1.曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器（Crankshaft Position Sensor,CPS或CKP），又稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其功能是采集曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸入ECU，以便確定噴射順序、噴射正時(shí)、點(diǎn)火順序、點(diǎn)火正時(shí)，并且根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角波動(dòng)大小來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否有失火現(xiàn)象。它是發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)最主要的傳感器之一，是控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射和點(diǎn)火時(shí)刻曲軸確認(rèn)曲軸位置的信號(hào)源，同時(shí)也是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)源。曲軸位置傳感器檢測(cè)活塞上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角的信號(hào)并將其輸入ecu，用來(lái)對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻和噴油正時(shí)進(jìn)行控制。

曲軸位置傳感器的安裝位置及分類(lèi)

CKP一般安裝在曲軸前端、靠近飛輪的變速器殼體位置，該傳感器按照工作原理不同可分為磁脈沖式、光電式、霍爾式等。

磁電感應(yīng)式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)與原理。

又稱(chēng)為磁脈沖式傳感器、可變磁阻式傳感器，它不需要電源，所以為無(wú)源傳感器。主要由導(dǎo)磁材料制成的信號(hào)轉(zhuǎn)子、永久磁鐵、信號(hào)線圈等組成，傳感器的位置是固定的，軟磁鐵芯與信號(hào)轉(zhuǎn)子齒間間隙必須保持一定間隙，如下圖：

傳感器插頭接線形式主要有二線式和三線式兩種。二線式中的兩根線為信號(hào)回路線，信號(hào)正負(fù)交替變化，三線制中多出的一根線為屏蔽線。

●當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒靠近傳感器時(shí)，磁頭與齒間隙逐漸減小，磁路中的磁阻逐漸減小，傳感器的磁場(chǎng)便開(kāi)始產(chǎn)生集中的現(xiàn)象， 磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，磁通量的變化率也逐漸增大，因此產(chǎn)生一個(gè)正的、逐漸增大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁場(chǎng)的變化越大則感應(yīng)出的電壓越強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)位置如圖5-26a

●當(dāng)凸齒繼續(xù)靠近磁頭時(shí)，磁通量仍在增大，但磁通量變化率減小，因此產(chǎn)生一個(gè)正的、逐漸減小的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖5-26b

●當(dāng)信號(hào)傳感器凸齒與傳感器尖端對(duì)齊成一條直線時(shí)磁頭與齒間隙最小，磁路中的磁阻最小，磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)，磁通量最大，但在該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)大沒(méi)有變化，磁場(chǎng)變化率為0，所以感應(yīng)電壓和電流強(qiáng)度為0，如圖5-26c

●信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，其相對(duì)位置如圖5-26d，凸齒遠(yuǎn)離磁頭準(zhǔn)備離開(kāi)傳感器，二者間隙逐步增大，磁阻逐漸增大，磁通量逐漸減小，但磁通量變化率逐漸增大，所以產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的、絕對(duì)值逐漸增大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

●當(dāng)凸齒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)磁頭時(shí)，磁阻繼續(xù)增大，磁通量繼續(xù)減小，磁通量變化率逐漸減小，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的、絕對(duì)值逐漸減小至0的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其相對(duì)位置如圖5-26e：

例：捷達(dá)曲軸位置傳感器的檢測(cè)

其為三線式，端子2、3位傳感器信號(hào)線，端子1為信號(hào)屏蔽線，與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的搭鐵連接。端子2端子3之間的阻值應(yīng)為450~1000歐；端子2、端子3與屏蔽線端子1的阻值應(yīng)為無(wú)窮大；用萬(wàn)用表交流檔，使線路正常連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)端子3和端子2之間的交流電壓在0.2V~2v范圍內(nèi)波動(dòng)；端子2與ECU 64端子、端子3與ECU 53端子、端子1與發(fā)動(dòng)機(jī)線束內(nèi)搭鐵線的阻值，不超過(guò)1.5歐。

霍爾式曲軸位置傳感器

霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)的原理制成，可分為觸發(fā)葉片式和觸發(fā)齒輪式。

霍爾效應(yīng):當(dāng)電流I通過(guò)磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體基片（稱(chēng)霍爾元件）且電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電荷在洛侖磁力的作用下向一側(cè)偏移，在垂直于電流與磁場(chǎng)的霍爾元件的橫向側(cè)面產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)正比的電壓，稱(chēng)為霍爾電壓UH，如下圖：

當(dāng)結(jié)構(gòu)一定且電流為定值時(shí)，霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比?；魻柺角粋鞲衅髦饕褂没魻?a href="http://www.makelele.cn/soft/data/4-15/" target="_blank">開(kāi)關(guān)電路，根據(jù)脈沖信號(hào)的多少來(lái)確定曲軸的旋轉(zhuǎn)速度和位置，為了能輸出數(shù)字信號(hào)，產(chǎn)生的霍爾電壓應(yīng)該能打開(kāi)或關(guān)閉功率晶體管，如下圖：

觸發(fā)葉片式霍爾曲軸位置傳感器的工作原理是，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觸發(fā)葉輪隨轉(zhuǎn)子軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，觸發(fā)葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過(guò)。當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙時(shí)，霍爾電路中的磁場(chǎng)被旁路，此時(shí)霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓為0，集成電路輸出級(jí)的晶體管截止，傳感器輸出一個(gè)高電平信號(hào)電壓（實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)電源電壓為為14.4V時(shí)，信號(hào)電壓為9.8V；當(dāng)電源電壓為5V時(shí)，信號(hào)電壓為4.8V）。當(dāng)葉片離開(kāi)氣隙時(shí)，永久磁鐵的磁通便經(jīng)過(guò)霍爾集成電路和導(dǎo)磁鋼片構(gòu)成回路，此時(shí)霍爾廉產(chǎn)生霍爾電壓（1.9~2.0V），霍爾集成電路輸出級(jí)的晶體管導(dǎo)通，傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)電壓（當(dāng)電源電壓為14.4v或5v時(shí)，信號(hào)電壓為0.1~0.3V），如圖：

觸發(fā)齒輪式霍爾曲軸位置傳感器

觸發(fā)齒輪式霍爾曲軸位置傳感器即差動(dòng)霍爾式曲軸位置傳感器，也叫雙霍爾式曲軸位置傳感器，其結(jié)構(gòu)與磁脈沖式曲位傳感器相似，由帶凸齒的信號(hào)轉(zhuǎn)子和霍爾信號(hào)發(fā)生器組成，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)子隨其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使信號(hào)轉(zhuǎn)子的齒缺與凸齒轉(zhuǎn)過(guò)霍爾電路（與觸發(fā)葉片式相同）的探頭，使信號(hào)轉(zhuǎn)子與探頭間的氣隙發(fā)生變化，磁通量隨之變化，根據(jù)霍爾效應(yīng)，在傳感器的兩端就會(huì)產(chǎn)生交變電壓信號(hào)，一般有三線或兩線式，三線式：一根為電源線一般12V，也有8V、5V、9V；一根為信號(hào)線，提供5V參考電壓，通過(guò)晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)0V和5V的脈沖變化；第三根為搭鐵線。兩線式：一根電源、一根信號(hào)線

新型兩線霍爾式曲位傳感器

新型傳感器輸出信號(hào)的高、低電壓不受速度影響，即使轉(zhuǎn)速很低，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU也能檢測(cè)到輸出信號(hào)電壓，克服了電磁式輸出信號(hào)電壓隨轉(zhuǎn)速變化而變化的缺點(diǎn)。

例：大眾CC轎車(chē)曲位傳感器的檢測(cè)

●拔掉曲位傳感器插頭，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，端子1與搭鐵間應(yīng)有5V電壓

●關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，在曲位傳感器在端子1和端子2上串接一個(gè)發(fā)光二極管試燈，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試燈應(yīng)有規(guī)律閃爍，若閃爍不正常或不閃爍，在保證線路正常和5V電源正常的情況下，更換傳感器。（端子1對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU端子51；端子2對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU端子36）

2.凸輪軸位置傳感器

凸輪軸位置傳感器（Camshaft Position Sensor，CMP），又稱(chēng)凸輪轉(zhuǎn)角傳感器、相位傳感器、缸位傳感器、氣缸識(shí)別（氣缸位置）傳感器、一缸上止點(diǎn)傳感器等。其作用是檢測(cè)凸輪軸位置和轉(zhuǎn)角，從而確定第一缸活塞上止點(diǎn)位置。在啟動(dòng)時(shí)，ECU根據(jù)凸輪軸傳感器和曲位傳感器提供的信號(hào)，識(shí)別出各個(gè)缸活塞位置和行程，控制燃油噴射和點(diǎn)火順序。在啟動(dòng)期間，凸輪軸位置傳感器信號(hào)是個(gè)關(guān)鍵性輸入，某些車(chē)型無(wú)此信號(hào)將難以啟動(dòng)，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在下一個(gè)點(diǎn)火鑰匙循環(huán)前，就不再需要凸輪軸信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。帶有可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的車(chē)型，該傳感器還有監(jiān)控可變的進(jìn)氣、排氣凸輪軸是否達(dá)到預(yù)期的位置的功能。

凸輪軸位置傳感器分類(lèi)

一般分為磁電式、光電式、霍爾式、磁阻式

霍爾式、磁電式原理與曲軸位置傳感器相同

例：捷達(dá)霍爾式凸輪軸位置傳感器檢測(cè)

●拔下三線插頭，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，端子1和端子3的電壓約為5v；端子2與端子3的電壓約為12v

●傳感器的端子1與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU端子96、端子2與ECU端子105、端子3與ECU線束內(nèi)傳感器搭鐵，以上端子間應(yīng)為導(dǎo)通，阻值不高于1.5歐。

磁阻式凸輪軸位置傳感器

利用磁阻效應(yīng)制成的磁敏電阻元件稱(chēng)為磁阻元件（簡(jiǎn)稱(chēng)MRE）

磁阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料的電阻值隨著與電流相同或垂直方向的磁場(chǎng)強(qiáng)弱而變化的現(xiàn)象。當(dāng)傳感器的磁頭正對(duì)著信號(hào)轉(zhuǎn)子的凹槽時(shí)，磁阻元件電阻減小，磁阻元件輸出5V高電平信號(hào)，當(dāng)傳感器磁頭正對(duì)著轉(zhuǎn)子凸齒時(shí)，磁阻元件的電阻較大，磁阻元件輸出0V低電平信號(hào)。

例：豐田、HQ300、新皇冠采用的MRE凸輪軸位置傳感器的檢測(cè)

●關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)三線傳感器插頭，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，檢測(cè)電源端子與搭鐵端子間電壓應(yīng)為5V；

●關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)插頭，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，檢測(cè)信號(hào)端子與搭鐵間電壓應(yīng)為4.6V

什么是霍爾效應(yīng)？

霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。

后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。

在式(1)中：若保持控制電流Ic不變，在一定條件下，可通過(guò)測(cè)量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系，根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制了用于測(cè)量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件即霍爾元件。

霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。

正交電場(chǎng)和電流強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場(chǎng)和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過(guò)程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。

什么是霍爾傳感器？

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。

通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱(chēng)之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q(chēng)為霍爾集成電路，其外形較小，如下圖所示：

霍爾傳感器其中某型

霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)及用途

許多人都知道，轎車(chē)的自動(dòng)化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車(chē)上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調(diào)電機(jī)和雨刮器電機(jī)在開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，使機(jī)械式開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號(hào)。

采用功率霍爾開(kāi)關(guān)電路可以減小這些現(xiàn)象?；魻柶骷ㄟ^(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量汽車(chē)各部件運(yùn)行參數(shù)的變化。

例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。

目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下40℃到零上150℃范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車(chē)的惡劣工作環(huán)境。

霍爾傳感器可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值的測(cè)量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)原邊電流的波形。而普通互感器則是無(wú)法與其比擬的，它一般只適用于測(cè)量50Hz正弦波

原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達(dá)9600Vrms；

精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測(cè)量；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級(jí)）。

寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以?xún)?nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS，帶寬約700Hz。

測(cè)量范圍廣泛：電流測(cè)量可達(dá)50KA，電壓測(cè)量可達(dá)6400V。

結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

上圖即是一種典型的霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)定位應(yīng)用---一個(gè)輪上的兩個(gè)磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器。圖示中的輪子，帶有兩個(gè)等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個(gè)周期內(nèi)將兩次達(dá)到峰值。

通常被用于計(jì)量車(chē)輪和軸的速度，例如在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火定時(shí)（正時(shí)）或轉(zhuǎn)速表上。其在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的使用，用來(lái)檢測(cè)永磁鐵的位置。

霍爾傳感器廣泛應(yīng)用在變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信 電源、電焊機(jī)、電力機(jī)車(chē)、變電站、數(shù)控機(jī)床、電解電鍍、微機(jī)監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)等需要隔離檢測(cè)電流的設(shè)施中以及新興的太陽(yáng)能、風(fēng)能和地鐵軌道信號(hào)、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。

來(lái)源：焉知汽車(chē)

審核編輯：湯梓紅