光电式转速传感器的工作原理(电磁式转速传感器的工作原理)

一、汽车防抱死制动控制系统主要传感器的结构和工作原理

1.车轮速度传感器

轮速传感器简称轮速传感器。常用的轮速传感器有电磁感应式和霍尔式。

(1)电磁感应轮速传感器

电磁式轮速传感器是一种通过磁通量的变化产生感应电压的装置。一般由磁感应头和齿圈组成，如图1所示。

图1车轮转速传感器构造 a）长方形 b） 圆柱形图1轮速传感器的结构A)矩形B)圆柱形

磁头是一个静态部件，通常由永磁体、电磁线圈和磁极等组成。传感器安装在每个车轮的支架上。齿圈是一个运动部件，通常安装在轮毂或轮轴上，随车轮一起转动。齿圈的齿数与车型和ABS电脑有关。磁感应头磁极与齿圈端面之间有空气隙，一般为1mm左右。通常可以移动磁感应头的位置来调整间隙(具体间隙大小请参考维修手册)。

当齿圈随车轮转动时(图2)，永磁体上的电磁感应线圈中会产生交变电压信号(这是因为齿圈上的齿峰和齿谷通过时磁场强度发生变化)。信号频率与车轮速度成正比，并随车轮速度而变化。ABS电子控制单元(ECU)通过识别传感器发出的交流电压信号的频率来确定车轮的转速。如果ECU发现车轮周向减速度急剧增加，滑移率达到20%，就会以10次/s的速度进行计算，然后给执行器发出指令，降低或停止车轮的制动力，防止车轮抱死。

(2)霍尔轮速传感器

霍尔轮速传感器可以将带有隔板的转子放置在永磁体和霍尔IC之间的空气隙中。霍尔集成电路由一个霍尔层和一个闭合的电子开关放大器组成。当屏障切断磁场和霍尔ic之间的路径时，没有霍尔电压产生，霍尔IC的信号电流被中断。如果隔膜离开空气隙，磁场接触霍尔ic，电路中将出现信号电流。霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成，传感头包含一个永磁体。霍尔元件和电子电路的结构如图3所示。

当齿与霍尔元件对准时，永磁体的磁力线穿过霍尔元件到达齿轮，穿过霍尔元件的磁力线分散在两个齿之间，所以磁场相对较弱。当齿轮与霍尔元件对准时，穿过霍尔元件的磁力线集中在一个齿上，磁场比较强。这种穿过霍尔元件的磁力线密度的变化会引起霍尔电压的变化，输出毫伏级的准正弦波电压。该电压由波形转换电路转换成标准脉冲电压信号，并输入到ECU。霍尔传感器输出的毫伏正弦波电压经放大器放大成伏正弦波信号电压，正弦波信号在施密特触发器中转换成标准脉冲信号，经放大器放大后输出。

与电磁感应式轮速传感器相比，霍尔轮速传感器具有以下优点:

1)输出信号电压的幅度不受车轮速度的影响。当汽车电源电压保持在12V时，传感器的输出信号电压可以保持在11。5 ~ 12V，即使轮速接近于零。

2)频响高，传感器的响应频率可高达20kHz(相当于车速1000km/ h)。

3)抗电磁干扰能力强。

二、汽车防抱死制动控制系统执行器的结构和工作原理

ABS液压控制总成是在普通制动系统的液压装置上加装ABS液压调节器后设计而成的。普通制动系统的液压装置一般包括真空助力器、双缸制动总泵(主缸)、储油箱、制动缸(轮缸)和液压管路等。ABS制动压力调节器除了普通制动系统的液压元件外，通常还包括回油液压泵、蓄能器、主控制阀、电磁阀和一些控制开关。ABS本质上是通过电磁阀控制分泵上的液压，使其迅速变大或变小，从而实现防抱死制动功能。

ABS制动压力调节器串联在制动主缸和轮缸之间，通过电磁阀直接或间接控制轮缸的制动压力。通常电磁阀直接控制轮缸制动压力的调节器称为循环制动压力调节器，间接控制制动压力的调节器称为可变排量制动压力调节器。

1.循环制动压力调节器

这种制动压力调节器在制动主缸和轮缸之间串联一个电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。该压力调节系统的特征在于制动压力油路与ABS控制压力油路连通。轮缸制动压力由电磁阀直接控制。采用多位三通电磁阀和两位两通电磁阀，在ECU的控制下，电磁阀处于“增压”、“保压”、“减压”三个位置，如图4所示。

1)三通电磁阀的工作过程如图5所示。三通电磁阀由进液阀、回液阀、主弹簧、辅助弹簧、固定芯和电枢套组成。

1-进液口2-进液阀3-回液阀4-主弹簧5-辅助弹簧6-电磁线圈7-电枢套筒8-出液口9-回液口

工作过程是:当电磁线圈不通电时，在主弹簧的张力下，进液阀打开，回液阀关闭，进液口和出液口保持平稳加压；在电磁线圈上施加小电流(2A)时，电磁吸力小，衔铁向上运动小，但主弹簧可适当压缩，使进液阀关闭，辅助弹簧松开，回液阀不开保压，如图6所示；

当大电流(5A)施加到电磁阀时，电磁吸引力大，并且电枢的向上运动大。同时主副弹簧被压缩，使得进液阀仍然关闭，回液阀打开——减压，如图7所示。

电磁阀之所以称为“三位三通”电磁阀，是因为它工作在三种状态(增压、保压和减压)，有三个接口(进液口、出液口和回液口)，称为“三通”电磁阀，常写成3/3电磁阀。

2)二位二通电磁阀的工作过程如图8所示。2位2通电磁阀分为2位2位常开电磁阀和2位2位常闭电磁阀。两个电磁阀都由阀门、衔铁、电磁线圈和回位弹簧组成。

正常情况下，两位常开电磁阀在弹簧张力的作用下打开，两位常闭电磁阀在弹簧张力的作用下关闭。两位常开电磁阀用于控制从制动总泵到制动分泵的制动液通道，也称为两位常开电磁阀。

两位常闭电磁阀用于控制从制动缸到储液罐的制动液回路，也称为两位常闭电磁阀。

两个电磁阀一起使用来完成ABS中调节制动压力的任务。

3)循环制动压力调节器工作过程:踩下制动踏板时，电磁阀进液阀打开，回液阀关闭，各电磁阀连通制动总泵和各制动分泵之间的通路。制动主缸中的制动液会通过各电磁阀的进液口进入各制动分缸，各制动分缸的制动液压力会随着制动主缸输出制动液压的增加而增加——增压，与常规制动相同。

①升压(常规制动)，如图9所示。

②保压压力。当制动过程中某个车轮的滑移率接近20%时，ECU输出指令控制电磁阀线圈通过一个小电流(约2A)，使电磁阀的进液阀关闭(回液阀仍关闭)，该控制通道中制动缸的制动压力保持恒压维持，如图10所示。

③减压。当制动时车轮滑移率大于20%时，ECU输出指令控制电磁阀线圈通过大电流(约5A)，使电磁阀进液阀关闭，回液阀打开，制动缸中的制动液将通过回液阀流入储液器，使制动压力降低——降压，如图11所示。

同时，ECU控制电动泵打开，将流入储液罐的制动液泵回制动总泵出口。

2.可变排量制动压力调节器

可变容积制动压力调节器是在汽车原有的制动管路上增加一套液压控制装置，用它来控制制动管路中制动液容积的增减，从而控制制动压力的变化。该压力调节系统的特征在于制动压力油路和ABS控制压力油路彼此分离。这种调压方式主要用在本田汽车、美国DELCO MORANE ABS VI和博世产品上。

(1)制动压力调节器由电磁阀、压力调节缸、电动增压泵、蓄能器和压力开关组成。

工作过程(图12):踩下制动踏板时，制动液从制动泵→A室→开关阀→B室→制动分泵流出。随着踏板力的增加，从动油缸的制动液压力也会增加。

当s接近20%时，ECU控制输入电磁阀微通电后关闭，输出电磁阀通电后关闭。滑塞产生位移关闭开关阀，A腔与B腔隔断，B腔的容积保持不变——保压。

S & gt20%时，ECU控制输入电磁阀打开，输出电磁阀关闭。滑动活塞在液压的控制下向上移动，增加了B腔-减压的容积。

S & lt20%，ECU控制输入电磁阀断电，输出电磁阀断电打开。控制油泄漏到油箱中，并向下滑动活塞，以减少B-增压室的容积。

(2)系统的特点

1)1)ABS动作时制动踏板没有抖动感。

2)活塞的往复运动可由滚动螺杆或高压蓄能器驱动。

3)当高压蓄能器作为推动活塞的动力时，蓄能器中的液体与轮缸的工作流体隔离，前者仅作为改变轮缸容积的控制动力。

(3)回油泵和蓄能器

(图13)当电磁阀减压时，从制动轮缸流出的制动液被回油泵通过蓄能器抽回制动总泵。

蓄能器根据储存制动液压力的不同分为低压蓄能器和高压蓄能器。分别设置在不同类型的制动压力调节系统中。

1)低压蓄能器和电动泵:低压蓄能器一般称为蓄能器，用于接收ABS降压时从制动缸回流的制动液，对回流制动液的压力波动也有一定的衰减作用。储液罐中有一个活塞和一个弹簧。减压时，回流的制动液会压缩活塞，克服弹簧张力向下移动，从而增加容积并暂时储存制动液。电动回液泵由DC电机和柱塞泵组成。它由柱塞泵、进出口阀和弹簧组成。当ABS工作(减压)时，根据ECU输出的指令，DC电机带动凸轮转动，凸轮将带动柱塞在泵筒内运动。当柱塞上升时，储液罐和制动缸中具有一定压力的制动液进入柱塞筒。当柱塞下降时，按下泵筒底部的进口阀和出口阀，将制动液泵回制动总泵的出口。

2)高压蓄能器和电动助力泵:如图14所示，用于储存制动时或ABS工作时所需的高压制动液。高压蓄能器大多使用黑色气球状球体。黑色气球状球体被分隔成两个室，这两个室通过隔膜彼此不相连。上室是一个空气室，充满氮气，压力恒定。下腔室是液体腔室，其与电动增压泵的液体通道连通，并容纳由电动增压泵泵送的制动液。

两个控制开关安装在高压蓄能器的下端。压力控制开关:检测高压蓄能器下腔中的制动液压力。压力低于15MPa时，开关，增压泵工作。当压力达到18MPa时，开关打开，增压泵停止工作。警告开关:有两对开关触点，一对是常开，另一对是常闭。当高压储能器下腔中的制动液压力低于10时。5MPa，常开触点闭合，红色制动报警灯亮；同时常闭触点断开，这个信号送到ECU关闭ABS，点亮黄棕色ABS警告灯。

(4)继电器和电脑保护二极管ABS系统中的继电器和电脑保护二极管尤为重要，因为它们关系到液压系统的控制。在ABS系统中，一般有两个继电器，一个是主电源继电器，一个是电动泵继电器。主电源继电器通过点火开关向ABS ECU供电。只要发动机启动，ABS ECU就会感应并启动系统自检程序，检查ABS系统是否良好。如果主电源继电器损坏，ABS ECU将停止ABS系统(普通制动系统将继续工作)，直到主电源继电器修复。电动泵继电器主要接通电动泵的电源。当点火打开时，电动泵继电器被通过压力控制开关的电流接通(on状态)，电池直接给电动泵供电使其工作。如果电泵继电器损坏或失效，电泵无法运行，必然导致整个系统压力下降，无法工作。此时，车辆应停止行驶，直到电动泵继电器修复。

ABS ECU保护二极管可以保护ECU。该二极管安装在主电源继电器和ABS故障警告灯之间，以防止电流通过主电源继电器直接从电池正极流向ABS ECU，造成电脑损坏。

三。汽车防抱死制动控制系统电子控制单元的工作原理及工作流程

ABS ECU是一个微型计算机，其硬件主要由安装在印刷电路板上的电子元件组成，封装在一个金属外壳内。软件是存储在ROM中的一系列控制程序和测试参数。如图15所示，虽然各车辆ABS ECU的内部控制程序和参数不同，但其功能是相同的，即接收轮速传感器和其他开关信号，进行放大、计算和比较，根据具体的控制逻辑进行分析和判断，然后输出指令控制制动压力调节器调节制动压力，如图16所示。

(1)输入电路输入电路的作用是对轮速传感器输入的交流电压信号、点火开关、制动开关、液位开关、电磁阀继电器、泵电机继电器等外部信号进行预处理，将模拟信号转换成计算机可读的数字信号，送入运算电路。在不同的ABS中，轮速传感器和信号电路的数量是相同的。

为了检测轮速传感器，计算电路还通过输入电路向每个轮速传感器输出相应的检测信号，然后通过输入电路向计算电路发送反馈信号。

(2)运算电路的作用是根据轮速传感器的信号计算出车轮的瞬时速度，进而知道加速度(减速度)、初速度、参考车速和滑移率。最后，根据设定的控制指令，向电磁阀控制电路输出增压、保压或减压的控制信号。运算电路不仅能检测自身内部工作过程，还能监测系统中相关元件的工作状态，如轮速传感器、泵电机工作电路、电磁阀工作电路等。当检测到这些电路的异常操作时，停止ABS操作的指令被输出到保护电路。

(3)输出电路输出电路的主要功能是通过控制运算电路输出的升压、保压或降压的控制信号，控制功率放大器，驱动执行器执行调节任务。

(4)安全保护电路安全保护电路由电源监控、故障记忆、继电器驱动、ABS警示灯驱动等电路组成。其主要作用是监测电源电压，并将电源电压转换成ECU所需的稳定工作电压。监控轮速传感器信号、运算电路和电磁阀控制电路。当这些电路出现异常时，停止驱动继电器，使ABS不工作，同时点亮ABS警告灯，并将故障信息以故障码的形式存储在存储器中进行维护，如图17所示。

(5)故障警示灯ABS系统有两个故障警示灯，一个是红色制动故障警示灯，一个是黄色ABS故障警示灯。两个故障警示灯正常点亮情况如下:当点火开关打开时，制动灯和ABS灯同时点亮，制动灯点亮时间较短，ABS灯点亮时间较长(3s左右)；启动汽车发动机后，蓄能器应建立系统压力。这时候两个灯泡又会亮起来，时间可以达到十几秒甚至几十秒。驻车制动期间，制动灯也应点亮。如果在上述条件下不亮，说明故障警示灯本身和电路有故障。制动警示灯常亮，表示制动液不足或蓄能器压力下降(14000kPa以下)。此时普通制动系统和ABS都不能正常工作，所以要检查故障原因，及时排除。ABS故障警示灯一直亮，说明ABS ECU发现ABS系统有问题，要及时修理。

1.ABS制动控制过程

ABS的制动过程分为常规制动和ABS调节制动两部分。当ABS系统检测到制动轮没有抱死时，汽车制动系统执行常规制动过程，当系统确定车轮抱死时，开始调整制动压力。在ABS系统中，两个制动过程的系统部件工作如下。

(1)常规制动ABS不介入控制，进气调压电磁阀全部断电，进气调压电磁阀开启，回油电磁阀全部断电，回油电磁阀关闭。电动泵不运行，所有制动轮缸与储液罐隔离，系统处于正常制动状态，如图18所示。

(2)ABS调节制动压力调节过程包括制动压力保持、制动压力降低和制动压力增加。

1)制动压力保持。当传感器通知ECU车轮有抱死倾向时，车轮的液压调节电磁阀通电关闭，车辆循环的液压调节电磁阀仍然断电关闭，实现制动和保压；如图19所示，其他车轮仍由制动总泵加压。

2)制动减压。当传感器告诉ECU车轮抱死趋势没有改善时，车轮循环液压力调节电磁阀也通电开启，轮缸制动液回流到储液罐实现制动减压，如图20所示。

3)制动增压。当传感器告诉车轮抱死趋势消失时，车轮进液调压电磁阀和回液压电电磁阀全部断电，进液调压阀打开，回液调压阀关闭，电泵运行，与主缸一起向轮缸供液，实现制动增压，如图21所示。

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