损，从而使得波形出现异常输出信号。有些车上有两个节气门位置传感器，一个用于主控制电脑，另一个用于变速器控制。发动机节气门位置传感器来的信号与变速器节气门位置传感器信号相对应，变速器节气门位置传感器在怠速运转时产生低于 5V电压信号，在节气门全开时则变到低于 1V。但在实践中我们也许会碰到另外一种情况，也是正常的。有故障的节气门波形见（图 10）。

三、开关式节气门位置传感器

开关式节气门位置传感器是由两个开关触点构成的一个旋转开关。一个常闭触点构成怠速开关，当节气门处在怠速位置时，它位于闭合状态，这时发动机控制电脑的怠速输入信号端将收到一个接地信号，即可使发动机进入怠速闭环控制，或者在发动机进入“倒拖”状态时将停止燃油喷射。另一个是常开触点，当节气门开度达到全负荷状态时，发动机控制电脑的全负荷输入信号端将收到一个接地信号，当电脑接到这个信号后，即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。开关式节气门位置传感器的旋转臂同样也是与节气门轴相联，并随节气门一起转动的。第五章爆震传感器

一、简介

爆震传感器是一个交流信号发生器，但它们与其它大多数汽车交流信号发生器大不相同。即它不像磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器那样深测曲轴的速度或位置，它是探测振动或机械压力的，也就说爆震传感器是一个压电装置。它们由能感知机械压力或振动并把这种振动转化成一个交变的电信号（例如发动机爆震时产生交流电压信号）的特殊材料构成。

原理：

我们知道，点火过早、废气再循环不良、低标号燃油等原因引起的发动机爆震会造成发动机损坏。于是爆震传感器向电脑（有时通过点火控制模块）提供爆震信号，使得电脑能重新调整点火正时以阻止爆震进一步发生。爆震传感器这种作用实际上是在点火正时反馈控制循环中充当了一个“氧传感器”角色。

爆震传感器一般装在发动机机体或汽缸的不同位置。当振动或敲缸（爆震）发生时，它将产生一个电压峰值。敲缸或振动越大，爆震传感器产生的峰值就越大。当频率达到一定时则说明发生爆震了，表明是爆震或敲缸。爆震传感器检测范围通常设计成能测量 5～15kHz。控制单元一旦接收到发生爆震的频率时，电脑即重新修正点火正时，以阻止继续爆震。爆震传感器一般不易损坏，如果发现有关爆震传感器的问题则可能是其线路或发动机确实存在故障。结构：

检测方法一：对发动机加载，看示波器显示（图 11）。

图 11

波形分析：

波形的峰值电压（峰尖的高度或振幅）和频率（振动的次数）将随发动机的负载和转速变化而变化，同时也随发动机点火过早（正时提前）、燃烧温度、废气再循环等正常与否，其幅度和频率也将随之变化。

检测方法二：

打开点火开关，不启动发动机用某些金属物在传感器附近敲击发动机机体。在敲击发动机机体之后，示波器将显示出一振动波形，敲击越重，振动幅度就越大。不同类型的爆震传感器，其峰值电压将有所不同。

如上面所说，爆震传感器很耐用，它的失效方式通常是传感器根本不产生信号，也许是被某些东西碰伤，从而造成传感器物理性损坏（如传感器内压电晶体断裂）。这时，波形往往只显示一条直线。所以在你启动发动机或敲击传感器时的波形是一条水平直线时，应先检查传感器和示波器的连接是否良好，然后检查其线路有无问题，最后再判断是否是传感器本身出了故障。

第六章车轮速度传感器

一、简介

电控防抱死制动系统车轮速度传感器也是一种交流信号发生器，这就是说随着车轮速度的变化，它将产生一种交变的频率信号。为了检测车轮的速度，传感器大都安装在制动轮盘的内侧或前轴上，一般是一个两线传感器，并且常封装于屏蔽编织线的导管中以防电磁干扰。因为轮速传感器的信号比较敏感，容易被高压线、车载电话或汽车上其它电子设备产生的电磁或射频干扰，电磁和射频会扰乱传感器传递及准确性，甚至使信号中断，从而使防抱死系统失效并同时出现诊断故障码（ DTC），这点从行车安全的角度上来说，对于车速传感器更显得尤其重要。为了防止电磁或射频干扰传感器信号，在车速传感器控制电脑之间（ ABS控制电脑）导线往往被封装于屏蔽金属编织线导管中。因此，当我们需要测试传感器的输出信号时，尽量不要损坏屏蔽线以免人为制造故障隐患，你可以从传感器接线柱处直接引出信号。

最常见的两类探测车轮速度传感器是磁电式和光电式传感器，但在许多北美、亚洲和欧洲生产的轿车和卡车上，从最便宜的到最豪华的车型，都用磁电式传感器。当然，这种传感器还可以用来传感其它转动部件的速度或位置，例如作为汽车速度传感器、曲轴和凸轮轴位置传感器等。

原理：

磁电式传感器一般由电磁线圈和带两个端子的软棒状磁体构成，其中两个线圈接头是传感器的输出端。当一环状铁齿轮（有时称为触发轮）在车轮的带动下旋转着通过传感器时，由于传感器中磁体的存在，它将在线圈中感应出一系列交变的电压值，即在环状触发轮上每个齿型都会产生一个正弦形状电压输出，而且波形的振幅（峰值电压）和频率与触发轮的转速成正比，也就是与轮毂或轴转速成正比。这里需提醒注意的是基于结构原理的原因，传感器的磁舌和触发轮之间的气隙（间隙）对传感器信号幅度有很大影响。结构：

检测方法：如果传感器安在驱动轮上，将车轮抬高地面并模拟车轮转动的情况。可以用手转动车轮，或启动发动机让汽车运转。

图 12

波形分析：

当车轮开始转动时，请看参考图 12中波形，位于示波器中部的水平直线将在零线的上下摆动。随着转速增加，摆动幅值及频率将越来越高，参考图中的波形是在约 30km/h时记录的，请看它在零线（地线）上下的摆动幅值是很对称的。从以上介绍可知，伴随着加速、减速车轮速度传感器输出的信号的幅值和频率都将随之改变。当转速一定，波形的幅值、频率、形状将保持相对稳定，如果出现锯齿形尖峰，则有可能是由于轴承磨损或轴弯曲，使得传感器中磁体碰击制动轮盘上的触发轮所致，如果脉冲缺少，表明触发轮的齿形缺失或被损坏。

不同形式的传感器，其峰值电压将有所不同。另外，由于传感器的整体部分是线圈或绕组，它的稳定性与环境温度或振动也有关系，随着温度的升高有可能使波形幅值变短，并同时伴随有 DTC（故障码）出现。通常，防抱死系统最易出现的故障是传感器根本不产生信号。但是，如果波形没问题时，一般应先检查传感器和示波器连线，确定电路有没有接地，检查传感器的气隙是否正确，确定旋转的触发轮是否完好，最后再对传感器及 ABS控制电脑进行判断。

第七章车速传感器

一、简介

注意，车速传感器不要与前面所讲的车轮速度传感器相混淆。车速传感器主要检测电控汽车的车速，控制电脑用这个车速信号来控制发动机怠速、自动变速器的变扭器锁止、自动变速器换挡和发动机冷却风扇的开闭及巡航定速等。车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号，亦或是光电式数字信号。车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，并且信号线也通常封装在金属的屏蔽编织线内，以消除高压线及车载电话或其它电子设备电磁及射频干扰，从而保证控制电脑信号传输的准确，防止出现驾驶性能故障或其它问题。在汽车上磁电式及光电式车速传感器是应用最广的两种车速传感器（与前面介绍的轮速传感器原理基本相同，只不过作用不同罢了），在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上更是广泛采用磁电式传感器来进行车速（VSS）、曲轴转角（CKP）和凸轮轴转角（ CMP）的检测。当然，它同时还可以用来传感汽车上其它转动部位的速度和位置等信号。

二、磁电式车速传感器原理：

磁电式车速传感器相当于一个模拟量的交流信号发生器，随车速产生一个交变的电流信号。它由带两个接线柱的线圈及磁芯组成，两个接线柱即是传感器的输出端。当铁质的环状翼轮（有时称为磁阻轮）随车轮转动并经过传感器时，便在传感器中的线圈感应出一列交变循环的电压信号，且磁阻轮上的每个轮齿都将产生一个脉冲，其形状是一样的。由电磁感应定律可知，脉冲的振幅与磁阻轮的转速成正比（车速），同样，信号的频率大小也与磁阻轮的车速快慢成正比。这里需要提醒注意的是：传感器里的磁芯与磁阻轮间的气隙大小对传感器输入信号的幅度影响极大，因此，如果此类传感器安装不正确，将使发动机收不到信号或信号太弱，造成行驶性能故障。如果改进车速传感器的触发轮，即使磁阻轮上去掉一个或多个齿就可以用来产生同步脉冲信号，以确定发动机活塞上止点的位置。发动机控制电脑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。

结构：

检测方法：可以将驱动轮顶起，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。

图 13

波形分析：

车轮转动后，波形信号开始在示波器显示中心处上下跳动，并随着车速的提高跳动越来越高（振幅）。参看图 13中所示，这个波形是在大约 50km/h的速度下记录的。该车速传感器产生的波形与曲轴和凸轮轴位置传感器产生的波形特征十分相似。正常情况下波形应是非常对称的，振幅随车速增加，速度越快波形幅值就越高，而且车速增加，波形频率也将增加，示波器在同一时刻所显示的波形会明显增多。 确定振幅、频率和形状等关键的判定性尺度正确性是可重复的、有规则的，即波形波峰的幅值正常，两脉冲间的时间不变，形状不变。如果出现幅值、高低不等，可能是因传感器的磁芯与磁阻轮相碰造成的，其原因是传感器的轴衬或传动部件不圆。如果出现有脉冲丢失，则可能是损坏或缺损的磁阻轮造成的。

不同形式的传感器，其波形的峰值电压和形状会有轻微的差异。另外，由于传感器线圈的存在，所以故障还往往与温度有关。随着温度升高波形会变短，形状的变形也会很大，同时发动机还可能设定故障码（DTC）。遇到这种情况时，可在示波器显示波形时摇动连接线束，以便进一步确定是否是传感器造成故障的根本原因。一般而言，车速传感器信号最常见的故障是根本不产生信号，即当你发现汽车的波形是一条水平的直线时，则说明传感器没有输出信号，这时应先检查示波器和传感器的连线，确定电路有没有对地搭铁，确认零部件能否转动（塑料齿轮有没有咬死等），确认传感器气隙是否正常，最后再断定传感器的问题。

三、霍尔效应式车速传感器

原理：

霍尔效应传感器在汽车上主要用于曲轴转角和凸轮轴位置传感器。用于发动机点火触发和燃油喷射电路触发，同时还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度的电路中。

霍尔效应传感器是根据霍尔效应原理制成的，它一般由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成，一个软铁叶片（上面在适当的位置开有缺口）转子穿过磁铁和磁极间的气隙，这时叶片转子上的缺口部分将允许磁场穿过并到达霍尔效应传感器，而没有缺口的部分则由于金属的屏蔽性将切断磁场，因此，叶片转子“窗口”的作用是开关磁场，使霍尔效应传感器像开关一样地打开或关闭。所以该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件就是霍尔元件。

结构：检测方法：将驱动轮顶起，模拟车辆行驶的状态，也可以将汽车示波器测试线加长进行行驶的测试。

图 14

波形分析：

当车轮开始转动时，传感器便开始产生一连串的信号，且脉冲的个数（频率）将随车速增加而增加，看参考图 14，这是在大约 50km/h的速度下记录的，可以看到虽然车速传感器的脉冲信号频率随车速的增加而增加，但信号的占空比却在任何车速下保持恒定不变。确定波形的振幅、频率和形状等关键性判定尺度是一致的，即正常的幅度基本上应等于传感器的供电参考电压，两个脉冲之间的间隔、形状一致。

另外，还应检查波形的顶部和底部的尖角，当波形底部或顶部出现缺口或不规则以及波形高度（幅度）不相等的情况时，则说明可能出现了故障（因为给传感器的供电电压是不变的）。

其实分析波形的关键是波形的稳定性要好，若波形对地电位过高，则说明电阻过大或传感器接地不良。还需要提醒读者注意的是，同前面讲过的磁电式车速传感器有相同的问题，即虽然霍尔效应传感器一般设计能在高至 150℃温度下运行，但它们的工作仍然会受到温度的影响。尤其是关键的功能部件——霍尔效应元件在一定的温度下（冷或热）有可能会失效。

如果示波器显示波形不正常，检查被干扰的线或连接不良的线束，检查霍尔效应传感器同检查一般性传感器的手段一样，在示波器显示波形出现不正常时首先应检查其线束与示波器的连接和插口以及确定有关转动部件是否转动正常，最后再确认是否是传感器本身的问题。

四、光电式车速传感器

原理：

光电式车速传感器是一种光电半导体式传感器，它一般由带孔的转盘和一个发光二极管、一个作为光传感器的光电三极管组成，光电式传感器只在日产尼桑车上使用，它结构精巧、计量准确，不足之处是造价相应较高。其工作原理如下：发光二极管透过转盘上的孔照到光电三极管上实现光的传递与接收，当转盘随分电器旋转时，转盘上间断的孔便使照射到光电三极管上的光源时有时无，进而使以光电三极管为基础的放大器产生一个开关的数字输出信号，从而为发动机控制电脑或点火模块提供触发信号。

结构：

检测方法：将驱动轮顶起，模拟车辆行驶的状态，也可以将汽车示波器测试线加长进行行驶的测试。

图 15

波形分析：

同上（图 15）缺点：光电传感器虽对温度不是特别敏感但它也有一个弱点，即它对油或赃物在光通过转盘传递的干涉十分敏感，所以光电传感器的功能元件通常被密封设计，但当分电器损坏使油或赃物进入以上敏感区域，就会引起行驶性能问题并产生故障码。

第八章上止点、曲轴位置传感器

一、简介

上止点、曲轴、凸轮轴位置传感器信号主要是用来向电脑提供发动机点火信号的，对于有些车型来讲，它也是进行燃油喷射的触发信号。我们知道，现在的电控发动机点火系统主要分为两大类，一类是有分电器的点火系统；另一类是无分电器的点火系统，即直接点火系统，而它又分为一个点火线圈对两个火花塞点火和一个点火线圈对一个火花塞点火两种。前者发动机控制电脑一般至少需要上止点和曲轴位置传感器才能进行触发点火，而直接点火系统则三种传感器缺一不可。

从功能上来讲三种传感器各有各的用途：上止点位置传感器主要用来传递某缸活塞的上止点位置，曲轴转角传感器主要用来提供发动机曲轴转角，而凸轮轴位置传感器则主要是通过检测发动机凸轮轴的变化而向电脑提供一个发动机某汽缸工作行程的信号（如压缩行程或排气行程）。从安装位置上来说，一些车型会把它们某两个组合成一体安装于分电器中，或三种传感器分别安装于发动机的各个相应位置。无论采用哪种方式，其目的都一样，那就是向电脑提供一个准确而有效的点火正时信号以使发动机正常工作。

二、磁电式上止点 (TDC)位置传感器结构：波形：

图 16

分析：在发动机启动时观察示波器（图 16），在大多数情况下，如果传感器或电路有故障，传感器将完全没有信号，显示在示波器上的是在 OV电压位置成一条直线。如果示波器显示在 OV电压位置上成一条直线，那么：

a、确定示波器到传感器的连接是否正常；

b、确定相关的零件是否旋转（分电器轴、曲轴、凸轮轴）；

c、检查传感器是否损坏及磁电式传感器的空气间隙否适当。

关 于这点，一般可以查阅厂商提供的气隙允许值范围，如果传感器的接线和示波器的接线良好，传感器轴是旋转的，气隙也是正常的，那么传感器本身损坏很可能就是故障的原因。但也有极少的情况是点火模块或发动机控制电脑被传感器内部电路接地，这时可以用拔下传感器插头后再用示波器测试的方法来判断。如果示波器显示有脉冲信号产生，又由于不同型式的凸轮轴和曲轴位置传感器会产生多种交流信号波形，当分析磁电式传感器波形时，有一个能用来比较的参考波形将是很有帮助的。由于磁电式传感器信号振幅与发动机转速成正比，所以许多磁电式传感器在发动机启动时（100～200r/min）输出的信号振幅很低。因此，要确认发动机启动时的信号幅度是合适的，否则，由于发动机启动时速度低，传感器传给点火模块或发动机电脑的信号幅值达不到规定的值，而造成发动机不能启动的故障。三、磁电式曲轴位置传感器结构：

波形：（图 17）

图 17

分析：

通常波形中上升和下降的波形不完全对称于零线，但大多数传感器都是相当接近的，由于磁电式传感器随转速增加而波形频率也增加，所以在示波器上会有更多的波形显示出来。确认振幅、频率、形状等判定性尺度在相同条件下（发动机转速等）是有重复性的、有规律的。

波形的频率应与发动机转速保持同步，有一种情况可能使得两脉冲间隔时间变化，那就是当触发齿轮经过传感器时有轮齿缺失或由于脏污及干扰多感应出的脉冲。同时请注意：由于在发动机启动时旋转速度不可能不变，在压缩行程和进气行程之间，曲轴实际上在减速和加速，这使得波形的频率和幅值将随转速改变而同时减少或增加。除此之外，其它任何在脉冲之间引起的变化都可能意味着故障。

如果示波器显示波形不正常，应先检查线路和接线端，确认线路没有搭铁，再检查示波器和传感器的连线，还要确认机械转动部分（分电器 /凸轮轴 /曲轴）转动是否正常，当有故障出现在示波器上时，摇动线束，进而进一步判断是否是磁电式传感器本身出了故障。

四、霍尔效应式曲轴位置传感器结构：

波形：（图 18）

图 18

五、霍尔效应式凸轮轴传感器结构：

波形：

图 19 六、光电式曲轴位置传感器结构：

波形：（图 20）

图 20

七、霍尔效应和光电式传感器的波形分析

1、如果在示波器 OV电压处显示一条直线

1.)确认示波器和传感器连接良好；

2.)确认相关的元件都在转动（分电器、曲轴、凸轮轴等）；

3.)用示波器检查传感器的电源电路和控制电脑的电源及接地电路；

4)检查电源电压和传感器参考电压。

2、如果在示波器上传感器电源电压处显示成一条直线

1.)检查传感器的接地电路是否良好；

2.)确认相关的元件都在转动（分电器、曲轴、凸轮轴等）；

3.)如果传感器的电源接地良好，示波器显示在传感器供给电源电压处显示一条直线，那么很可能传感器本身损坏是主要原因。

3、如果有脉冲信号存在，确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度、频率、形状等判定性尺度是否正常。脉冲的幅值必须达到一定高度（通常在启动时等于传感器供给电压），两个脉冲间的时间不变（同步脉冲除外）。

1.)检查波形形状的一致性及波形顶部和底部的拐角。因为供给传感器的电压是不变的，所以波形的脉冲高度应相等且形状相同，如果波形对地电压过高则说明电阻太大或接地不良。

2.)如果示波器上波形显示不正常，查找是否信号线出了问题或接插头损坏，检查示波器和传感器测试线，确认相关部件的转动正常（分电器、转轴等）。当问题显示在示波器上时，摇动线束可以进一步判定是否是霍尔效应或光电式传感器本身有问题。

4、用第一缸触发试验

一般我们在采集波形时都利用示波器的自触发方式（自动），但这种采集方式有时会出现波形不稳定的情况，进而导致以自触发方式显示的波形失常。因此，采用第一缸信号触发，可以圆满的解决这个问题。八、双通道示波器测试

用双通道来同时分析凸轮轴和曲轴位置传感器的信号是很有用的分析方法，它不仅可以使我们观察两个传感器波形是否正确，同时还可以帮助我们分析两个传感器所反应的凸轮轴和曲轴在旋转中的相位关系。如图：

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