曲轴位置传感器方案Word文档下载推荐.docx
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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型磁阻式集成转速传感器，该传感器性能优良、安全性高、稳定性强[38][39]。
根据摩托车发动机转速高的特点，本系统凸轮位置和曲轴位置的测量都采用KMI15-1型传感器。
图1则是KMI15-1型传感器的外形图。
KMI15-1型传感器外形图
Fig1KMI15-1sensordimensions
1、KMI15-1型传感器的性能特点。
KMI15-1型传感器是由高性能磁钢、磁敏电阻传感器和IC组成的：
信号的转换是通过IC来完成的，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，变化范围在7mA~14mA之间[38]。
另外该型号的传感器测量范围宽，灵敏度高，测量的频率范围为0~25KHz，在转速接近零时该传感器也能正常工作。
传感器与被测齿轮之间最大的磁感应距离为2.9mm，该距离在实际测量是比较安全。
KMI15-1型传感器在抗干扰方面有自己独特的性能，抗干扰能力较强，测量具有方向性，对轴向振动不敏感。
另外，芯片内部还有电磁干扰（EMI）滤波器、电压控制器以及恒流源，从而使其工作特性不受外界因素的干扰。
KMI15-1型传感器的外型尺寸比较小，其最大外型尺寸为8×
6×
21mm，能可靠固定在齿轮附近。
该传感器采用+12V电源供电，最高不超过16V，工作温度范围在-40～+85℃。
3、典型应用电路
型集成转速传感器的典型应用电路如图所示。
工作时，转速传感器输出方波电流号,
从而在负载电阻RL与负载电容CL上形成电压频率信号UO（f）,并送至二次仪表。
通常取R
L=115Ω、CL=0.1μF。
需要指出:
KMI15-1输出的是齿轮转动频率f（单位是Hz,即次/s）信号,欲得到转速n（r/min）,还应将f除以齿轮上的齿数N,并将时间单位改成分钟,公式如下n=60f/N
二、曲轴位置传感器的安装和信号输出
在本系统中，点火时刻和喷油器的开启时间都是以曲轴位置为依据的，故此在系统中也必须使用曲轴位置传感器。
曲轴位置传感器的触发盘以飞轮为基础，直接在原机的飞轮上加工45个齿，其中一个为缺齿作为基准信号。
图2是曲轴位置传感器触发盘的加工示意图，图3为采集到的触发盘信号。
曲轴位置传感器触发盘加工示意图
Fig2Crankshaftpositionsensorsignaltriggers
图3采集到的曲轴触发盘信号
Fig3Crankshaftsignal
为了准确的判断曲轴位置，触发信号的产生时刻与上止点到达时刻必须有固定的位置关系，本课题在设计触发齿（缺齿）的位置时，使缺齿位置在上止点前10个齿，也就是触发信号产生时刻比上止点到达时刻提前80°
CA。
发动机运转时，当主控ECU接收到触发信号时就判断离上止点还有80°
CA，这时开始计时，计时到根据点火提前角计算得到的点火延迟时间时便发出点火信号，驱动点火模块开始点火。
三、曲轴位置传感器的检测
3.1开路检测法：
关闭点火开关，拔下传感器插头，用万用表R*10档测量传感器感应线圈的电阻值，测量值符合原厂规定，具体查看相关资料。
其电阻一般在300～1500欧之间。
在路检测法用万用表AC电压档测量其输出的电压，起动时应高于0.1V；
运转是应为0.4～0.8V。
用频率表测其工作频率。
用示波监测其输出信号波形。
如果在传感器上能检测到电压信号，而在ECU连接器上检测不到信号，则应检测传感器至ECU之间的导线至ECU之间的导线及插头。
具体车型检测事例。
下面以日产公司磁冲式曲轴位置传感器为例，分析其结构和工作原理，日产公司磁脉冲曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后（丰田安装于分电器之内）。
在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆盘，用以产生信号，常称信号盘。
信号盘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，沿圆周隔40加工一个齿，共有90个齿，此外，每隔1200布置一个凸缘，共3个。
安装在信号盘边缘的传感盒是产生电信号的信号发生器，信号发生器内有三个永久磁铁，上面绕有线圈磁头，其中磁头②产生1200信号（G信号），用于辨别气缸及检测活塞上止点位置，磁头①和③共同产生10信号（Ne信号），用以检测曲轴转角及发动机转速信号。
发动机转动时，信号盘的齿和凸缘切割磁头，使其感应线圈内磁场变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，再将其滤波整形后，变成脉冲信号。
发动机旋转一圈，在磁头②上产生三个1200脉冲信号；
在磁头①和③上各产生相位差900的90个脉冲信号，经信号合成后向电脑输送180个脉冲10的信号。
传感器盒上有四孔电连接器，孔“1”为1200信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路和电源线，孔“3”为lo信号输出线，孔“4”是接地线。
通过该连接器将曲轴位置传感器的感应信号送至电脑。
电脑根据1200信号判别何缸何时处于活塞上止点位置，以确定喷油正时和点火正时；
根据10信号感知曲轴的转角和发动机转速，以确定每次循环符合最佳空燃比的喷油量。
图1日产公司磁脉式曲轴位置传感器原理图
3.2用万用表检测法：
1.用万用表测量霍尔效应式位置传感器
其测量方法是:
（l）拆下装有霍尔效应式曲轴位置传感器的分电器。
（2）接好分电器线束插头。
（3）将电门开关打开（置于ON位置>
O
（4）用手转动分电器轴，同时用电压表从分电器线束中传感器信号输出导线上测量有无输出电脉冲（图3-35）.测量中不可将线束插头拆开。
若曲轴位置传感器良好，则在分电器轴转动一圈的过程中，会输出和发动机气缸相同个数的各缸压缩上止点信号电脉冲（应对照电路图，从线束中相应的导线上测量）。
如果测不到信号电脉冲，则说明传感器有故障。
四、曲轴位置传感器常见故障及其对发动机的影响
1）曲轴位置传感器无1°
信号或信号很弱"
如果出现这种情况，发动机控制单元将无法确定曲轴所处的位置，且不能准确地发出点火指令，发动机控制单元得不到1°
信号，则发动机无法起动。
2）无判缸信号或信号很弱，如果出现这种情况，对发动机的影响还要看判缸信号具体起什么作用，如果判缸信号只是喷油基准信号，而不是点火基准信号，则发动机可以工作，故障现象不明显，对发动机的经济性和动力性有一定影响。
3）无上止点信号或信号很弱，如果出现这种情况，也要看上止点信号具体起什么作用，一般来讲，上止点信号都作为点火基准信号，所以，无上止点信号或信号很弱时，发动机将无法起动。
五、转速传感器处理模块优化设计
ECU技术是柴油机电控化的核心技术之一,它采集发动机的相位、转速（n）、燃油压力、油门位置、温度等信号,通过一定的算法得出泵油和喷油的参数,并驱动相应的执行器工作。
在ECU中,曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工作时序的基础,其作用相当于芯片中的时钟。
发动机的n、喷油相位以及判缸信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。
因此,设计一种抗干扰能力强,可靠性高的曲轴和凸轮轴传感器信号处理模块对整个柴油机电控单元来说至关重要。
1、磁电式传感器的特性
1.1工作原理
磁电式传感器的工作原理如下图所示,它主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。
当柴油机运行时,触发轮与传感器之间的间隙周期性变化,磁通量也会以同样的周期变化,从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。
磁电式传感器工作原理
1.2 输出特性
由磁电式传感器工作原理可知,其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。
在齿数确定的情况下,传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速,其关系为
f=n·
z
式中,n为发动机转速,r/s;
z为触发轮被等分的齿数;
f为磁电式传感器的输出信号频率,Hz。
磁电式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙（d）有关,而且与n有关。
根据上海交通大学汽车电子技术研究所对不同间隙d，不同转速n条件下的凸轮轴轴位置传感器输出峰值电压的研究结果。
不同d条件下凸轮轴传感器输出峰值电压
在同一n条件下,d越小,其输出峰值电压越高。
由此可以拟合出传感器的输出峰值电压特性为V=K×
nd,
（2）式中,V为传感器输出峰值电压,V;
n为发动机转速,r/s;
d为传感器与触发轮间的间隙,mm;
K为与传感器有关的参数。
不同n条件下凸轮轴传感器输出峰值电压
2、硬件优化设计
传统的磁电式传感器处理方法是通过比较器对输入波形进行整形,但由于磁电式传感器的输出电压在发动机转速范围内变化很大,比较器的参考电压的选择成为一个难题。
采用的参考电压过高,则在n较低时,由于传感器输出峰值电压过低,整形后无高电平信号输出;
参考电压过低,则在n较高时,由于输出电压信号变大,齿轮盘振动加剧,传感器输出信号毛刺增多,比较器无法过滤这些因素引起的干扰。
下图即为某转速下采用较低的固定参考电压,比较器整形后输出的波形。
从图中可以看出,该处理方式无法过滤干扰。
曲轴位置传感器原始信号
比较器整形后输出信号
基于以上问题,设计了一种新型的发动机曲轴和凸轮轴磁电式传感器信号智能处理电路模块。
该模块的核心是通过软件设定磁电式传感器信号整形比较器的参考电压,根据磁电式传感器输出信号与n间的关系特征,设定出不同n条件下的比较器参考电压值。
在发动机运行过程中,该模块根据n输出相应的电压作为传感器整形比较器参考电压值。
采用这种方式处理传感器信号,可以在n较低时,采用较低的参考电压以尽快实现发动机判缸;
在n较高时则可以采用较高的参考电压以避免干扰。
使用这种新型的信号处理方式,可以同时满足发动机
低转速判缸以及系统高抗干扰性的要求。
不同n条件下比较器参考电压
其中7X代表凸轮轴相位信号（凸轮轴上的齿轮盘被6等分,但上止点的
位置多1个齿）。
48X曲轴相位信号（即曲轴齿轮盘被48等分,但缺3个齿）
3 软件设计
该模块的软件主要实现参考电压的设置、发动机判缸以及故障诊断的功能,它包括系统初始化以及CCP输入捕捉中断处理。
中断处理程序流程
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