汽车用传感器：车身传感技术 第5章《位置传感器与角度传感器》PPT教学课件
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第五章 位置传感器与角度传感器
主讲教师：某某某
本章内容
按输出信号的种类
模拟式：电位计，将角度变化变换成电阻变化 数字式：光电式、电磁式的旋转式编码器
5.1 节气门位置传感器（编码器式） 5.2 节气门位置传感器（直线式） 5.3 滑动式节气门位置传感器 5.4 线性位置传感器 5.5 防滴型角度传感器 5.6 非接触角度传感器 5.7 转向传感器 5.8 光电式车高传感器 5.9 溢流环位置传感器
VC端子→电阻r→ E2端子 VTA端的电位并不受电阻R1、R2的影响
节气门全闭时，IDL触点闭合，电位为0 →计算机
根据这些信号判断出车辆的行驶状态，再决定进行过渡时期的空燃比 修正或是输出增量修正，或是切断油路，或是进行怠速稳定修正
车身传感技术
7
5.3 滑动式节气门位置传感器
安装在节流阀本体上，用作检测节 气门的开度
车身传感技术
2
5.1 节气门位置传感器（编码器式）
节气门位置传感器也叫节气门开关
装在节流阀本体上并与之连动 随着驾驶员对加速踏板的控制 靠自身触点检测出发动机处于
怠速、负荷、加减速状态 IDL触点：检测怠速状态 PSW触点：检测重负荷状态 ACC1和ACC2触点：检测加速状态
原理：
减振器总是振动，很难判定所处区域
过高区域
隔数十毫秒测一次车高控制传感器输出信号 车 高侧规定区域 对一定时间内各区域所占的百分比做出判断 高 低侧规定区域
过低区域
车身传感技术
22
5.8 光电式车高传感器
车高上升时工作情况
空气压缩机工作，向减振器输送压缩空气，车高上升
降低车高时
排气阀打开，减振器内压缩空气散到大气，车高降低
输入阻抗：电流I进出端之间的阻抗 输出阻抗：霍尔电压输出的正负端子间的内阻，外接
负载阻抗最好和它相等，以便达到最佳匹配 额定电流：I的最大值 温度系数和使用温度范围：对环境温度敏感，避免引
起过大误差
车身传感技术
14
5.7 转向传感器
转向传感器也叫光电式 变化率传感器，它用来 检测轴的旋转角位移量 及轴的旋转方向
用于丰田车后轮车高的调整装置
能够根据乘车人数及载荷的变化自动调整后部车高的 变化，一直保持车辆姿势正常的系统
车身传感技术
21
5.8 光电式车高传感器
控制过程
计算机根据车高控制传感
器传来的信号，控制空气
压缩机及排气阀，增加或
减少减振器内的空气量，保持车高一定
检测车高分为4个区域
表5-2车高的检测
膜具有开关输出图形及线性输出图形 输出特性：线性输出可改为函数输出，输出信号是电压 特点：
检测及处理角度很方便 适于学习控制用 用开关找出确定绝对角度的
原点，可直接安装于发动机上 耐环境能力强 其内设有回位弹簧，与被测
定部件容易连接
车身传感技术
5
5.2 节气门位置传感器（直线式）
丰田车用节气门位置传感器的工作过程
结构：
与节流阀轴联动的转子：设有凸轮槽 检测怠速位置的怠速触点：怠速时闭
合，把怠速加浓、怠速后加浓、切断 燃油等信号→计算机 检测满负荷位置的满负荷触点 动触点：在凸轮槽内滑动，在怠速位 置及全开（满负荷）位置，动触点分 别与其触点闭合，测出节气门开度
车身传感技术
8
5.3 滑动式节气门位置传感器
属于磁电变换式传感器
用途
通过连杆机构将车高变换成旋转角度，用于主动悬架系统检测车 辆高度，根据行驶状况自动调整车辆姿势与平顺性
用于车辆车高自动调整系统中，根据乘车人数及载重量的增减自 动调整车高
车身传感技术
12
5.6 非接触角度传感器
利用霍尔效应测轴的旋转角度 霍尔效应：
片状半导体材料置于磁场B中 当半导体片中有电流I通过时，电子运动速度v与I方向
计算机的 判断结果 过高
HIGH BORMAL
LOW
过低
车身传感技术
26
5.9 溢流环位置传感器
可调电感式溢流环位置传感器原理
线圈内部置有铁心，铁心与被检测位置部件一齐动作 铁心移动时，线圈电感发生变化 与基准信号相比，输出信号有很大的变化 根据输出信号的大小，检测出被测部件的位置
车身传感技术
车身传感技术
28
小结
待定
车身传感技术
29
当节流阀达到某一开度时，全开 触点（满负荷触点）闭合，满负 荷加浓信号输入到微机中
滑动式节气门位置传感器与计算 机的连接电路
没踏加速踏板时，电源将电压加到 计算机的怠速端子IDL上
当满负荷时，动力触点闭合，电压 加到计算机的功率端子PSW上，计 算机判断出加速踏板已被踏下
车身传感技术
9
5.4 线性位置传感器
车身传感技术
23
5.8 光电式车高传感器
车高传感器的具 体功能
边杆顶端与后悬 架臂相联，车高 变化通过连杆上 下运动传至传感 器内部后，变换 成电信号
车身传感技术
24
5.8 光电式车高传感器
传感器工作情况
传感器内有2组光电耦合组件 与连杆同轴开有槽的遮光盘 遮光盘转动使光电耦合组件透光或不透光 导致晶体管Tr1、Tr2导通或截止
印刷电路设有编码图形，触点与外部的驱动轴联动并在编码图形 上滑动，由此检测出旋转角度并输出数字信号
可以将根据电子控制燃油喷射装置、电子控制自动变速器节气门 的开度所得脉冲信号输入到计算机中
车身传感技术
3
5.1 节气门位置传感器（编码器式）
车身传感技术
4
5.2 节气门位置传感器（直线式）
装于节气门及喷油泵等上，用于连续地检测旋转部件 利用开关检测出移动原点，可准确检测绝对角度 通过驱动臂的动作，动触点在电阻膜上作滑动旋转。电阻
安装在油泵上，用以连续检测直接位移， 如检测步进电动机的控制销的位置等
原理：
轴上滑动触点在电阻膜片上前后滑动并输出线 性电压
特点
输出信号为线性电压，检测位置与信号的处理 比较方便
耐环境性能好 内装有回位弹簧，所以与被测工件的接触比较
方便
车身传感技术
10
5.5 防滴型角度传感器
安装在行驶系统的后轮转向机构， 用以连续的检测后轮的旋转角度 （后轮转向角）
检测节气门开度并换成电压信号输入到ECU 节气门开时，开度信号动触点VTA与怠速信号动触点
IDL在电阻膜上滑移 VC端子加有稳定的5V电压 动触点依节气门开度在电阻体
上滑移，VTA端子有电压输出 节气门全闭时，检测怠速状态
的动触点使IDL~E2两个端子导 通，输出怠速状态信号
车身传感技术
6
OFF
ON
OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
ON
OFF
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
OOFF
OFF
OFF
No.4(SH4) OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF
车高 范围
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
5.2 节气门位置传感器（直线式）
传感器与ECU的连接方法
内阻r两端有ECU送来的5V电压
动触点a按开度在电阻r上滑移
改变ECU的VTA端子的电位 电压经A/D换成数字信号→计算机
VTA端ECU内部电阻R1与稳压电源相连 通过VTA电阻R2端与E2端子相连 R1、R2都大于r，电流流经途径
结构
传感器内部有一靠连杆带动旋转的轴 轴上有开槽的遮光盘 遮光盘两侧有4组光电耦合元件
车身传感技术
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5.8 光电式车高传感器
原理：
连杆带动轴旋转，光电耦合元件之间被遮光或透光 光电藕合元件将把这种变化转换成电信号→计算机 车高变化范围分为多个区域进行检测
车身传感技术
20
5.8 光电式车高传感器
车身传感技术
25
5.8 光电式车高传感器
丰田公司“滑翔”牌汽车对车高传感器的应用
表5-3 传感器不同组合 下的车高范围
车 高 No.1(SH1)
OFF
OFF
ON
ON
ON
ON
ON
高
↑
ON
↓
ON
低
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
光电藕合组件的状态
No.2(SH2) No.3(SH3)
OFF
ON
原理：
安装在被测装置上驱动杆转动→滑 动触点在电阻膜上滑动→旋转角度 变换成线性电压输出
特点
采用防滴型结构，耐环境能力强 输出信号为电压，角度检测与处理
都很方便
车身传感技术
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5.6 非接触角度传感器
原理：
霍尔元件检测出固定于轴上的磁铁旋转引起的变化磁通后，将随 旋转角度变化的电压以正弦函数形式输出
晶体管之间导通与截止，相位差90º
根据先导通的脉冲信号（波形下降） 可测出旋转方向
车身传感技术
16
5.7 转向传感器
转向传感器在电控悬架TEMS上的应用
TEMS—TOYOTA Electronic Modulated Suspension
TEMS装置：满足舒适性、操纵性和行车稳定性
在急起步时防后坐
结构：
转向器主轴上有1个遮 光盘，两侧转向管柱上 是两组光电耦合组件
车身传感技术
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5.7 转向传感器
原理：
转向器轴转动→遮光盘转动→ 遮光盘 上的槽与齿→光电耦合组件光断续地 通断→检测出旋转角度
工作过程
光敏三极管在遮光盘作用下，导通或 截止
三极管导通、截止速度，可测出转向 器速度
相反 电子运动受到磁场作用会使运动轨迹横向偏移 半导体片一侧电子密集出现负电荷 另一侧电子稀疏呈现正电荷 两侧面之间形成电场EH，称为霍尔电场
车身传感技术
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5.6 非接触角度传感器
使用注意事项
灵敏度
金属材料不能用来制作霍尔元件 材料中载流子迁移率及电阻率直接影响元件灵敏度 宜用N型半导体材料，N型锗、N型锑化铟或砷化铟等 元件厚度越小灵敏度越高，d=0.1~0.2mm，薄膜型1μm左右
大舵角时防横摆
中、高速下制动时防点头
在高速行车时提高衰减力，控制车辆姿势的变化
在其它场合下则降低衰减力，提高舒适性
表5-1 TEMS的功能
功能
防横摆
防点头
防后坐
防冲击
车的状态
急转弯时
紧急制动
急起步
换档时
示意图
车身传感技术
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5.7 转向传感器
车身传感技术
18
5.8 光电式车高传感器
作用：把车高（汽车悬架装置的位移量）变换成 传感器轴的旋转，并检测出其旋转角度
27
5.9 溢流环位置传感器
用于电子控制柴油喷射装置上，检测溢流环位置
老式机械调速器
由配重块离心力和弹簧力平衡位置决定溢流环位置 结构复杂，设备精密 特性与控制机能有限
电子控制实现喷油量的时时控制
电信号送至溢流控制电磁铁处，使溢流环动作 根据节气门位置和发动机转速算出基本喷油量 校正基本喷油量 反馈实际喷油量保证控制准确性
主讲教师：某某某
本章内容
按输出信号的种类
模拟式：电位计，将角度变化变换成电阻变化 数字式：光电式、电磁式的旋转式编码器
5.1 节气门位置传感器（编码器式） 5.2 节气门位置传感器（直线式） 5.3 滑动式节气门位置传感器 5.4 线性位置传感器 5.5 防滴型角度传感器 5.6 非接触角度传感器 5.7 转向传感器 5.8 光电式车高传感器 5.9 溢流环位置传感器
VC端子→电阻r→ E2端子 VTA端的电位并不受电阻R1、R2的影响
节气门全闭时，IDL触点闭合，电位为0 →计算机
根据这些信号判断出车辆的行驶状态，再决定进行过渡时期的空燃比 修正或是输出增量修正，或是切断油路，或是进行怠速稳定修正
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5.3 滑动式节气门位置传感器
安装在节流阀本体上，用作检测节 气门的开度
车身传感技术
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5.1 节气门位置传感器（编码器式）
节气门位置传感器也叫节气门开关
装在节流阀本体上并与之连动 随着驾驶员对加速踏板的控制 靠自身触点检测出发动机处于
怠速、负荷、加减速状态 IDL触点：检测怠速状态 PSW触点：检测重负荷状态 ACC1和ACC2触点：检测加速状态
原理：
减振器总是振动，很难判定所处区域
过高区域
隔数十毫秒测一次车高控制传感器输出信号 车 高侧规定区域 对一定时间内各区域所占的百分比做出判断 高 低侧规定区域
过低区域
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5.8 光电式车高传感器
车高上升时工作情况
空气压缩机工作，向减振器输送压缩空气，车高上升
降低车高时
排气阀打开，减振器内压缩空气散到大气，车高降低
输入阻抗：电流I进出端之间的阻抗 输出阻抗：霍尔电压输出的正负端子间的内阻，外接
负载阻抗最好和它相等，以便达到最佳匹配 额定电流：I的最大值 温度系数和使用温度范围：对环境温度敏感，避免引
起过大误差
车身传感技术
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5.7 转向传感器
转向传感器也叫光电式 变化率传感器，它用来 检测轴的旋转角位移量 及轴的旋转方向
用于丰田车后轮车高的调整装置
能够根据乘车人数及载荷的变化自动调整后部车高的 变化，一直保持车辆姿势正常的系统
车身传感技术
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5.8 光电式车高传感器
控制过程
计算机根据车高控制传感
器传来的信号，控制空气
压缩机及排气阀，增加或
减少减振器内的空气量，保持车高一定
检测车高分为4个区域
表5-2车高的检测
膜具有开关输出图形及线性输出图形 输出特性：线性输出可改为函数输出，输出信号是电压 特点：
检测及处理角度很方便 适于学习控制用 用开关找出确定绝对角度的
原点，可直接安装于发动机上 耐环境能力强 其内设有回位弹簧，与被测
定部件容易连接
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5.2 节气门位置传感器（直线式）
丰田车用节气门位置传感器的工作过程
结构：
与节流阀轴联动的转子：设有凸轮槽 检测怠速位置的怠速触点：怠速时闭
合，把怠速加浓、怠速后加浓、切断 燃油等信号→计算机 检测满负荷位置的满负荷触点 动触点：在凸轮槽内滑动，在怠速位 置及全开（满负荷）位置，动触点分 别与其触点闭合，测出节气门开度
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5.3 滑动式节气门位置传感器
属于磁电变换式传感器
用途
通过连杆机构将车高变换成旋转角度，用于主动悬架系统检测车 辆高度，根据行驶状况自动调整车辆姿势与平顺性
用于车辆车高自动调整系统中，根据乘车人数及载重量的增减自 动调整车高
车身传感技术
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5.6 非接触角度传感器
利用霍尔效应测轴的旋转角度 霍尔效应：
片状半导体材料置于磁场B中 当半导体片中有电流I通过时，电子运动速度v与I方向
计算机的 判断结果 过高
HIGH BORMAL
LOW
过低
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5.9 溢流环位置传感器
可调电感式溢流环位置传感器原理
线圈内部置有铁心，铁心与被检测位置部件一齐动作 铁心移动时，线圈电感发生变化 与基准信号相比，输出信号有很大的变化 根据输出信号的大小，检测出被测部件的位置
车身传感技术
车身传感技术
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小结
待定
车身传感技术
29
当节流阀达到某一开度时，全开 触点（满负荷触点）闭合，满负 荷加浓信号输入到微机中
滑动式节气门位置传感器与计算 机的连接电路
没踏加速踏板时，电源将电压加到 计算机的怠速端子IDL上
当满负荷时，动力触点闭合，电压 加到计算机的功率端子PSW上，计 算机判断出加速踏板已被踏下
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5.4 线性位置传感器
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5.8 光电式车高传感器
车高传感器的具 体功能
边杆顶端与后悬 架臂相联，车高 变化通过连杆上 下运动传至传感 器内部后，变换 成电信号
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5.8 光电式车高传感器
传感器工作情况
传感器内有2组光电耦合组件 与连杆同轴开有槽的遮光盘 遮光盘转动使光电耦合组件透光或不透光 导致晶体管Tr1、Tr2导通或截止
印刷电路设有编码图形，触点与外部的驱动轴联动并在编码图形 上滑动，由此检测出旋转角度并输出数字信号
可以将根据电子控制燃油喷射装置、电子控制自动变速器节气门 的开度所得脉冲信号输入到计算机中
车身传感技术
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5.1 节气门位置传感器（编码器式）
车身传感技术
4
5.2 节气门位置传感器（直线式）
装于节气门及喷油泵等上，用于连续地检测旋转部件 利用开关检测出移动原点，可准确检测绝对角度 通过驱动臂的动作，动触点在电阻膜上作滑动旋转。电阻
安装在油泵上，用以连续检测直接位移， 如检测步进电动机的控制销的位置等
原理：
轴上滑动触点在电阻膜片上前后滑动并输出线 性电压
特点
输出信号为线性电压，检测位置与信号的处理 比较方便
耐环境性能好 内装有回位弹簧，所以与被测工件的接触比较
方便
车身传感技术
10
5.5 防滴型角度传感器
安装在行驶系统的后轮转向机构， 用以连续的检测后轮的旋转角度 （后轮转向角）
检测节气门开度并换成电压信号输入到ECU 节气门开时，开度信号动触点VTA与怠速信号动触点
IDL在电阻膜上滑移 VC端子加有稳定的5V电压 动触点依节气门开度在电阻体
上滑移，VTA端子有电压输出 节气门全闭时，检测怠速状态
的动触点使IDL~E2两个端子导 通，输出怠速状态信号
车身传感技术
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No.4(SH4) OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF
车高 范围
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
5.2 节气门位置传感器（直线式）
传感器与ECU的连接方法
内阻r两端有ECU送来的5V电压
动触点a按开度在电阻r上滑移
改变ECU的VTA端子的电位 电压经A/D换成数字信号→计算机
VTA端ECU内部电阻R1与稳压电源相连 通过VTA电阻R2端与E2端子相连 R1、R2都大于r，电流流经途径
结构
传感器内部有一靠连杆带动旋转的轴 轴上有开槽的遮光盘 遮光盘两侧有4组光电耦合元件
车身传感技术
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5.8 光电式车高传感器
原理：
连杆带动轴旋转，光电耦合元件之间被遮光或透光 光电藕合元件将把这种变化转换成电信号→计算机 车高变化范围分为多个区域进行检测
车身传感技术
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5.8 光电式车高传感器
车身传感技术
25
5.8 光电式车高传感器
丰田公司“滑翔”牌汽车对车高传感器的应用
表5-3 传感器不同组合 下的车高范围
车 高 No.1(SH1)
OFF
OFF
ON
ON
ON
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ON
高
↑
ON
↓
ON
低
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
光电藕合组件的状态
No.2(SH2) No.3(SH3)
OFF
ON
原理：
安装在被测装置上驱动杆转动→滑 动触点在电阻膜上滑动→旋转角度 变换成线性电压输出
特点
采用防滴型结构，耐环境能力强 输出信号为电压，角度检测与处理
都很方便
车身传感技术
11
5.6 非接触角度传感器
原理：
霍尔元件检测出固定于轴上的磁铁旋转引起的变化磁通后，将随 旋转角度变化的电压以正弦函数形式输出
晶体管之间导通与截止，相位差90º
根据先导通的脉冲信号（波形下降） 可测出旋转方向
车身传感技术
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5.7 转向传感器
转向传感器在电控悬架TEMS上的应用
TEMS—TOYOTA Electronic Modulated Suspension
TEMS装置：满足舒适性、操纵性和行车稳定性
在急起步时防后坐
结构：
转向器主轴上有1个遮 光盘，两侧转向管柱上 是两组光电耦合组件
车身传感技术
15
5.7 转向传感器
原理：
转向器轴转动→遮光盘转动→ 遮光盘 上的槽与齿→光电耦合组件光断续地 通断→检测出旋转角度
工作过程
光敏三极管在遮光盘作用下，导通或 截止
三极管导通、截止速度，可测出转向 器速度
相反 电子运动受到磁场作用会使运动轨迹横向偏移 半导体片一侧电子密集出现负电荷 另一侧电子稀疏呈现正电荷 两侧面之间形成电场EH，称为霍尔电场
车身传感技术
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5.6 非接触角度传感器
使用注意事项
灵敏度
金属材料不能用来制作霍尔元件 材料中载流子迁移率及电阻率直接影响元件灵敏度 宜用N型半导体材料，N型锗、N型锑化铟或砷化铟等 元件厚度越小灵敏度越高，d=0.1~0.2mm，薄膜型1μm左右
大舵角时防横摆
中、高速下制动时防点头
在高速行车时提高衰减力，控制车辆姿势的变化
在其它场合下则降低衰减力，提高舒适性
表5-1 TEMS的功能
功能
防横摆
防点头
防后坐
防冲击
车的状态
急转弯时
紧急制动
急起步
换档时
示意图
车身传感技术
17
5.7 转向传感器
车身传感技术
18
5.8 光电式车高传感器
作用：把车高（汽车悬架装置的位移量）变换成 传感器轴的旋转，并检测出其旋转角度
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5.9 溢流环位置传感器
用于电子控制柴油喷射装置上，检测溢流环位置
老式机械调速器
由配重块离心力和弹簧力平衡位置决定溢流环位置 结构复杂，设备精密 特性与控制机能有限
电子控制实现喷油量的时时控制
电信号送至溢流控制电磁铁处，使溢流环动作 根据节气门位置和发动机转速算出基本喷油量 校正基本喷油量 反馈实际喷油量保证控制准确性