任春暉

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，陜西 西安 710018）

隨著現(xiàn)代汽車的發(fā)展，越來越多汽車采用電子節(jié)氣門。電子節(jié)氣門工作原理示意如圖1所示。在發(fā)動機電控過程中，加速踏板位置傳感器將駕駛員腳踩加速踏板的加減速信息，傳遞給發(fā)動機控制模塊ECM，ECM計算出最佳的節(jié)氣門位置，發(fā)出控制信號給節(jié)氣門電機以執(zhí)行最佳的節(jié)氣門開度位置。節(jié)氣門實際所轉(zhuǎn)過的角度再由節(jié)氣門位置傳感器獲取，反饋給ECM。

APP傳感器即加速踏板位置傳感器，加速踏板位置傳感器產(chǎn)生電信號用于反映油門踏板的位置。APP傳感器電信號的精確度、靈敏度與可靠性，直接影響發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性能的提高。

在發(fā)動機電控系統(tǒng)中，常用的APP傳感器主要有滑動電阻式和電渦流式兩種類型。其中滑動電阻式的APP傳感器是一種應(yīng)用較早的傳感器，屬于典型接觸式位移傳感器，在工作過程中有機械磨損，存在機械遲滯，其工作可靠性和耐久性欠佳；而電渦流式的APP傳感器是非接觸式位移傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、長期工作可靠性好、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強和測量精度高等優(yōu)點，已逐漸成為車用APP傳感器的研究重點。

1 電渦流傳感器

電渦流式傳感器主要由產(chǎn)生交變磁場的通電線圈和置于線圈附近因而處于交變磁場中的金屬導(dǎo)體兩部分組成。金屬導(dǎo)體也可以是被測對象本身。

電渦流位移傳感器是利用電渦流效應(yīng)，將位移信號轉(zhuǎn)換為阻抗的變化 （或電感的變化），從而進行非電量測量構(gòu)件。

圖2 電渦流傳感器測量原理圖

電渦流傳感器測量原理如圖2所示。當(dāng)接通電渦流位移傳感器電源時，其線圈將通過一個交變激勵電流信號，在線圈的周圍就產(chǎn)生一個交變磁場H1。當(dāng)被測金屬導(dǎo)體置于該磁場內(nèi)時，在被測導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生電渦流。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電渦流也將形成一個方向相反的交變磁場H2；由于磁場H2的反作用，渦流要消耗一部分能量，抵消部分原磁場，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因素發(fā)生變化。由此可見，被測金屬導(dǎo)體的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測導(dǎo)體的距離d，以及線圈激勵電流的角頻率等參數(shù)，都將通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗有關(guān)。如果只改變上述參數(shù)中的一個，即線圈與被測導(dǎo)體的距離d，則距離d與阻抗就成為這個變化參數(shù)的單值函數(shù)，從而可確定該參數(shù)的大小。

2 電渦流APP傳感器的應(yīng)用

2.1 電渦流APP傳感器的結(jié)構(gòu)

圖3為福特車用油門踏板位置傳感器，其主要由金屬體轉(zhuǎn)子和帶有兩線圈的集成電路板構(gòu)成。該傳感器中兩線圈分別是發(fā)射線圈和接收線圈，發(fā)射線圈工作時通以高頻振蕩電流，在線圈中產(chǎn)生交變的磁場。電渦流APP傳感器工作原理如圖4所示，當(dāng)被測金屬轉(zhuǎn)子靠近這一磁場時，則在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電渦流A。接收線圈是電渦流檢測線圈，其功能在于感應(yīng)渦流磁信號。由前述電渦流傳感器原理可知，當(dāng)傳感器各構(gòu)件其他參數(shù)不變，只改變線圈與被測導(dǎo)體（即轉(zhuǎn)子）的距離時，線圈阻抗隨之發(fā)生變化，則將使渦流檢測線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢U發(fā)生變化。通過檢測A（模擬交流電信號）的大小和感應(yīng)電動勢U（占空比方波信號）的大小，就可以確定踏板位置。

圖3 油門踏板位置傳感器

圖4 電渦流APP傳感器工作原理

2.2 電渦流APP傳感器故障診斷

電渦流傳感器的故障主要表現(xiàn)在3個方面：①傳感器電源與搭鐵出現(xiàn)故障；②傳感器模擬信號與占空比信號都沒有信號；③傳感器模擬信號與占空比信號中有一個工作不良。在進行故障診斷時，本著從易到難的原則，從外觀診斷、線路診斷到信號檢測依次進行故障診斷。

1）外觀診斷 在進行外觀診斷時，主要檢查傳感器的固定螺栓是否符合規(guī)定，檢查插頭是否松動，外觀是否破損。

2）線路診斷 福特電渦流APP傳感器線路如圖5所示，利用萬用表對該傳感器電源線與搭鐵線進行診斷 （該傳感器電源線電壓應(yīng)該為蓄電池電壓）。如果電源與搭鐵都正常，則需要對信號進行檢查。

3）信號檢測 福特電渦流APP傳感器信號如圖6所示。福特APP傳感器輸出兩路信號：APP1為占空比信號，APP2輸出模擬直流電壓信號，電壓范圍為0～4.5V。在進行信號檢測時，測量5號腳占空比信號是否隨油門開度增大而增大；測量2號腳模擬信號是否隨著油門的開度增大而增大。如果信號超差或信號沒有隨著開度變化，說明傳感器損壞。

圖5 福特電渦流APP傳感器線路圖

圖6 電渦流APP傳感器信號

3 結(jié)束語

本文基于電渦流效應(yīng)，結(jié)合福特車用APP傳感器，分析了電渦流APP傳感器結(jié)構(gòu)與故障診斷。該傳感器和常見滑動式APP傳感器相比各方面都有不可替代的優(yōu)越性，有效地提高了發(fā)動機工作過程中感應(yīng)信號的精確度，為發(fā)動機電控系統(tǒng)性能提高提供了有力的可靠性支持，具有重要的實際意義。