目标设定值传感器的原理与检修

目标设定值传感器的原理与检修
◆文/上海 李明诚
本文所说的“目标”是指汽车操作者(驾驶人或维修人员)的意愿或要求，例如切断或传递动力、加速或减速、开启或关闭空调等。

但是，操作者这些意愿或要求的程度是随着工况的不同而变化的，“目标设定值”正是反映操作者意愿程度的数值，例如增加/减少发动机转速的大小、接通/切断功率的输出。

同时，目标设定值需要传送给电控单元(ECU)，作为计算和控制发动机喷油量和点火时刻的重要依据。

目
标设定值传感器正是检测相关踏板或开关位置(或状态)的传感器。

电控汽车上的目标设定值传感器主要有以下几类。

一、加速踏板位置传感器(APP)
采用电子节气门系统的汽车一般设置了加速踏板位置传感器，该传感器采集加速踏板的行程或位置，并且以电压信号的形式传输给电控单元。

如果加速踏板位置传感器发生故障，将导致汽车加速无力，发动机故障灯点亮。

1.加速踏板位置传感器的基本结构
加速踏板位置传感器分为以下两种结构形式(以丰田汽车为例)：一是可变电阻式(图1)，当加速踏板
图2 丰田汽车的霍尔元件式加速踏板位置传感器
图1 丰田汽车的可变电阻式加速踏板位置传感器
摆动时，摆动式可变电阻器的电阻值发生变化，引起输出电压变化，该电压信号传输给电控单元，这种传感器的缺点是比较容易磨损；二是霍尔元件式(图2)，它利用固定在加速踏板上的磁性元件去改变霍尔传感器的输出电压，经过电路放大后，电压信号传输给电控单元。

加速踏板位置传感器与加速踏板一起构成组件，在其输出端可以检测到与加速踏板位置(即压角)相对应的电压。

加速踏板位置传感器的安装位置因车型而异，有的安装在加速踏板模块的顶部(如奔驰轿车)，有的安装在加速踏板的下面，有的一头通过钢丝拉索与加速踏板连接，被安装在发动机舱内。

2.加速踏板位置传感器的控制原理
为了提高控制的可靠性，加速踏板位置传感器内装备了两个电位计，它们具有不同的可变电阻范
围。

其中一个用于向ECU传送驾驶人设定的加速踏板位置，另一个用于监测反馈值是否正确。

如果其中一个失效，发动机故障灯点亮，系统进入怠速状态；如果两个电位计都失效，发动机只能以较高的怠速 (1500r/min)运转，以便驾驶人能够驾车到最近的维
加速踏板
位置传感器
EP2 VPA2 VCP2 EP1 VPA VCP1
传感器操作范围传感器操作范围踏板操作范围踏板操作范围充分打开
输出电压
完全关闭
05V
VPA2
VPA
加速踏板压角
完全关闭
完全
关闭完全打开
完全打开霍尔IC
输出电压
完全关闭
VPA2
VPA
完全打开
加速踏板压角
VPA
发动机ECU
EPA VCPA
VPA2EPA2VCP2
磁铁
加速踏板杆
加速踏板位置传感器
磁铁
霍尔IC 霍尔IC
磁铁
李明诚
(本刊编委会委员)1964年大学本科毕业，长期从事汽车拖拉机教学、研究和新技术推广工作，曾受聘担任江西省讲师团成员、汽车维修技工学校教师。

1988年获得高级工程师职称，1996年获得行业“全国优秀科普工作者”称号，1990年、1993年和1994年分别由同济大学出版社、东南大学出版社出版教材3本。

5V
修站去，ECU不再对加速踏板的信号做出反应，此时汽车加速无力，这是加速踏板位置传感器的应急保护模式。

新捷达轿车加速踏板位置传感器的控制电路见图3。

图3 新捷达轿车加速踏板位置传感器与ECM的连接电路
对于自动挡汽车，在加速踏板位置传感器内往往集成了强制降挡开关，它向电控单元提供驾驶人期望的加速信号。

当强制降挡开关闭合时，电控单元结合车速、发动机转速等信号，指令向下降低一挡或几挡，同时指令发动机提供全负荷的喷油量。

二、制动开关(STP)
1.制动开关的基本结构
制动开关又称为停车开关和制动踏板状态开关。

制动开关安装在制动踏板附近，有的与制动踏板组件集成为一体，固定在制动踏板的支架上。

制动开关作为一种重复装置，与制动信号灯开关同时配置，集成在一个部件内，两个开关使用同一个制动踏板传动机构。

制动踏板的安装位置如图4所示。

制动开关用于监测驾驶人的制动操作，图5所示为丰田轿车的制动开关信号电路。

制动开关的信号电压与提供给制动灯的电压相同。

图5 丰田轿车的制动开关信号电路
表1 制动开关信号逻辑表
2.制动信号的控制原理
制动开关是一种特殊的目标设定值传感器，它输出的信号属
于开关信号。

在传统汽车上，制动开关的作用只是接通制动灯，以警示后车“本车已经制动”，以避免发生追尾事故。

但是在电控汽车上，制动信号具有异乎寻常的作用，若制动开关信号失常，会引发形形色
图4 制动踏板的安装位置
ECU/PCM (发动机控制模块)
A
B
加速踏板
位置传感器
A26132465
棕色橙色蓝色灰色浅蓝色
白色
A18A36A25A19
A35真空助力器
定位销
制动踏板
定位销卡簧
踏板底座制动踏板
位置传感器
制动开关
制动开关
STP
GND
发动机ECU(ECT)
制动灯
制动踏板
制动踏板
来自蓄电池+B
大众/奥迪车型采用BOSCH(博世)制动系统，在制动踏板上安装了电子制动开关，其内有推杆和永久磁铁。

当踩下制动踏板时，便移动了推杆。

制动开关组件是双触点式，由制动灯开关F(称为主触点)和制动踏板开关F47(称为副触点)组成，这两个开关同时动作。

在未踩下制动踏板时，F断开，F47闭合；当踩下制动踏板
时，F闭合，F47断开，这两个开关的信号互为校验(表1)。

ECU根据表1所示的逻辑关系判断制动踏板的位置，并将制动信息传输到动力系统总线，供其他电控单元共享。

图6 宝马5系列轿车(E39底盘)制动灯开关线路简图
色的故障，属于“一因多果”的故障现象。

制动开关向ECU传输驾驶人操纵制动踏板的信息，当驾驶人踩下制动踏板，发出制动信号时，出于安全和省油考虑，电控单元会限制发动机的功率输出，以避免动力驱动与制动同时进行。

制动是汽车的一种既寻常又特殊的工况。

之所以说它是一种寻常工况，是因为汽车在每天的行驶中不知道要经历多少次制动；之所以说它是一种特殊工况，是因为制动时总是希望车速尽快降下来，而且由制动产生的振动和顿挫感越小越好，这就需要发动机以及变速器的配合，图6为宝马5系列轿车(E39底盘)制动灯开关线路简图。

为了改善汽车的操纵性能，提高控制精度，制动开关信号被输入ECU等多个控制模块，一旦驾驶人踩下制动踏板，制动开关接通，即向ECU的制动开关端子输送一个信号，告知ECU “正在制动”。

此时发动机会减少燃油供应，暂时减小功率输出；变速器暂时终止动力传递，变速杆锁止电磁阀解除锁止；悬架系统启用防汽车制动“点头”功能；电子巡航功能暂时终止等。

以上海大众POLO轿车采用的001型自动变速器为例，其控制单元J217根据制动开关F的信号判断汽车是否制动，并进行以下控制。

①当汽车停止并且踩下制动踏板时，将变速杆锁止电磁阀N110的电路接通，解除变速杆的锁止，让变速杆能从P位移出。

也就是说，只有踩下制动踏板后变速杆才能脱离P位(或N位)，并
挂入其他挡位。

踩下制动踏板后如果制动开关F触点不能闭合，则变速杆锁止机构不能释放，变速杆无法进入其他挡位，汽车便不能起步。

②当汽车行驶、自动变速器变矩器锁止离合器结合时，如果踩下制动踏板，当车速降至60km/h以下时，自动变速器ECU将释放锁止离合器。

也就是说，当汽车实施制动时，自动变速器ECU切断通向变矩器锁止电磁阀的电路，以解除变矩器的锁止。

这种功能可以防止当后轮制动并被抱死时，造成发动机熄火。

通过上面的分析可以看出，制动开关信号与发动机转速、负荷、车速、冷却液温度等信号一样，是被多个电子控制系统所采集
的基本信号，其深远影响不可小觑。

3.制动开关的更换方法(以奔驰215、220车型为例)
(1)拆卸驾驶人侧仪表盘下方的护板。

(2)拔下制动灯开关(S9/1)处的电线插头。

(3)按下夹子。

(4)转动并拉出制动灯开关(S9/1)。

(5)安装新的制动灯开关。

注意将促动针完全拉出，踩下制动
踏板，再插入制动灯开关(S9/1)并旋转，直到夹子锁止，促动针会自动调整到位。

(6)按拆卸时相反的顺序安装其他部件。

三、离合器开关
以新捷达手动挡轿车装备的离合器开关为例，它是一个白色的常闭开关，平时其触点是闭合的，踩下离合器踏板时触点才打开。

1.离合器开关的主要功能
对于装备手动变速器的乘用车，在离合器踏板的传动机构中安装有离合器踏板开关。

离合器开关的作用是向发动机ECU提供离合器“结合”还是“分离”的状态信息，用于修正喷油量和点火提前角。

当离合器踏板未踩下时，离合器开关接通，表明车辆处于动力传递状态，ECU 适当加大喷油量和点火提前角；当驾驶人踩下离合器踏板时，离合器开关断开，表明车辆处于非动力传递状态，ECU适当减小喷油量和点火提前角。

如果离合器开关因故(例如内部触点簧片折断)始终处于断开状态，ECU会认定离合器处于非动力传递状态，并减小喷油量和点火提前角，导致喷油量和点火提前角与汽车的实际工况不匹配，将出现“耸车”现象，这种情况类似于间歇性断油或者断火引起的故障。

制动灯开关
15号线
4
231
另外，如果离合器分离，ECU将关闭定速巡航控制系统，短时减少燃油喷射量，以免离合器分离时发动机的转速突然升高，并减少换挡冲击。

2.离合器开关的检测方法
反复踩几次离合器踏板，同时利用检测仪读取发动机ECU中离合器踏板开关的位置信息，具体读取“巡航控制状态”，踏下时的状态值应为“4”，未踏下时的状态值应为“0”。

在实际操作中可能出现以下4种情况(即执行结果)。

(1)驾驶人对离合器踏板的操作与检测仪显示的一致。

说明离合器踏板开关、相关线束以及ECU正常。

(2)驾驶人对离合器踏板的操作与检测仪的显示偶尔一致。

说明在踩下离合器踏板时，离合器踏板开关偶尔会动作。

此时应当检查离合器踏板开关是否接触不良，线路应当没有问题。

(3)ECU未识别到驾驶人踩下了离合器踏板。

可以拔下离合器踏板开关的插接器，再次用检测仪读取踏板的状态信息，如果此时状态信息变为踏板已经踩下，说明离合器踏板开关有故障，应当更换；如果状态信息仍然为踏板未踩下，说明故障出在ECU及其线路上，离合器踏板开关正常。

(4)ECU未识别出离合器踏板的自由状态。

说明ECU没有接收到离合器踏板开关信号端子传送来的信号，此时应当进行以下检查。

①检查相关的熔丝，如果熔丝正常，拔下离合器踏板开关的插头，然后用导线跨接离合器踏板开关的电源端子与信号端子，再接通点火开关，连接检测仪，读取离合器踏板开关的状态信息，如果此时状态信息变为自由状态，说明离合器踏板开关有故障，应当检查其是否脏污，导致开关不能到达指定的位置。

在清除脏污后，如果故障依旧，应当更换离合器开关。

如果更换离合器开关后仍然识别不出踏板的自由状态，说明故障不在离合器开关本身。

②检查离合器开关的供电电压。

接通点火开关，测量离合器开关供电端子与接地点之间的电压，如果小于11.5V，说明从供电端子到熔丝之间有断路或者对地短路现象；如果大于或等于
11.5V，说明供电正常。

③检查信号传递情况。

可以拔下发动机电控单元的插头，测量离合器开关信号端子至电控单元插脚之间导线的电阻，如果大于3Ω，说明导线断路；如果小于或等于3Ω，说明该导线正常。

④检查发动机电控单元插脚与发动机接地点之间的电阻，正常值应大于9Ω，如果小于9Ω，说明对地短路。

四、其他开关
在电控汽车上，各种开关实质上是一个电路板，并且具有网络模块的特征。

凡是开关信号只有2种状态——“是”与“否”(或者“开”与“关”)。

开关信号与数字信号一样，可以直接被ECU所接收，无需经过模/数(A/D)转换。

1.车窗玻璃升降器开关。

它既能发送信息，又要接收信息，还能处理信息，图7所示为宝骏乐骋轿车车门玻璃升降控制原理图。

通过升降器开关不同的针脚接地，可以区分控制模块的ID地址，因此不能像传统维修方法那样随意互换开关。

图7 宝骏乐骋轿车车门玻璃升降控制原理图
左前门主开关(发
出其他3个车门玻
璃的升降信号)
车身控制模块
(BCM)
右前门玻璃
升降开关
右前门玻璃
升降电动机
左后门玻璃
升降电动机
左后门玻璃
升降开关
Lin线
Lin线
升降
请求
升降
指令
升降
指令电力线
电力线
2.空调开关。

当操作者开启空调开关时，发动机的负荷会有所增加，此时需要相应地提高发动机的怠速转速，防止发动机熄火。

但是，怠速转速又不能太高，否则耗油量将增加。

因此，电控单元需要接收空调开关的信号，并在启动空调压缩机的同时，稍微提高发动机的怠速。

这种调整时机和程度的把握，只有依靠ECU才能做到。

3.车速调节开关。

有的汽车装备了电子巡航系统，具有车速调节功能，能够让汽车在驾驶人设定的车速下匀速行驶，以减轻疲劳程度。

在行驶过程中，驾驶人可以操纵车速调节开关，使汽车加速或者减速行驶。

因此，电控单元需要接受车速调节开关的信号，以适时调节或者决定是否启用车速调节功能。