发动机曲轴位置传感器的电路设计
曲轴位置传感器故障排除2021推选
任务1：空气流量计的故障排除
三、曲轴位置传感器的电路 工发曲二程动轴、三 机 位 曲电置轴控传位系感置统器传的系感故统器障包工排括作除原1个理曲轴位置信号盘和1个耦合线圈。
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《曲轴(凸轮轴)位置传感器电路检修》学习手册.
《曲轴（凸轮轴）位置传感器电路检修》学习手册
知识要求
3．3．1作用
控制发动机运行需要知道发动机转速信号和活塞运行位置信号，这就要求安装曲轴位置传感器（又称发动机转速传感器、曲轴转角传感器等），它是发动机控制的主控参
数，具体作用是：
（1）检测发动机转速， PCM据此计算进气量，确定喷油量和点火提前角。进气流量一定时，发动机转速增高，进气量减小，喷油减小，点火提前角增大。
（2）检测发动机基准缸（一缸）的基准位置（活塞压缩上止点或压缩上止点前、后一固定角度），在此基础上进一步确定活塞的任一位置。
（3）检测曲轴转过的角度，PCM判定活塞运行的任一位置，确定点火时刻和喷油时刻。
（4）除控制喷油和点火之外，还用于怠速控制、废气再循环控制、燃油蒸发控制等。
要检测发动机转速信号和活塞位置信号，曲轴位置传感器可以安装在曲轴（曲轴的前端、中部、后端）、凸轮轴、分电器轴上。如果曲轴位置传感器安装在曲轴上，当传感器产生活塞基准位置信号时，发动机PCM不能判定活塞是处于压缩上止点还是排气上止点，此时需要有一个判缸信号，要求安装凸轮轴位置传感器（又称判缸传感器），它安装在凸轮轴或分电器轴上。凸轮轴位置传感器的类型、结构、工作原理与曲轴位置传感器相同，不再另行说明，下面重点学习曲轴位置传感器。
3．3．2类型
曲轴位置传感器按结构和工作原理不同分为电磁感应式、霍尔式、光电式、磁控电阻式等，现在应用比较广泛的是电磁感应式、霍尔式和光电式。按传感器功能不同分为综合式和独立式，综合式即检测转速信号和活塞位置信号共用一个元件和电路，有一个信号输出端；独立式即检测转速信号和活塞位置信号分别采用不同元件和电路，有两个独立的信号输出端。其中独立式又按安装方式不同分为组合安装式和独立安装式，组合安装式即将检测转速信号和活塞位置信号的传感器组合安装在一起；独立安装式即将检测转速信号和活塞位置信号的传感器分开独立安装在不同位置。
汽车基础电路-霍尔转角位置传感器工作电路(第一遍)
霍尔式转角位置传感器工作电路
一、可以满足的教学功能
本电路板主要模拟曲轴转角位置传感器的信号产生过程，以及传感器信号输入控制模块后，当信号发生变化时，对喷油器、点火线圈以及汽油泵工作状况的影响。通过该电路板的学习，可以：
1、掌握霍尔式转角位置传感器工作电路的组成和工作原理；
2、理解霍尔式转角位置传感器的作用和控制过程；
3、掌握电路构成主要部件的作用和工作原理；
4、学会电路板工作性能的检测方法；
5、学会电路板常见故障的诊断和维修方法；
6、掌握万用表、数字存储示波器的使用方法。
二、电路板工作原理
曲轴转角位置传感器在基本车型中有三种基本传感器电路，分别为：电磁式转角位置传感器；光电式转角位置传感器；霍尔式转角位置传感器。本电路主要讲解霍尔式转角位置传感器的电路原理。
本电路由两部分组成，一部分为霍尔式传感器的驱动电路，一部分为模拟喷油器、点火线圈、燃油泵的驱动电路，两部分电路之间通过控制模块（U2）联系在一起，依据传感器驱动电路输出的信号去控制喷油器、点火线圈、燃油泵的运行。
工作原理：接通电源后，传感器信号盘驱动电机开始工作，通过调节电位器RT1可以控制驱动电机的运行速度，此时霍尔式转角位置传感器输出的信号频率随驱动电机转速快慢而改变。传感器输出的
信号输入到单片机（U2）进行处理后，单片机（U2）根据输入信号的变化去控制喷油器、点火线圈和油泵的搭铁电路。
电路原理图如下：
霍尔式传感器驱动电路
模拟喷油器工作电路
元器件参数表：
元件编号元件名称参数
R2、R5 电阻10K
R1、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R10、
阐述霍尔式曲轴位置传感器组成和工作原理
阐述霍尔式曲轴位置传感器组成和工作原理
霍尔式曲轴位置传感器是一种常用于检测发动机曲轴位置的传感器。它由霍尔元件、磁铁和电路等组成。
1. 霍尔元件：霍尔元件是一种半导体器件，可以测量磁场的变化。它通常由霍尔效应晶体管组成，能够将磁场强度转换成电压信号。
2. 磁铁：在曲轴上安装一个永磁体（通常是磁铁），它的位置与曲轴角度有关。当曲轴旋转时，磁铁距离霍尔元件的距离也会发生变化。
3. 电路：传感器的电路通常由两个部分组成：放大电路和输出电路。放大电路用于放大霍尔元件产生的微弱信号，使其能够被输出电路读取和处理。输出电路则用于将检测到的曲轴位置转化成电压或数字信号输出给车辆控制系统。
工作原理：
当曲轴旋转时，磁铁会产生磁场，这个磁场的强度和方向变化会影响到附近的霍尔元件。在霍尔元件中，由于霍尔效应的作用，会产生电荷分离，从而形成一个电压。这个电压的大小和方向与磁场的强度和方向有关。
根据霍尔元件旁边磁场的变化，输出电路会将电压信号进行相应的处理，从而得到曲轴的准确位置信息。这个信息可以用于引擎控制系统中的点火、燃油喷射等操作，以确保引擎正常运
行。
总结起来，霍尔式曲轴位置传感器通过测量曲轴旋转时在霍尔元件上产生的磁场变化，从而获得曲轴位置信息。这种传感器具有快速、精确和可靠的特点，被广泛应用于汽车等领域中。
霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
霍尔式曲轴位置传感器是一种常用的传感器，它可以测量发动机曲轴的位置和转速，是现代汽车电子控制系统中不可或缺的一部分。本文将从工作原理、结构和应用等方面介绍霍尔式曲轴位置传感器。
一、工作原理
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应来测量曲轴位置和转速的。霍尔效应是指当电流通过一定材料时，会在材料内产生磁场，当磁场与材料内的电子相互作用时，会产生电势差。这种现象被称为霍尔效应。
霍尔式曲轴位置传感器由霍尔元件、磁铁和信号处理电路组成。磁铁固定在曲轴上，当曲轴转动时，磁铁也会随之转动。霍尔元件安装在发动机上，当磁铁靠近霍尔元件时，会产生电势差，信号处理电路会将这个电势差转换成数字信号，从而测量曲轴位置和转速。
二、结构
霍尔式曲轴位置传感器的结构比较简单，主要由霍尔元件、磁铁和信号处理电路组成。
1. 霍尔元件
霍尔元件是测量曲轴位置和转速的核心部件，它是一种半导体器件，
可以将磁场转换成电势差。霍尔元件通常由铁、硅和铝等材料组成，具有高灵敏度、高精度和高可靠性等特点。
2. 磁铁
磁铁是固定在曲轴上的，它的作用是产生磁场，当磁场与霍尔元件相互作用时，会产生电势差。磁铁通常由永磁体或电磁体组成，具有较强的磁性和稳定性。
3. 信号处理电路
信号处理电路是将霍尔元件产生的电势差转换成数字信号的部件，它通常由运算放大器、比较器、滤波器和AD转换器等组成。信号处理电路可以将电势差转换成数字信号，从而实现曲轴位置和转速的测量。
三、应用
霍尔式曲轴位置传感器广泛应用于汽车电子控制系统中，主要用于测量发动机曲轴的位置和转速。它可以实时监测发动机的运行状态，从而保证发动机的正常工作。
曲轴位置传感器方案
摩托车汽油机电控系统曲轴位置传感器方案
一、传感器类型选择。
1）可变磁阻式（Variable Reluctance）：这种传感器也称为电磁感应式，会产生磁脉冲信号，该信号是由信号转子的旋转运动使磁通量发生变化（）而在感应线圈中产生的。可变磁阻式传感器的优点是价格低、尺寸小、自发交流信号无需外电源、具有良好的温度稳定性；缺点是信号转子在零转速时无信号输出，信号变化的幅度取决于信号转子的转速，需要另外的信号处理电路。可变磁阻式传感器内空气间隙要求小于2mm。
2）霍尔效应式（HallEffect）：霍尔传感器产生的电压信号，是由信号转子的旋转运动使磁通量发生改变。信号转子通过霍尔元件和永久磁铁，磁通的变化与可变磁阻式传感器相似，但与可变磁阻式不同的是霍尔元件探测的是磁感应强度（）大小而非磁通变化率。霍尔元件是半导体材料制成的，需要偏置激励电流。该传感器输出方波数字信号，信号电压与作用在霍尔元件上磁场的磁感应强度成正比，信号频率与发动机转速成正比。
3）磁控电阻式（Magnetoresistor）：磁控电阻式传感装置利用磁阻效应原理，即材料电阻随外加磁场的大小而成比例变化。电阻是窄形条，沉积在薄层的高载子传输半导体（锑化铟InSb或砷化铟InAs）上，且垂直于电流流入方向。半导体磁敏感材料受到与电流方向相垂直方向的磁场作用时，由于洛仑兹力的作用，电子流动的方向发生改变，路径加长，从而其阻值增大。即MRE的电阻值，随施加在其上的磁力线的方向而改变。
本文选择磁阻式进行非接触性测量。传统的磁阻式传感器在测量的过程中存在着一定间隙，灵敏度低，传感器的磁感应间隙小，通常只有零点几毫米，在高速测量时容易与齿轮发生碰撞安全性低，而且由于这种传感器采集到的信号是幅值低变化缓慢的模拟电压信号，因此还需要经过放大整形才能使用。随着对测量精度要求的提高，灵敏度高、可靠性高和全集成化式转速传感器成为主流产品，例如飞利浦（Philips）公司生产的KMI15-1
汽车发动机曲轴位置传感器(CKP)原理及检测
汽车发动机曲轴位置传感器(CKP)原理及检测汽车发动机曲轴位置传感器（CKP）原理及检测
曲轴位置传感器
曲轴位置传感器（CKP）一般安装在曲轴前方或者后方，与连接在曲轴上的信号脉冲盘相对应，用于检测曲轴转角位置及其旋转速度。随着发动机曲轴的转动，带磁的信号板齿的齿尖靠近、对准、远离传感器的检测端部，从而导致GMR电阻值的变化。GMR元件检测到的磁场变化在CKP的内部信号处理电路中被转换为方波，然后作为CKP输出信号输入到ECM。当发动机转速增加，方波信号的频率也随之增大；反之，方波的频率会减小。与霍尔传感器相比，采用GMR元件的CKP传感器提高了信号的稳定性，且信号幅度更宽。在CKP传感器中，方波电压信号的外形特性也根据信号板齿的形状而改变，ECM就是根据CKP 的这些外形特性还判断曲轴转角位置，并与凸轮轴位置传感器信号进行，判断发动机的配气相位。信号
曲轴位置传感器故障现象及诊断：当曲轴位置传感器信号出现异常时，可能导致起动困难、起动后熄火等故障。曲轴位置传感器的主要故障原因包括：1．传感器内部损坏。2．传感器头部损坏/脏（金属屑等易受磁化的物体会吸附到传感器上）。3．连接器或线路断路/短路。性能检查：CKP传感器性能好坏的测量方法，主要有目测检查、电阻测量与波形测
量等方法。1．目测检查：（1）检查O形圈是否有损坏。（2）检查传感器端面和信号轮板齿是否有金属颗粒和损坏。（3）检查传感器的安装与信号板齿之间的间隙是否正常，应在1mm左右。2．电阻检查：使用12V蓄电池（1），将其正极端子连接到“Vin”端子（2），而负极端子连接到传感器的“接地”端子（3）。然后在保持同CKP传感器大约1毫米（0.03英寸）的情况下利用电阻表，通过磁性物质（5）来测量传感器“Vout”端子（4）同蓄电池负极端子之间的电阻。检测 CKP传感器电阻：电阻变化从小于220Ω（ON）到无穷大（OFF），或者从无穷大（OFF）到小于220Ω（ON）。如果电阻变化同下面规定不相符，应当更换CKP传感器。3．波形测量：使用示波器检测曲轴位置传感器信号端子的电压波形，当发动机怠速运转时，检测到频率较低的方波信号。当发动机转速上升时，检测到频率逐步增大的波形。维修注意事项：曲轴位置传感器较为精密，要轻拿轻放，避免掉落地上而损坏传感器。安装时要小心，而不能锤击。
基于STM32的发动机曲轴位置传感器的电路设计
３ ２位标 准 处 理 器 ， 有 低 功 耗 、 门 数 、 中断 延 具 少 短 迟 、 成本 等优 点 ， 门 用 于 微 控 制 、 车 车 身 、 低 专 汽 工业 控制 和无 线 网络 等对 功耗 和成 本敏 感 的应用领 域 ． 大 大简化 了编 程 的复杂性 ， 高性 能 、 功耗 、 其 集 低
１０Ｖ． 以电 阻值 要 大 于 １ ０ １ ５ 所 ５ ／ ２＝１ ． Ｑ， 确 ２ ５ｋ 故
曲轴 位 置传 感 器 的信 号是 连续 的正 弦信 号 ． 因 为发 动机 转速 的变 化 ， 曲轴 位 置 传感 器 绕 组 产生 的
定为 １ ｎ． Ｒ ５ｋ 由 Ｃ低通滤波公式 ｆ＝１２ｒＲ， ／， ｒ 可知 当 Ｃ ｆ 。＝ ０ ４ｋ ｚ ， ０５ ０４ｎ ， 择 Ｃ＝ ７ Ｆ ｏ ２ ． Ｈ 时 Ｃ＝ ．２ Ｆ 选 ４ ２Ｐ ．
芯 片成 为当前 的研究 方 向．
发齿 轮 的轮齿保 持一 定距 离 ， 图 ２所示 ． 如 发动 机工
作时， 触发 轮 的轮齿 不断 地通 过磁 头 ， 样传感 器 的 这
磁头 和触 发轮 之 间 的间 隙 不 断变 化 ， 而 不 断改 变 从
Ｓ Ｍ ２的 内 核 是 Ａ Ｍ 公 司 的 Ｃ ｒ ｘ—Ｍ Ｔ３ Ｒ ｏｅ ｔ ３内
１２ ０
华 北 水 利 水 电 学 院
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报
霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
简介
霍尔式曲轴位置传感器是一种常用的非接触式传感器，用于测量发动机曲轴的旋转位置信息。本文将深入探讨霍尔式曲轴位置传感器的工作原理及其应用。
传感器的基本原理
霍尔式曲轴位置传感器利用霍尔元件的磁敏特性来测量磁场的变化，从而确定曲轴的旋转位置。其基本原理如下：
1.霍尔元件霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，由霍尔片、电流源和
输出端组成。当霍尔片中通过的电流受到磁场的作用时，会在霍尔片两侧产生电势差，即霍尔电压。这个电势差与磁场的强度和方向成正比，因此可以利用霍尔元件来测量磁场的变化。
2.磁场感知霍尔式曲轴位置传感器将一个或多个霍尔元件放置在曲轴附近，
使其能够感知磁场的变化。通常情况下，传感器会使用一个或多个磁极来产生磁场，曲轴上安装有一个或多个磁性标记，当曲轴旋转时，标记会经过霍尔元件，从而改变其感知到的磁场。
3.信号处理传感器会将从霍尔元件感知到的电势差转换为数字信号，通常使
用模数转换器（ADC）来完成这一过程。通过对电势差进行测量和转换，可以得到曲轴的旋转位置信息，例如相位、角度或转速。
传感器的工作过程
霍尔式曲轴位置传感器的工作过程可以分为以下几个步骤：
1.磁场感知传感器通过布置在曲轴附近的霍尔元件感知磁场的变化。当曲轴
上的磁性标记经过霍尔元件时，会改变其感知到的磁场，进而引起霍尔电压的变化。
2.电势差测量传感器将霍尔元件感知到的电势差转换为数字信号，以便进行
后续的处理和分析。通常情况下，传感器会内部集成模数转换器（ADC），用于将连续的电势差转换为离散的数字值。
曲轴位置传感器的检测及故障案例
曲轴位置传感器的检测
曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。
一、磁脉冲式曲轴位置传感器的检测
1、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理
（1）日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器
该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后，如图1所示。
在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔4°有个齿。共有90个齿，并且每隔120°布置1个凸缘，共3个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号信号发生器。信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头②产生120°信号，磁头①和磁头③共同产生曲轴1°转角信号。磁头②对着信号盘的120°凸缘，磁头①和磁头③对着信号盘的齿圈，彼此相隔了曲轴转角安装。信号发生器内有信号放大和整形电路，外部有四孔连接器，孔“1”为120°信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1°信号输出线，孔“4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到ECU。
发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号（如图2所示）。
发动机旋转一圈，磁头②上产生3个120°脉冲信号，磁头①和③各产生90个脉冲信号（交替产生）。由于磁头①和磁头③相隔3°曲轴转角安装，而它们又都是每隔4°产生一个脉冲信号，所以磁头①和磁头③所产生的脉冲信号相位差正好为90°。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生曲轴1°转角的信号（如图 3所示）。
曲轴位置传感器的工作原理
曲轴位置传感器的工作原理
曲轴位置传感器是汽车发动机中的重要部件之一，它可以检测曲轴的旋转位置和速度，从而控制发动机的点火时间和燃油喷射量。本文将详细介绍曲轴位置传感器的工作原理及
其应用。
（1）霍尔元件
霍尔元件是曲轴位置传感器的核心部件，它可以将磁场转换为电信号，从而检测曲轴
的旋转位置和速度。霍尔元件通常由多个磁敏电阻、磁敏二极管或磁敏场效应管组成，具
有高精度、高灵敏度和高可靠性等特点。
（2）磁性齿轮
磁性齿轮是一种具有一定数量的磁性齿的齿轮，通常与曲轴相连。当曲轴旋转时，磁
性齿轮也会旋转，从而产生交替的南北极磁场。曲轴位置传感器通过检测磁场的变化来确
定曲轴的旋转位置和速度。
（3）信号处理器
信号处理器是曲轴位置传感器的控制单元，它负责接收、处理和解码霍尔元件输出的
电信号，并将其转换为可供发动机控制单元使用的数字信号。信号处理器通常采用数字电
路或微处理器实现，具有高速度、高可靠性和低成本等特点。
曲轴位置传感器的工作原理基于霍尔效应，即在外加磁场的作用下，金属或半导体中
电子的自旋和电荷运动会发生变化，从而产生电势差。当磁性齿轮旋转时，会产生交替的
南北极磁场，从而使得霍尔元件输出的电信号发生变化。通过检测这些信号的变化，曲轴
位置传感器可以确定曲轴的旋转位置和速度。
（1）当曲轴转动时，磁性齿轮也会转动，从而使得磁场发生变化；
（2）霍尔元件会检测到这些变化，并将其转换为电信号；
（3）信号处理器会接收、处理和解码霍尔元件输出的电信号，从而确定曲轴的旋转位置和速度；
（4）根据曲轴位置和速度的信息，发动机控制单元可以控制点火时间和燃油喷射量。
汽车曲轴位置传感器工作原理
汽车曲轴位置传感器工作原理
汽车曲轴位置传感器是一种用于检测曲轴转动位置的传感器，它的工作原理基于霍尔效应。该传感器通常由霍尔元件、磁铁和电子电路组成。
首先，霍尔元件是一种半导体器件，它具有特殊的电子结构，当有磁场作用于它时，会引发电子效应。这意味着当磁场的方向和强度变化时，霍尔元件会产生相应变化的电压信号。
在汽车曲轴位置传感器中，磁铁通常安装在曲轴上，而霍尔元件则固定在发动机上。当曲轴转动时，由于磁铁的存在，产生的磁场会传导到霍尔元件上。这导致霍尔元件内部的电荷分布发生变化，从而产生电压信号。
通过电子电路对传感器产生的电压信号进行处理，可以得到曲轴当前的转动位置。这些电路会将信号转换为数字信号，并发送给发动机控制单元(ECU)进行进一步的处理。ECU根据传感
器提供的曲轴位置信息来控制燃油喷射和点火时机等关键参数，以确保发动机的正常工作。
总结而言，汽车曲轴位置传感器的工作原理是通过霍尔元件感知磁场，并将其转换为电压信号，最终提供曲轴位置信息给发动机控制单元。这种工作原理的应用可以帮助发动机实现更精准的喷油和点火控制，提高燃油效率和减少排放。
曲轴位置传感器检测原理
曲轴位置传感器检测原理
曲轴位置传感器通过检测曲轴的旋转位置，确定发动机的工作状态和转速。其工作原理通常有两种：
1. 磁性原理：传感器内部包含一个磁体和一个磁敏元件（如霍尔元件）。磁体固定在曲轴上，而磁敏元件固定在传感器壳体上。当曲轴旋转时，磁体产生磁场，磁敏元件感应到磁场的变化，输出相应的电信号。通过测量这些电信号的变化，就可以确定曲轴的位置。
2. 光电原理：传感器内部包含一个光源和一个光敏元件（如光敏二极管或光电三极管）。光源和光敏元件分别固定在传感器的两侧。当曲轴旋转时，曲轴上的齿轮或凸轮会阻挡或遮挡光线的传播。光线的遮挡程度与曲轴的旋转位置相关。光敏元件检测到光线的强度变化，输出相应的电信号。通过测量这些电信号的变化，就可以确定曲轴的位置。
无论是磁性原理还是光电原理，传感器在测量曲轴位置时都需要与发动机控制单元（ECU）进行通信，以传输检测到的信号并进行数据处理和分析。
【精品】10汽车发动机维修曲轴位置传感器的检测与更换
2-第1缸上止点测量孔
信号盘外圈的4个孔能感测曲轴转角并将其 转化为电压脉冲信号，电控单元根据该信 号计算发动机转速，并控制汽油喷射正时 和点火正时。
信号盘内圈有一个孔，用来感测第1缸压缩 上止点，并将它转换成电压脉冲信号输入 电控单元，电控单元根据此信号计算出汽 油喷射顺序。其输出特性如下图所示。
No.2正时转子旋转1圈，即曲轴旋转720° 时，感应线圈产生24个交流电压信号。Ne 信号（图b），其一个周期的脉冲相当于 30° 曲 轴 转 角 （ 720°÷24=30° ） 。 更 精 确 的 转 角 检 测 ， 是 利 用 30° 转 角 的 时 间 由 ECU再均分30等份，即产生1°曲轴转角的 信号。同理，发动机的转速由ECU依照Ne 信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的 时间为基准进行计测。
1）霍尔式曲轴位置传感器的结构和 工作原理 2）霍尔式曲轴位置传感器的检测
1）霍尔式曲轴位置传感器的结构和 工作原理
（1）采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传 感器。美国GM公司的霍尔式曲轴位置传 感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结 构形式，如下图所示。
1-外信号轮；2-内信号轮
霍尔信号发生器组成如下图所示，内外信 号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信 号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍 尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中 的磁场即被触发叶片所旁路如图a）所示。 这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空 气隙时，永久磁铁3的磁通便通过导磁板5 穿过霍尔元件（图b），产生霍尔电压。
曲轴位置传感器的工作原理
曲轴位置传感器的工作原理
曲轴位置传感器是一种用于测量发动机曲轴位置和转速的装置。其工作原理可以简述如下：
1. 曲轴位置传感器通常安装在发动机曲轴的靠近转盘的一侧。它由一个磁铁和一个感应线圈组成。
2. 磁铁固定在曲轴的转盘上，随着曲轴的旋转，磁铁也一起旋转。
3. 当磁铁靠近感应线圈时，磁场会通过线圈产生感应电流。
4. 感应电流的大小与磁场的强弱成正比，而磁场的强弱与曲轴的位置有关。
5. 感应线圈将感应电流转换为电压信号，并通过连接线传输到发动机控制单元(ECU)。
6. ECU利用接收到的电压信号来确定曲轴的位置和转速，以
便对发动机的点火和喷油时机进行精确控制。
总的来说，曲轴位置传感器利用磁铁和感应线圈的相互作用，通过测量磁场的变化来确定曲轴的位置和转速。这些数据对于发动机的正常运行和性能调整至关重要。
霍尔效应曲轴位置传感器工作原理
霍尔效应曲轴位置传感器工作原理
霍尔效应曲轴位置传感器是一种常用的非接触式传感器，其工作原理基于霍尔效应。
本文将详细介绍霍尔效应曲轴位置传感器的工作原理。
霍尔效应是指在一定条件下，在磁场中运动自由电子会受到洛仑兹力的作用，使其沿
着磁场方向分布不均匀，形成电荷分布。当有电流通过时，电子的堆积和移动会产生电势差，在垂直于电流方向的平面上形成一个电场。由于这个电场的存在，将会存在一个横向
于电流方向和磁场方向的电压差，这种现象称为霍尔效应。
利用霍尔效应可以制作出一种可靠的曲轴位置传感器。该传感器由磁环、霍尔元件、
电路板等组成。当曲轴位置发生变化时，由于发动机上的凸轮等部件在曲轴的转动下向外
突出，这些部件与磁环的极边之间会产生磁场强度的变化，这个变化会被霍尔元件所感受，转换为电信号，并通过电路板传递给计算机，计算机进行处理后输出相关的数据。
具体来说，当曲轴位置发生变化时，电荷分布也随之发生变化。这个变化会被转化为
霍尔元件中产生的电势差，这个电势差会被电路板所测量和分析，转换为曲轴位置的具体
数值。整个工作过程不需要物理接触，同时由于采用了磁场作为信号源，使得传感器具有
良好的环境适应性和耐灰耐污性能。
霍尔效应曲轴位置传感器具有精度高、工作可靠、误差小、成本低等优点，因此被广
泛应用于汽车、航空航天、化工等行业的发动机、液压系统等设备中，确保其正常运行和
安全性。
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第33卷第2期2012年4月
华北水利水电学院学报Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
Vol.33No.2Apr．2012
收稿日期：2011－12－27
基金项目：2009年郑州市科技创新人才专项项目；郑州市技术研究与开发项目（096SYJH25086）．作者简介：司爱国（1968—），男，河南浚县人，副教授，硕士，主要从事车辆工程方面的研究．
文章编号：1002－5634（2012）02－0101－03
基于STM32的发动机曲轴位置传感器的电路设计
司爱国，李
辉，路
斌，曹永娣
（华北水利水电学院，河南郑州450011）
摘要：为满足人们对汽车的舒适性、稳定性的要求，从发动机电子控制系统的精确性出发，以发动机曲轴位
置传感器信号作为研究对象，选用了电磁式曲轴位置传感器NCV1124作为信号处理芯片，选用STM32作为ECU 主控芯片，对其信号传输的精确性、实时性进行了实验研究．实验结果表明，NCV1124能够稳定精确地完成对信号的处理，与主芯片STM32结合可以很好地完成其下续控制信号的运算工作．关键词：发动机；电子控制；NCV1124
汽车技术得以迅猛发展是以电子技术的发展为
依托．用16位单片机作为汽车发动机的核心芯片已得到普遍应用，
用32位单片机作为汽车发动机核心芯片成为当前的研究方向．
STM32的内核是ARM 公司的Cortex －M3内核．Cortex －M3是首款基于ARMv －7体系结构的32位标准处理器，具有低功耗、少门数、短中断延迟、低成本等优点
［1］
，专门用于微控制、汽车车身、
工业控制和无线网络等对功耗和成本敏感的应用领
域．其大大简化了编程的复杂性，集高性能、低功耗、低成本于一体．STM32的标准外设包括10个定时器、
2个12位1－Msample /s 模数转换器（交错模式下2－Msample /s ）、
2个12位数模转换器、2个I2C 接口、
5个USART 接口和3个SPI 端口．新产品外设共有12条DMA 通道，还有1个CRC 计算单元，像其他STM32微控制器一样，
支持96位唯一标识码．笔者基于STM32的曲轴位置传感器电路的开发主要涉及STM32的定时器功能．
1曲轴位置传感器的信号控制原理
发动机的曲轴位置传感器是用来产生发动机转
速信号和曲轴位置的信号，常配合凸轮轴位置传感器一起来确定发动机喷油和点火正时．系统拟选用磁电式曲轴位置传感器，其外形如图1所示．曲轴位
置传感器安装在飞轮壳体上，
它的磁头与飞轮的触
发齿轮的轮齿保持一定距离，如图2所示．发动机工作时，触发轮的轮齿不断地通过磁头，这样传感器的
磁头和触发轮之间的间隙不断变化，从而不断改变绕组的磁通量
［2－3］
．磁通量的变化使绕组线圈产生
连续变化的电压值．最后通过处理电路处理后将信
号传给ECU ，和其他信号一同控制发动机的运转．
2传感器信号处理电路的设计
2．1处理电路的芯片选择
曲轴位置传感器的信号是连续的正弦信号．因为发动机转速的变化，曲轴位置传感器绕组产生的电压值最低在5V以下，最高可达到150V，差值过大，超出STM32单片机的承受能力．基于发动机转速信号的特点，在曲轴位置传感器的信号处理电路中应该包括限幅、滤波、放大、整形．对信号处理的效果将直接影响后期对发动机喷油点火等一系列动作的控制，关系到发动机运转的各种性能指标的稳定．结合电路的特点，实验选择的芯片是NCV1124．NCV1124是一个单片集成的元件，被广泛应用到旋转部件传感器的处理电路中，可以将传感器输出的正弦波转化为频率相同且占空比适当的方波．该芯片有很好的电磁兼容性，能够有效地抑制噪声干扰．芯片内部集成了动态钳位电路，能将传感器输出电压信号幅值成功控制在3 5V之间．最后，当发动机在怠速空转时，即曲轴位置传感器输入信号周期较长时，NCV1124能输出与曲轴位置传感器频率相同的方波信号．
2．2接口电路设计
NCV1124是一个双通道芯片．如图3所示，曲轴位置传感器一端直接接地，另一端接NCV1124的IN1脚．由NCV1124内部集成的动态钳位电路，将信号电压成功钳位到－0．2 4．8V，经试验验证，经过NCV1124处理过的信号能够严格符合STM32管脚对电平的要求．NCV1124将不断变化的曲轴传感器信号送入STM32的计数器管脚PA8．考虑到曲轴位置传感器信号在发动机工作时会受到较大的电磁干扰，以及信号发生器上毛刺的影响，需要在传感器信号进入处理芯片前进行滤波．
图3NCV1124接口电路
2．3滤波电路设计
该系统发动机转速最高达到6000r/min，信号发生器齿数z=34，系统的最高频率为20．4kHz，即截止频率．系统使用RC滤波，其中电阻R8和电容C16构成RC滤波电路［4］．
由于NCV1124可以接受的电流值在－12 +12mA之间，而传感器的感应电动势最高是150V．所以电阻值要大于150/12=12．5kΩ，故确定为15kΩ．由RC低通滤波公式f=1/2πCR，可知当f
max
=20．4kHz时，C=0．5204nF，选择C=472PF．
3实验结果及分析
当发动机转速处于较高值时，传感器的输出幅值和频率都比较大；当发动机转速较低时，则反之．当节气门全开时，测得的曲轴位置传感器的信号如图4所示，该正弦波的幅值在10V左右，周期大约保持在0．06ˑ10－3s．硬件工作稳定没有异常现象，所以在发动机最大负荷情况下，硬件系统可以正常工作．经过NCV1124滤波后的波形如图5所示．整形后的波形为方波，其频率同整形前一样，而幅值被钳位到4V左右，该电压是STM32可以接受的电平．对比整形前后的波形图可知：整形后的波形比整形前的迟滞了0．2个周期左右，这个是由NCV1124内嵌的迟滞电压比较器电路产生的．实验证明，该系统能够很好地完成对磁电式曲轴位置传感信号的整形限幅及频率跟踪，能够准确地将需要的信号传输给STM32芯片
．
图4整形前、后及叠加对比波形
4对曲轴位置传感器信号的处理STM32内部集成了高级控制定时器TIM1和通用定时器TIMX，2种定时器是完全独立的．高级定时器包含一个可编程的预分频器驱动的自动载入的16位计数器［5］，可以轻松地完成信号的采集计数及输出波形PWM．
NCV1124处理后的波形传入STM32的PA8管脚后，使用高级控制定时器TIM1启动计数器模式，可在该环节确定出曲轴位置传感器的脉冲个数，以此计算出发动机的转速［6］．因为发动机转速是一个实时性较强的数据，所以应该在较短的时间内测得．本系统是以信号发生器每转过z个齿的速度作为一个速度元素来计算发动机转速的，把n个速度元素的速度平均值作为发动机转速．设z t为信号发生器总齿数，速度元素v i=60z/z t，发动机转速v=（v1+
v
2
+…+v
n
）/n，计算得发动机转速v被用来控制发
201华北水利水电学院学报2012年4月