翁德沃彭：
- 介绍
- 无源传感器
- 有源传感器
- 智能传感器
- 汽车技术中的应用
- 传感器测量
- 传感器到ECU的信号传输
- SENT（单边半字节传输）
- 电源和信号处理
内嵌：
传感器测量物理量并将其转换为电压。 这些电压在微控制器 (ECU) 中进行处理并读取为“信号”。 可以通过电压电平或信号变化的频率来判断信号。
无源传感器：
无源传感器检测并测量一个物理量并将其转换为另一个物理量。 一个例子是将温度转换为 电阻值。 无源传感器本身不产生任何电压，但响应来自 ECU 的参考电压。 无源传感器不需要电源电压即可工作。
无源传感器通常有两个或三个连接：
- 参考线或信号线（蓝色）；
- 地线（棕色）；
- 屏蔽线（黑色）。
有时，无源传感器仅包含一根电线：在这种情况下，传感器的外壳用作接地。 第三根电线可以用作屏蔽。 护套通过 ECU 接地。 屏蔽线特别用于对干扰敏感的信号，例如曲轴位置传感器和爆震传感器。
无源传感器的一个例子是 NTC温度传感器。 5 伏参考电压用作 ECU 中的电阻器和传感器中的电阻器之间的分压器，因此不用作传感器的电源电压。 ECU 读取电阻器之间的电压水平（取决于 NTC 电阻值）并将其转换为温度。 本页的“电压供应和信号处理”部分进一步介绍了带有电阻器的电路。
有源传感器：
有源传感器的外壳中包含一个电路，用于将物理量转换为电压值。 电路通常需要稳定的电源电压才能运行。
在大多数情况下，此类传感器具有三个连接：
- 正（通常为 5,0 伏）；
- 意大利面;
- 信号。
稳定的 5 伏电源由控制单元提供，并由传感器使用以形成模拟信号（0 至 5 伏之间）。 ECU 的正极线和地线通常连接到多个传感器。 这可以通过连接两根以上电线的节点来识别。
模拟信号在 ECU 中转换为数字信号。
在段落“s平移供电和信号处理”，我们将更详细地讨论这一点。
在汽车技术中的应用：
在汽车技术中，我们可以对不同类型的传感器进行以下分类：
无源传感器：
- 爆震传感器；
- 曲轴位置传感器；
- 温度传感器（NTC/PTC）；
- 氧传感器（跳变传感器/锆）；
- 感应式高度传感器；
- 开关（开/关）
有源传感器：
- 曲轴/凸轮轴位置传感器（霍尔）；
- 空气质量计；
- 宽带氧传感器；
- 压力传感器（增压压力/涡轮压力传感器）；
- ABS传感器（霍尔/MRE）；
- 加减速传感器（偏航）；
- 雷达/激光雷达传感器；
- 超声波传感器（PDC/报警器）；
- 位置传感器（燃气阀/EGR/加热器阀）。
智能传感器：
- 雨/光传感器；
- 相机；
- 压力传感器;
- 转向角传感器；
- 电池传感器
传感器测量：
当传感器无法正常工作时，驾驶员在大多数情况下会注意到这一点，因为故障灯亮起，或者某些东西不再正常工作。 如果发动机舱内的传感器发生故障，可能会导致断电并且 MIL（发动机故障灯）亮起。
读取 ECU 时，如果 ECU 识别出故障，则可能会显示故障代码。 但是，并非在所有情况下错误代码都会直接导致原因。 相关传感器无法工作的事实可能是因为它有缺陷，但不能排除接线和/或插头连接存在问题。
传感器也可能给出 ECU 无法识别的错误值。 在这种情况下，不会存储故障代码，但技术人员必须使用实时数据 （参见OBD页面） 必须寻找遥不可及的读数。
下图显示了有源传感器的测量结果。 使用数字万用表检查传感器的电源（正负连接上的电压差）。 仪表读数为 5 伏，所以这是正常的。
信号电压可以用电压表或示波器测量。 哪种仪表合适取决于信号类型：
- 电压表：几乎恒定的模拟信号；
- 示波器：模拟信号和数字信号（占空比/PWM）。
通过一项或多项测量，我们可以证明传感器工作不正常（发出的信号不可信或传感器不产生信号），或者接线存在问题。
对于无源传感器，大多数情况下可以进行电阻测量来检查传感器是否存在内部缺陷。
传感器接线中可能出现的问题可能包括：
- 正极接地或信号线中断；
- 电线或车身之间短路；
- 一根或多根导线的过渡电阻；
- 插头连接不良。
在页面上： 排除传感器接线故障 我们研究了传感器接线中可能发生的七种故障。
传感器到ECU的信号传输：
有多种方法可以将信号从传感器传输到 ECU。 在汽车技术中，我们可能会处理以下信号类型：
- 调幅（AM）； 电压水平提供信息；
- 调频（FM）； 信号的频率提供信息；
- 脉宽调制（PWM）； 模块电压（占空比）随时间的变化提供了信息。
以下三个示例显示了不同信号类型的示波器信号。
调幅：
对于 AM 信号，电压电平传输信息。 该图显示了节气门位置传感器的两个电压。 为了保证可靠性，电压曲线必须相互镜像。
休息时的压力：
- 蓝色：700毫伏；
- 红色：4,3 伏。
从开始测量后约0,25秒起，缓慢踩下油门踏板，节气门打开75%。
2,0 秒时3,0 秒后松开油门踏板。 被给予全油门。
全油门张力：
- 蓝色：4,3伏；
- 红色：700 mV。
调频：
对于发送 FM 信号的传感器，信号的幅度（高度）不会改变。 块电压的宽度传输信息。 下图显示了来自 ABS 传感器（霍尔）的信号。 测量期间转动轮子。 在较高的转速下，信号的频率增加。
电压差是由车轮轴承中磁环中磁场的变化引起的。 高度差（低：有磁场，高：无磁场）仅为 300 mV。 如果示波器调整不正确（电压范围为 0 至 20 伏），则几乎看不到块信号。 因此，对比例进行了调整，使块信号变得可见，结果是信号不太纯净。
脉冲宽度调制：
对于 PWM 信号，高电压和低电压之间的比率会发生变化，但周期时间保持不变。 这不应与 FM 信号中的方波电压混淆：频率发生变化，周期时间也会发生变化。
接下来的两张图显示了空调管道中高压传感器的 PWM 信号。 该传感器测量空调系统中的制冷剂压力。
测量时的情况：
- 点火开关打开（传感器接收电源电压）；
- 空调已关闭；
- 使用诊断设备读取的冷却介质压力：5 bar。
在下一张示波器图像中，我们看到周期时间保持不变，但占空比发生了变化。
测量时的情况：
- 空调已打开；
- 高压已升至20bar；
- 占空比现在为 70%
模拟传感器可以通过 AM 发送信号。这种电压信号对电压损失敏感。电线或插头中的过渡电阻会导致电压损失，从而导致信号电压降低。 ECU接收较低的电压并使用该信号进行处理。这可能会导致故障，因为多个传感器值不再相互对应，从而导致：
- 两个室外空气温度传感器同时测量不同的温度。虽然小的误差范围是可以接受的并且ECU可以采用平均值，但是太大的差异可能会导致故障代码。 ECU 识别两个温度传感器之间的偏差。
- 喷射持续时间不正确，因为来自 MAP 传感器的信号太低，因此 ECU 会解释不正确的发动机负载。在这种情况下，燃油喷射太长或太短，燃油调整将根据 lambda 传感器信号校正混合物。
电压损失在 PWM 信号和/或 SENT 信号中不起作用。上升沿和下降沿之间的比率是信号的量度。电压水平并不重要。当电压在 40 到 0 伏之间变化时，占空比可以为 12%，但如果电源电压降至 40 伏，占空比仍为 9%。
SENT（单边半字节传输）
多年来，上述传感器信号在乘用车和商用车中已是家喻户晓。 在较新的型号中，我们越来越多地看到使用 SENT 协议的传感器。 无论是在现实中还是在图中，该传感器看起来都像一个常见的有源传感器。
对于无源和有源传感器，信息传输通过两根电线进行。以 MAP 传感器为例：一个位于 NTC 传感器和 ECU 之间，另一个位于压力传感器和 ECU 之间。 SENT 传感器的传感器电子器件可以结合多个传感器的信息传输，从而减少信号线的数量。即使信号线上出现电压损失，信号传输也不会受到影响，就像 PWM 信号一样。
使用 SENT 协议的传感器（如发送模拟或数字信号的有源传感器）具有三根线：
- 电源电压（通常为 5 伏）
- 信号
- 马萨
使用 SEND 协议的传感器发送信号作为“输出”。 因此，不存在双向通信，例如传感器之间的 LIN 总线通信。
在右图中，我们看到大众帕萨特（505 年生产）的压差传感器 (G2022)。 在图中我们可以看到电源（5v）、地（GND）和信号（SIG）的常见指示。 该压力传感器将压力转换为数字 SENT 信号，并将其发送到发动机 ECU 中连接器 T53 上的引脚 60。
上例中的差压传感器仅通过信号线上的 SENT 协议发送一个信号。 使用 SENT 可将多个传感器连接到一根信号线。 除其他外，这还可以应用于 MAP 传感器（气压和气温）以及油位和质量传感器。
在下图中，我们看到安装在内燃机油底壳中的油位和质量传感器。 两个测量元件均位于发动机油中。
该传感器提供 12 伏电压，通过 ECU 接收接地并使用 SENT 将信号发送到 ECU。
外壳中的微控制器将消息数字化（参见：图中的“数字逻辑”），其中油温和油位都包含在 SENT 信号中。
下面我们看一下 SENT 信号的结构。
SENT 信号由一系列半字节（四位组）组成，通过发送 0 到 5 伏之间的电压来传输信息。 以下是 SENT 信号如何构造的简要描述。 消息结构图如下所示。
- 同步/校准脉冲： 这通常是消息的开头。 该脉冲允许接收器识别消息的开始并同步时钟的定时；
- 状态： 这部分表明发送信息的情况，例如数据是否正确或者是否有问题；
- 消息起始半字节 (MSN)：这是第一个半字节，表示 SENT 消息的开始。 它包含有关消息来源和数据传输时间的信息。
- 消息标识符半字节 (MidN)：该半字节位于 MSN 之后，包含有关消息类型、消息状态以及任何错误检测或纠错信息的信息。
- 数据小块：MidN 之后跟随一个或多个数据块，每个数据块由四个数据半字节组成。 这些数据块携带正在发送的实际数据。 它们包含传感器数据、状态信息或其他有用数据等信息。
- 循环冗余校验（CRC）：在某些情况下，可以将 CRC 半字节添加到消息末尾以帮助检测错误。 CRC 半字节用于检查接收到的数据是否已正确接收。
SENT 信号中的每个半字节可以具有从 0 到 15 的值，具体取决于 5 伏的刻度数。 下图显示了SENT协议的结构。
“半字节组”以二进制格式从 0000 到 1111 进行发送。 每个半字节代表一个从 0 到最大 15 的值，它们以二进制表示如下：0000b 到 1111b，以十六进制表示从 0 到 F。这些数字化的半字节包含传感器值并发送到 ECU。
为了发送该蚕食信息，使用“刻度”或计算机刻度。时钟滴答表示数据发送的速度。在大多数情况下，时钟周期为 3 微秒 (3μs)，最长可达 90μs。
在第一种情况下，这意味着每 3 微秒发送一个新的蚕食组。
该消息以 56 抽头同步/校准脉冲开始。对于两个信号中的每一个：信号 1 和信号 2，发送三个半字节，从而产生 2 * 12 位信息的序列。 CRC 遵循这些信号
（Cyclic Redundancy Check）用于检查，它允许接收方验证接收到的数据是否正确。
最后，添加一个暂停脉冲以清楚地向收件人标记消息的结束。
下面的示波器图像（使用 PicoScope Automotive 记录）显示了多条消息的测量结果（左）和一条消息的放大图（右）。 在放大的消息中，信号开始和结束的位置以红色表示。 当条件发生变化时：压力和/或温度增加，一个或多个半字节中的刻度数将会发生变化。 在下面的示波器图像中，在 0 到 5 伏之间变化的一个或多个电压中可以看到刻度的变化。 脉冲可以变得更宽或更窄。 实际信息可以使用 Picscope 软件进行解码。
通过电气诊断，我们可以使用 Picscope 软件解码消息来研究它，但在大多数情况下，我们重点检查没有噪声的干净消息流，以及传感器的电源电压（5 伏）和接地是否正常。保持秩序。
电源和信号处理：
在第一段中讨论了是否有电源电压。 在本节中，我们讨论 ECU 中负责相关传感器的电压供应和信号处理的主要组件。 深入图的引脚编号与前段相同：ECU的引脚35和36连接到无源传感器的引脚1和2等。
在第一张图片中我们看到 NTC温度传感器。 ECU 35 脚的参考电压（Uref）从稳压器78L05 获得。 稳压器在板载电压为 5 至 6 伏时提供 16 伏电压。
电阻器R（固定电阻值）和RNTC（温度相关电阻）一起构成串联电路，同时也是分压器。 模数转换器 (ADC) 测量两个电阻器之间的电压（模拟），将其转换为数字信号并将其发送到微处理器 (μP)。
使用万用表可以测量 ECU 引脚 35 或传感器引脚 1 上的电压。
在关于的页面上 温度传感器 除了良好信号传输的一些测量之外，还显示了接线故障的测量技术。
ECU内部电路包含一个或多个无源和有源传感器 电阻器 包括电源和信号电路。 NTC电路中的电阻也称为“偏置电阻”并用作分压器。 MAP传感器ECU电路中电阻R1和R2的作用是让小电流从正极流到地。
如果没有这些电阻，如果移除信号线或传感器插头，就会发生所谓的“浮动测量”。 在这些情况下，带有电阻器的电路可确保 ADC 输入上的电压增加到大约 5 伏（减去电阻器 R1 两端的电压）。 ADC 将模拟电压转换为数字值 255（十进制），即 FF（十六进制），并将其发送到微处理器。
非常小的电流流过电阻器 R1（低欧姆）。 存在 10 至 100 mV 之间的小电压降。 施加的电压可能会比 5 伏高出几伏； 稳压器78L05的接地端和ECU的接地端（上图中的棕色线）之间包含一个低阻抗电阻。 该电阻器两端的电压降可以是例如0,1伏。 稳压器将其接地连接视为实际 0 伏，因此它将输出电压（红线）提升 0,1 伏。 在这种情况下，传感器正极的输出电压不是 5,0 伏，而是 5,1 伏。
智能传感器从ECU接收12伏电压。 就像有源传感器一样，智能传感器包括惠斯通电桥和放大器/滤波器。 来自放大器的模拟电压被发送到 LIN 接口 (LIN-IC)。
LIN 接口生成数字 LIN 总线信号。 信号在 12 伏（隐性）和大约 0 伏（显性）之间变化。 传感器使用此 LIN 总线信号与其他从站（通常是传感器和执行器）和主站（控制单元）进行通信。
传感器的引脚 3 和 ECU 的引脚 64 之间的线路上有通往主站和其他从站的分支。
欲了解更多信息，请参阅页面 林总线。
