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汽车电子信号

汽车电子信号的五大类型

当今汽车系统中存在五种基本类型的电子信号，把这五种基本的汽车电子信号称为“五要素”。

“五要素”可以看成是控制系统中各个传感器，控制电脑和其它设备之间相互通迅的基本语言，就像英语的字母，它们都有不同的“发音”。

正是“五要素”中各自不同特点，构成用于不同通信的目的。

当今汽车电子信号的五大基本类型：

（1）直流（DC）信号

在汽车中产生直流（DC）信号的传感器或电源装置有--蓄电池电压或控制电脑（PCM）输出的传感器参号电压。

模拟传感器信号--发动机冷却水温度传感器、燃油温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、废气温再循环压强和位置，翼板式或热丝式空气流量计、真空和节气门开关，以及通用汽车、克莱斯勒汽车和亚洲汽车的进气压力传感器。

（2）交流（AC）信号

在汽车中产生交流（AC）信号的传感器和装置有：

车速传感器（VSS）、防滑制动轮速传感器、磁电式曲轴转角（CKP）和凸轮轴（CMP）传感器、从模拟压力传感器（MAP）信号得到的发动机真空平衡波形、爆震传感器（KS）。

（3）频率调制信号

在汽车中产生可变频率信号的传感器和装置有：

数字式空气流量计、福特数字式进气压力传感器、光电式车速传感器（VSS）、霍尔式车速传感器（VSS）、光电式凸轮轴和曲轴转角（CKP）传感器、霍尔式凸轮轴（CAM）和曲轴转角（CKP）传感器。

（4）脉宽调制信号

在汽车中产生脉宽调制信号的电路或装置有：

初级点火线圈、电子点火正时电路、废气再循环控制（EGR）、净化、涡轮增压和其它控制电磁阀、喷油嘴、怠速控制马达和电磁阀。

（5）串行数据（多路）信号

若汽车中具备有自诊断能力和其它串行数据送给能力的控制模块，则串行数据是由发动机控制电脑（PCM），车身控制电脑（BCM）和防滑制动系统（ABS）或其控制模块产生

汽车示波器的使用操作

1.注意事项

①测试点火高压线时，必须使用专用的电容探头，不能将示波器探头直接接入点火次级电路。

②使用汽车示波器时，注意远离热源，例如排气管，催化器等，温度过高会损坏仪器。

③汽车示波器在测试时要注意测试线尽量离开风扇叶片、皮带等转动部件，图1是风扇叶片绞切测线时的波形。

④测试时确认发动机盖的液压支撑是好的，防止发动机盖自动下降时伤及头部或损坏汽车示波器。

⑤路试中，不要将汽车示波器放在仪表台上方，最好是拿在手中测试。

2.信号频率和时基选择

时基/频率表的用途是帮助根据信号频率来选择时基或判断显示波形的频率。

时基/频率表的使用方法：

可以通过计算屏幕显示波形的循环次数（1-5）的方法用汽车示波器去判定信号频率，表内左侧第一列为确定的频率数，其他列为当前时基数。

3.示波器设置要领

用示波器测试一个未知的信号时，如何设置示波器是一件相当复杂的事，本部分说明用汽车示波器去捕捉波形时，设置示波器的基本方法，它可以帮助读者理解并掌握示波器设置的要领。

根据信号频率确定时基设定值。

表1时基频率转换表

示波器显示的波形循环次数

10ms

50ms

5ms

10ms

20ms

50ms

5ms

10ms

20ms

5ms

10ms

20ms

2ms

5ms

10ms

2ms

5ms

10ms

2ms

5ms

10ms

2ms

5ms

10ms

2ms

5ms

100

1ms

2ms

5ms

200

500μs

1ms

2ms

5ms

300

500μs

1ms

2ms

400

500μs

1ms

2ms

500

200μs

500μs

1ms

600

200μs

500μs

1ms

700

200μs

500μs

1ms

800

200μs

500μs

1ms

900

200μs

500μs

1ms

1000

100μs

200μs

500μs

2000

50μs

100μs

200μs

500μs

3000

50μs

100μs

200μs

4000

50μs

200μs

100μs

200μs

5000

20μs

50μs

100μs

1）设置项目

为了显示一个波形，必须时要对示波器做如下设定：

①电压比例；

②时基；

③触发电平（也可以将触发模式置于“自动”档）；

④耦合方式（AC交流、DC直流或GND接地）。

a.直流（DC）耦合方式。

b.交流（AC）耦合方式：

此方式能过滤信号中的直流部分，只显示交流分量，常用于两线变磁阴磁电式传感器信号的波形观察，以及信号中的噪音和发电机漪涟电压（二极管）或其它较少的例子中的观察。

c.接地GND方式：

此方式用于判定接地位置或0V电压水平或显示示波器0V电压参考点。

2）设置要领

①当用自动设置功能（AUTORANGE）能够看清楚显示的波形时，可以用手动设置（MANUAL）来进一步微调。

②如果显示屏上仍不能看清晰的波形，可以根据推断，假设电压比例和触发电平，暂且先不设定时基。

③用数字式万用表测量信号电压，并根据测出的电压来设置电压档比例。

④将触发电平设定在信号电压的一半以上，在设定电压比例和触发电平后，唯一未设定的就是时基了。

⑤这时手动设定时基，大多数信号应在1毫秒到1秒之间。

⑥时基/频率表可以用来帮助选择时基，可以先用汽车示波器上的游动光标测量信号频率，然后确定所希望的显示波形的循环次数（个数）再从表中找到信号频率与循环次数（个数）的交点，这就是要确定时基数。

3）当无法捕捉到波形时

①确认触发模式是在“自动（AUTO）”模式下，如果在“自动”模式下汽车示波器有可能不触发。

②确认汽车示波器的屏幕显示并未处在冻结（HOLD）状态，若屏幕已被冻结，就按一下解除键。

③确认信号是否真的存在，可以用万用表先检查电压，如果确信信号是存在的，用汽车示波器和万用表不能够捕捉到，就检查测试线和接柱的连接情况。

④确认耦合方式不在“接地”（GND）模式，若在“接地”模式，任何信号都无法进入。

⑤确认触发源是定义在所择的通道上。

4.示波器用语

触发电平：

示波器显示时的起始电压值；

触发源：

示波器的触发通道[通道（CH1）、通道（CH2）和外触发通道（EXT）]；

触发沿：

示波器显示时的波形上升或下降沿；

电压比例：

每格垂直高度代表的电压值；

时基：

每格水平长度代表的时间值；

直流耦合：

测量交流和直流信号；

交流耦合：

只允许信号的交流成份通过它滤掉了直流成份（电容用来过滤直流电压）；

接地耦合：

确认示波器显示的0V电压位置；

自动触发：

如果没有手动设定，示波器就自动触发并显示信号波形。

车速传感器

车速传感器检测电控汽车的车速，控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速，自动变速器的变扭器锁止，自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。

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或者是光电式数字信号，车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，车速传感器信号线通常装在屏蔽的外套内，这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰，用于保证电子通讯不产生中断，防止造成驾驶性能变差或其他问题，在汽车上磁电式及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器，在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较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）的控制，同时还可以用它来感受其它转动部位的速度和位置信号等，例如压缩机离合器等。

1）磁电式车速成传感器

磁电式车速传感器是一个模拟交流信号发生器，它们产生交变电流信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。

这两个线圈接线柱是传感器输出的端子，当由铁质制成的环状翼轮（有时称为磁组轮）转动经过传感器时，线圈里将产生交流电压信号。

磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。

输出信号的振幅（峰对峰电压）与磁组轮的转速成正比（车速），信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。

传感器磁芯与磁组轮间的气隙大小对传感器的输入信号的幅度影响极大，如果在磁组轮上去掉一个或多个齿就可以产生同步脉冲来确定上止点的位置。

这会引起输出信号频率的改变，而在齿减少时输出信号幅度也会改变，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电火时间或燃油喷射时刻的。

测试步骤

可以将系统驱动轮顶起，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。

波形结果

车轮转动后，波形信号在示波器显示中心处的零伏平线上开始上下跳动，并随着车速的提高跳动越来越高。

波形显示与例子十分相似，这个波形是在大约30英里/小时的速度下记录的，它又不像交流信号波形，车速传感器产生的波形与曲轴和凸轮轴传感器的波形的形状特征十分相似的。

通常，波形在零伏线上下的跳变是非常对称的，车速传感器的信号的振幅随车速增加。

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，示波器将显示有较多的波形震荡。

确定振幅、频率和形状等关键的尺度是正确的、可重复的、有规则的、可预测的。

这是指波峰的幅值正常，两脉冲间的时间不变，形状是不变的且可预测的，尖峰高低不平是因传感器的磁芯与磁组轮相碰所引起的，这可能是有传感器的轴衬或传动部件不圆造成的，尖峰丢失是损坏缺点的磁组轮造成的。

不同型式的传感器，其波形的峰值电压和形状有轻微的差异，另外由于传感器内部是一个线圈，所以故障是与温度有关的，在大多数情况下波形会变得短很多，变形也很大，同时还可能设定故障码（DTC），故障在示波器上显示的摇动线束，这可以更进一步确定磁电式传感器是造成故障的根本原因，车速传感器信号输出最常见的故障是根本不产生信号，但如果驾驶汽车时波形是齐直的直线，那么应该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，然后再断定传感器。

2）霍尔式车速传感器

霍尔效应传感器（开关）在汽车应用中是十分特殊的，这主要是由于变速器周围空间位置冲突，霍尔效应传感器是固体传感器，它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。

霍尔效应传感器或开关，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，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场，因此，叶片转子窗口的作用是开关磁场，使霍尔效应象开关一样地打开或关闭，这就是一些汽车厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称为霍尔开关的原因，该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件是霍尔效应传感器。

测试步骤

将驱动轮顶起模拟行使状态，也可以将汽车示波测试线加长进行行驶的测试。

波形结果

当车轮开始转动时，霍尔效应传感器开始产生一连串的信号，脉冲的个数将随着车速增加而增加，与图例相像，这是大约30英里/小时时记录的，车速传感器的脉冲信号频率将随车速的增加而增加，但位置的占空比在任何速度下保持恒定不变。

车速传感器越高，在示波器上的波形脉冲也就越多。

确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度，频率和形状是一致的，这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压，两脉冲间隔一致，形状一致，且与预期的相同。

确定波形的频率与车速同步，并且占空比决无变化，还要观察如下内容：

观察波形的一致性，检查波形顶部和底部尖角。

观察幅度的一致性：

波形高度应相等，因为给传感器的供电电压是不变的。

有些实例表明波形底部或顶部有缺口或不规则。

这里关键是波形的稳定性不变，若波形对地电位过高，则说明电阻过大或传感器接地不良。

观察由行驶性能问题的产生和故障码出现而诱发的波形异常，这样可以确定与顾客反映的故障或行驶性能故障产生的根本原因直接有关信号问题。

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，许多霍尔效应传感器在一定的温度下（冷或热）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，检查示波器和连线，并确定有关部件转动正常（如：

输出轴、传感器转轴等）。

当示波器显示故障时，摇动线束，这可以提供进一步判断，以确认霍尔效应传感器是否是故障的根本原因。

　　3）光电式车速传感器

　　光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器，它由带孔的转盘两个光导体纤维，一个发光二极管，一个作为光传感器的光电三极管组成。

一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号，光电三极管和放大器产生数字输出信号（开关脉冲）。

发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。

转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源，进而触发光电三极管和放大器，使之像开关一样地打开或关闭输出信号。

从示波器上观察光电式车速传感器输出波形的方法与霍尔式车速传感器完全一样，只是光电传感器有一个弱点即它们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设计成密封得十分好，但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域，这会引起行驶性能问题并产生故障码。

万用表

汽车多功能数字万用表，可以测温度，测转速，测点火闭合角。

占空比：

在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

占空比：

占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。

占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。

方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。

占空比实质上是指受控制的电路被接通的时间占整个电路工作周期的百分比。

占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。

方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。

定义1：

如果占空比定义为d=rTc。

那么，分量F为：

F.一Ub（2d一1）及sin（n）夹角。

脉宽调制波形同时应能明显看出从一个周期到另一个周期,傅里叶分量的幅值将随着占宽比发生的变化而变化。

定义2：

Dutycycle=Width（Delay+Width）含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架。

传感器是CCD线阵列式位置传感器,它是一种新型的固体成像器件，是在大规模集成电路工艺基础上研制而成的模拟集成电路芯片。

定义3：

所谓占空比是指压缩机持续开启时间与控制周期之比。

在确定占空比时必须满足压缩机两次开启时间间隔大于制冷系统高低压侧平衡所需最小时间。

定义4：

Ts为脉冲周期,Tw为脉冲宽度，定义τ=Tw/Ts×100τ称为占空比。

PWM根据输入信号的大小对脉冲宽度进行调制，使得在一个载波周期内输出占空比是输入的函数。

定义5：

可见改变电源加在负载上正弦电压波形的个数和关断正弦电压波形个数的比率，称为占空比，（占空比用n表示）。

改变占空比可实现交流调压.这种微机控制交流调压法属有级调压，由于级数（对应占空比）可以做得很多，故电压级差可以做得很小。

定义6：

系统工作原理如下，占空比的设定所谓占空比是指直流电机在一个通电与断电

周期中其通电时间所占的比例常用下述公式表示：

式中Ti—通电时间。

定义7：

因此黑色区域是探测器的有效区域，与探测元的窗口面积之比称为占空比，此比率的大小直接影响探测器输出信号的大小。

定义8：

在忽略开关管T和续流二级管D的正向压降的情况下：

Uo=TONTON+TOFF·Ui式中TON为开关管T的导通时间TOFF为T的截止时间TONTON+TOFF称为占空比。

定义9：

001s，脉动电压的高电平时间与周期比称为“占空比”，“占空比”越大旋转电磁阀转动角越大，进气量就越多。

由此可见,如果脉动电压中断，电磁阀线圈短路或旋转滑阀粘连总处于关闭状态，都不能使怠速空气通过,造成怠速工况熄火。

定义10：

该电压持续时间和周期之比称为占空比，占空比越大，即电压持续时间越长，对应电枢上的电流平均值越大,旋转滑阀的旋转角度越大,空气通道中所通过的空气量也越多。

闭合角：

闭合角是汽车发动机传统点火系统（又叫机械触点式点火系统）的一个专业术语。

分电器中断电器触点闭合期间（即点火线圈初级线圈电流接通期间）分电器驱动轴（凸轮轴）转过的角度。

也称作初级线圈通电时间。

当分电器中断电器的结构一定时（和发动机汽缸数有关），触点的闭合角数值也是一定的。

但发动机转速的变化时，分电器驱动轴的转速也会发生变化（分电器的驱动轴是由发动机的凸轮轴驱动的），即分电器驱动轴的转速（角速度）也发生变化，而闭合角值是一定的，所以触点闭合时间就发生变化（即通电时间发生变化）。

现代发动机点火系统之中已近没有了触点，也就没有了触点闭合角。

现代发动机点火系统中常用电脑来控制初级线圈的通电时间，也就是相当于原来的闭合角。

故现在人们仍沿用闭合角控制这个概念（即通电时间控制）。

在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，延长初级线圈的通电时间，即相当于闭合角加大，防止初级线圈储能下降，确保点火能量（电压×电流×持续时间）。

在汽油机的点火系统，流过点火线圈初级绕组的电流都有一个导通和截止的过程。

从初级电流截止到导通再到截止这一周期，四冲程多缸发动机每缸所占的凸轮转角称为闭合角。

也就是指白金触点闭合以后到下一次打开，分电器凸轮所转动的角度。

点火线圈初级电流大小与电路的接通时间有关，通电时间越长，电流越大，点火能量越大。

但通电时间过长，电流过大，会使点火线圈发热，甚至烧坏，并会造成电能的浪费。

因此，要控制一个最佳通电时间，既能得到较大的初级电流，获得较高的点火能量和次级电压，改善点火性能，同时又不会损坏点火线圈。

而决定初级线圈中电流大小的因素，主要是线圈通电时间（即闭合时间）和发动机电源系统电压。

通常，要求在任何转速下电路断开时初级电流都能达到某一值（如7A）。

要做到这一点可采用两种办法：

一是在点火控制电路中增加恒流控制电路；二是准确地控制通电时间，即在发动机转速变化时，控制大功率三极管导通时间不变，以确保高转速时有足够的能量和次级电压，不致发生断火，又能防低转速时点火线圈和点火电子元件过热和损坏。

传统点火系统在高转速时，初级电流减小，次级电压下降，影响了发动机动力性和经济性；而低转速时，初级电流增大，次级电压上升，点火线圈过热。

此外，线圈中电流的大小还会受到电源电压的影响。

在相同的通电时间内，电源电压越高，线圈电流越大。

因此，有必要对线圈电路的接通时间进行控制和修正。

因此，闭合角的控制具有以下特点。

（一）随电源电压的变化而变化，即电压增大，闭合角应减小。

（二）随转速变化而变化，即转速增大，闭合角应增大。

通常在点火控制系统的设计过程中，将通过试验获得的点火闭合角的特性，如图3-36所示，存储在电控单元的存储器中。

发动机工作时，ECU根据发动机转速和蓄电池的电压，按照闭合角特性确定并控制点火线圈的通电时间，从而控制闭合角。

万用表如何测量发动机转速：

把万用表表笔接触在传动轴上，只要转一圈，两个表笔就导通一次，万用表打到通断上面，就听一分钟表响了多少声。

如何用万用表准确测速度：

先要准备一支可以测频率的数字万用表，多数数字万用表都有这个功能，只要你看表

上有Hz%档，就对了。

步骤：

1.先用量一下后轮的周长，把车轮着地点做一个标记，然后直线向前推到这个标记再次着

地，量一下长度，记下来。

懒人可以按下面结果选择：

10寸轮周长1.3米16寸轮周长1.4米

2.确定一下电机磁钢数量，方法一，打开电机数，直观准确，不过太麻烦。

方法二，用万

用表电压档量黄绿兰任意一根霍尔线的电压，然后慢慢用手轻转后轮一圈，看霍尔出现多少

次4.5V，你要看出现多少0V也可以，乘以2就是电机磁钢数，注意，只能一个方向转。

方

法三，关闭电门锁，把任意两根相线短接，然后用手慢慢轻转后轮一圈，你能感觉到线圈每

过一个磁钢时出现的吸力，数一下，一圈有多少磁钢。

方法四，用5V的LED灯接霍尔线，

转一圈看灯亮几次，乘以2就是磁钢数。

现在的电机一般是50片左右，常见的有40、42、

46、50、52、56等。

3.把万用表拨至Hz%档，红黑表笔在万用表上还是在测电压或电阻时的插口。

黑表笔插到

控制器上任意负极线上，我一般就插到霍尔插口的黑线上，红表笔插到黄绿兰任意霍尔线上，

然后你就去骑车吧，记下万用表上显示的频率。

4.计算准确车速，公式：

（频率*周长*7200）/磁钢数

例如，你测到的频率是250，电机是46片磁钢，后轮是10寸的，你的最快车速就是（250*

1.3*7200）/46=50869.5米/小时

这种测速法的精度非常高，万用表的频率误差是小于0.5%的，只要你测量的周长和磁钢数

准确，结果就准确。

万用表测温度：

温度探头，把温度表盘转到温度档。

再接着颜色把温度探头插到表上，这个时候就能显示室温了。

然后把温度探头的金属探针和被测物直接接触，越近越好。

这个时候的读值就是被测物体温度了。

（温度档：

有摄氏度符号的那个，就是一个在左上方句号和一个大写的C组合一起的那个符号的档位）

正三相交流异步电动机在铭牌丢失而不知转速的情况下,可用万用表进行测算。

具体方法是:

拆开电动机绕组的6个接线头,用万用表的欧姆档找出一相定子绕组。

把万用表的量程开关拨到直流最小档,两表笔分别接在同一绕组的两个接头。

此时慢慢地转动电动机转子一圈,看万用表指针左右摆动几次（由于转子中的剩磁在定子绕组中感应出电动势,使表针偏转）。

用万用表判断电动机的转速

在调试现场经常会遇到一台电机没有铭牌，可又非常想知道这台电机的转速，又没有转速表，又不想费力气拆开电机。

这时你可以用你手中的万用表解决这个问题。

我们知道只要知道电动机的极数，就可以知道电动机的大约转速。

判断方法如下：

1、首先将电动机的六个头的连接线和短接片都拆开，利用万用表的欧姆挡任意找出一组绕组。

2、再将万用表拨到毫安挡的最小的一档，分别接在这个绕组的两端上。

3、然后，将电动机的转子慢慢地均匀转动一圈，看看万用表的指针左右摆动几次，如果摆动一次，就说明电流正负变化一个周期，就是二极电动机。

同样的理由，摆动两次就是四极电动机，三次就是六极电动机。

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