Датчики автомобильных электронных систем управления и диагностического оборудования

В.А. НАБОКИХ
ДАТЧИКИ 
АВТОМОБИЛЬНЫХ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ 
И ДИАГНОСТИЧЕСКОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Допущено 
УМО вузов РФ по образованию в области 
транспортных машин и транспортно-технологических комплексов
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 23.03.02 «Наземные 
транспортно-технологические комплексы»
(квалификация (степень) «бакалавр»)
Москва
ИНФРА-М
2025

УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
 
Н14
Р е ц е н з е н т ы:
А.И. Фещенко — кандидат технических наук, профессор кафедры 
«Электротехника и электрооборудование» МГТУ МАДИ; 
Р.А. Малеев — кандидат технических наук, профессор кафедры «Автомобильная электроника» МГМУ (МАМИ)
Набоких В.А.
Н14  
Датчики автомобильных электронных систем управления и диагностического оборудования : учебное пособие / В.А. Набоких. — 
Москва : ИНФРА-М, 2025. — 239 с. — (Высшее образование).
ISBN 978-5-16-020288-4 (print)
ISBN 978-5-16-106653-9 (online)
В учебном пособии обобщаются, систематизируются и углубляются 
сведения о датчиках электронных и автоматических систем управления, 
диагностического и гаражного оборудования, применяемого в процессе 
эксплуатации автомобилей. Приведены основные данные об электрических измерениях, которые широко применяются для диагностики, обслуживания и ремонта автомобилей.
Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 23.03.02 «Наземные транспортнотехнологические комплексы».
УДК 629.33(075.8) 
ББК 39.33-04я73 
ISBN 978-5-16-020200-4 (print)
ISBN 978-5-16-106653-9 (online)
© Набоких В.А., 2015

Введение
Характерной особенностью современных автомобилей является
наличие встроенных в их агрегаты большого числа преобразователей
электрических и неэлектрических параметров двигателя внутреннего
сгорания (ДВС) и агрегатов автомобиля в электрические для обеспе
чения процессов регулирования электронных систем управления.
К таким преобразователям относятся датчики электрических и не
электрических величин.
Автомобильные электронные системы управления во многом оп
ределяют экологию окружающей среды, экономию топлива, безопас
ность дорожного движения и повышение производительности труда
за счет обеспечения комфортабельности в салонах легковых автомо
билей и кабинах грузовиков. К системам, обеспечивающим эконо
мию топлива, низкую токсичность отработавших газов и безопас
ность дорожного движения, относятся:
• электронные системы автоматического управления топливопо
дачей, зажиганием и переключением передач;
• электронные системы управления моторгенераторами гибрид
ного силового привода;
• сигнализаторы, спидометры, счетчики пройденного пути, тахо
метры, тахографы, мотосчетчики и жгуты проводов;
• антиблокировочные и противобуксовочные системы тормозов с
электронным управлением;
• микропроцессорные системы курсовой устойчивости автомо
биля при резком изменении траектории движения (объезд пре
пятствия);
• системы блокировки передних и задних дверей, подушки безо
пасности с электронным управлением;
• электромеханический усилитель руля;

Введение
• спидостаты (автоматические системы поддержания постоянной
скорости движения автомобиля);
• информационные системы (иформационноизмерительные
системы контроля, электронные щитки приборов;
• автоматические корректоры фар ближнего и дальнего света с
электронным управлением;
• встроенные и выносные системы диагностирования автомоби
ля и электрооборудования в процессе эксплуатации.
К системам, обеспечивающим комфортные условия в транспорт
ном средстве, относятся:
• системы климатконтроля, управления отопителями и вентиля
торами, кондиционерами;
• маршрутные компьютеры;
• спутниковые микропроцессорные системы круизконтроля.
Практически во всех перечисленных автомобильных электрон
ных системах управления применяются датчики.
Датчик представляет собой чувствительный элемент, обеспечи
вающий преобразование неэлектрической или электрической изме
ряемой величины среды (давление масла, температура масла или
воды, уровень топлива и т. п.) в электрический сигнал. В свою оче
редь, в приемнике указателя электрический сигнал преобразуется в
перемещение стрелки (способ представления информации может
быть и другим), что позволяет по шкале прибора, отградуированной в
единицах измеряемой величины, определить значение контролируе
мого параметра.
В качестве чувствительных элементов датчиков используют маг
нитные, электромагнитные, фотоэлектрические, оптические, пьезо
электрические процессы в металлах и полупроводниках, эффект Хол
ла и другие эффекты.
В связи с этим датчики подразделяются на:
• датчики электрических сопротивлений;
• индуктивные датчики;
• индукционные датчики;
• емкостные датчики;
• магнитоупругие датчики;
• кислородные датчики;
• пьезоэлектрические датчики;
• электролитические датчики;
• датчики расхода жидкости и газа;

Введение
5
• датчики перемещения и ускорения;
• датчики непрерывных величин и т. д.
В связи с широким применением автомобильных электронных
систем управления находят широкое распространение «виртуальные»
датчики, представляющие собой математические модели рабочих
процессов в ДВС и агрегатах, обеспечивающие контроль и коррек
цию не подлежащих непосредственному измерению параметров объ
екта регулирования. Широко применяются «интеллектуальные» дат
чики, в которых помимо чувствительного элемента встроено устрой
ство преобразования сигнала датчика в цифровую форму. Нашли
определенное место в микропроцессорных системах управления ис
кусственные нейронные сети для адаптации программы регулирова
ния автомобильной электронной системы управления к изменяю
щимся условиям эксплуатации (самообучение системы).
Учебное пособие обобщает, систематизирует и углубляет сведе
ния о датчиках автомобильных электронных систем управления и ди
агностического оборудования, применяемого в процессе эксплуата
ции автомобилей на базе отечественной и зарубежной литературы, а
также основные сведения об электрических измерениях, которые ши
роко применяются при проведении диагностики и сервиса автомоби
лей, в том числе импортного производства.

Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ
И ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
1.1. Электронное управление
силовым агрегатом автомобиля
При электронном управлении системами и агрегатами автомоби
ля с помощью электронных систем происходят следующие процессы:
• преобразование химической энергии топлива в механическую
энергию тяговой или тормозной мощности автомобиля;
• управление эффективной мощностью двигателя за счет управ
ления его рабочим процессом;
• контроль величины эффективной мощности двигателя посред
ством анализа информации о частоте вращения коленчатого
вала двигателя, его температурном и нагрузочном режиме (аб
солютное давление во всасывающем трубопроводе или массо
вый расход топлива), составе смеси, режимах работы в зависи
мости от условий движения по транспортным магистралям;
• управление с помощью обратных связей уровнем детонации и
поддержанием стехиометрического состава смеси (с помощью
датчиков детонации и λзонда) в бензиновых и газовых ДВС;
• формирование сигналов, управляющих зажиганием, опереже
нием впрыска дизельного топлива, цикловой подачей топлива,

1.1. Электронное управление силовым агрегатом автомобиля
7
количеством отработавших газов для рециркуляции, улавлива
нием паров испаряющегося топлива, датчиками режимов ДВС
и подачей топлива к дозирующей системе бензиновых и дизель
ных ДВС;
• анализ работы датчиков и исполнительных механизмов с целью
их диагностики;
• преобразование команд управления водителя в изменение мощ
ности двигателя, изменение траектории движения автомобиля;
• управление скоростью движения автомобиля.
Двигатель как объект автоматического управления по входным
параметрам вырабатывает управляемые характеристики (мощност
ные, экологические и динамические) двигателя внутреннего сгора
ния. Остальные агрегаты автомобиля выполняют функции обеспече
ния безопасности движения и комфортных условий для водителя и
пассажиров в салонах автомобилей.
Входные параметры, измеряемые датчиками электронных систем
управления, например угол открытия дроссельной заслонки ϕдр, угол
опережения зажигания θ, цикловой расход топлива Gт и другие пара
метры, влияют на формирование протекания рабочего процесса дви
гателя и других агрегатов автомобиля. Значения входных параметров
определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны во
дителя или системы автоматического управления, поэтому они назы
ваются управляющими.
Входные параметры датчиков характеризуют состояние двигате
ля, агрегатов и систем автомобиля в рабочих режимах (табл. 1.1).
Кроме входных управляющих параметров на двигатель и системы
автомобиля во время его работы воздействуют случайные возмуще
ния, которые мешают управлению. К случайным возмущениям мож
но отнести изменение параметров состояния внешней среды (темпе
ратура Т, атмосферное давление р, влажность), свойства топлива и
масла, состояние дорожного полотна и т. д.
Для двигателей внутреннего сгорания, как и для других систем
управления автомобиля, характерна периодическая повторяемость
рабочих циклов и неустановившийся режим работы. Как объект
управления они считаются нелинейными, так как реакция на сумму
внешних воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздейст
вий в отдельности. Учитывая, что ДВС и ЭСАУ в условиях городской
езды работают на нестационарных режимах, возникает проблема оп
тимального управления ДВС, системами и агрегатами автомобиля.

Глава 1. Основные процессы электронного управления...
Таблица 1.1. Погрешности датчиков ЭСАУ и устройств,
определяющих параметры регулирования
Виды погрешностей
Источник погрешности
Погрешность
Максимальная погреш
преобразования
ность квантирования
±4 %
±4 %
Датчик массового расхода
воздуха
±8 %...±4 %
±0,4 %
Датчик абсолютного давления
во всасывающем патрубке
±1,5° ПКВ
—
Датчик положения коленчатого
вала ДВС
±4 °С (5 %)
1,64 °С
Датчик температуры охлаждаю
щей жидкости
Датчик детонации
±30 %
±4 %
Системный таймер контроллера
<0,01 %
4 мкс
±4 % статическая;
8 мкс
Электромагнитная форсунка
подачи топлива
±6 % динамическая
±10 %
0,8 %
Регулятор подачи дополнитель
ного воздуха на всасывании
Угол опережения зажигания
±1,5° ПКВ
0,75° ПКВ
(по коленчатому валу)
Возможность оптимального управления системами и агрегатами ав
томобиля на нестационарных режимах появилась с развитием элек
тронных систем управления.
Изза сложности конструкции ДВС и систем автомобиля, нали
чия допусков на их размеры по конструктивным параметрам (степень
сжатия, геометрические параметры впускного и выпускного трактов
и т. д.) отличаются и необходимые законы управления ими, что про
является в потребности целого ряда датчиков.
Автомобильный двигатель представляет собой многомерный объ
ект управления, так как число входных параметров у него больше
единицы, и каждый входной параметр воздействует на два и более
выходных управляющих воздействий. В таком случае система управ
ления ДВС является многомерной.

1.1. Электронное управление силовым агрегатом автомобиля
9
Поскольку конструкции и технологии производства ДВС систем
автомобиля носят установившийся характер, при поисках алгоритмов
и законов управления рабочим процессом двигателей внутреннего
сгорания и агрегатами автомобиля необходимо:
• определить структуру системы с информационными, функцио
нальными, логическими и алгоритмическими связями;
• рассматривать агрегаты автомобиля как практически неизме
няемые части системы;
• рассматривать системы управления адекватными не статиче
ским, а динамическим математическим моделям управления с
обратными связями;
• определить связи потоков информации от датчиков как единую
систему обмена данными с другими электронными системами
автомобиля. Например, использование информации датчика
скорости движения автомобиля как единую информацию для
всех управляющих и информационных систем.
На рис. 1.1 представлен один из вариантов математической моде
ли бензинового ДВС с микропроцессорной системой управления за
жиганием и топливоподачей с нейтрализацией отработавших газов
трехкомпонентным нейтрализатором.
Алгоритм калибровки управления такой микропроцессорной
системы по математической модели двигателя (см. рис. 1.1) имеет
следующие шаги:
• выбор исходной комплектации двигателя (в данном случае это
система зажигания, система впрыскивания топлива, датчики и
исполнительные механизмы);
• определение модели двигателя с проверкой ее адекватности пу
тем экспериментального определения ее параметров. Эти про
цедуры выполняют на автоматизированных испытательных
(нагрузочных) стендах и беговых барабанах по ездовым цик
лам (ЕЦ);
• расчет режимов работы ДВС при выполнении ЕЦ с определе
нием «опорных точек» матрицы управления, которые должны
быть заложены в ППЗУ контроллера управления. Основными
параметрами являются углы опережения зажигания, цикловая
подача топлива в зависимости от циклового расхода всасы
ваемого воздуха или положения дроссельной заслонки, тем
ператур охлаждающей жидкости, масла, всасываемого воздуха
и т. д.;

Глава 1. Основные процессы электронного управления...
Рис. 1.1. Математическая модель двигателя внутреннего сгорания как объекта ре
гулирования по минимуму расхода топлива и по ограничениям токсичности ОГ:
1 — контроллер управления ДВС; 2 — блок впрыскивания топлива; 3 — сигнал
датчика давления на всасывании Рк (нагрузки ДВС); 4 — дроссельная заслонка во
всасывающем патрубке ДВС; 5 — цикловая подача топлива (расход топлива) и воз
духа (расход воздуха) Gц
в; 6 — система зажигания; 7 — параметры индикатор
т и Gц
λ — температура датчика кислоро
ного и рабочего процесса ДВС (параметры математической модели ДВС): ηi — ин
дикаторный кпд; Рi — индикаторное давление; Рмп — давление механических по
терь; Ре —эффективное давление; iпр — передаточное отношение коробки передач;
ω — угловая скорость коленчатого вала; п — частота вращения коленчатого вала
ДВС; ТОГ — температура отработавших газов; О2 — концентрация кислорода;
Ме — эффективный крутящий момент ДВС; T
ОГ
да; 9 — параметры нагрузки ДВС; 10 — выпускной тракт двигателя; 11 — датчик
кислорода в ОГ; 12 — нейтрализатор ОГ
• расчет оптимального управления с ограничениями по токсич
ности ОГ на режимах ездового цикла по минимуму функций
Лагранжа;
• формирование поверхности управления для зоны ездовых
циклов;
• расчетная оценка достигнутого уровня показателей. В случае
эффективности управления проводится оптимизация управле
ния, а в случае отсутствия эффективности расчет возобновляет
ся с предыдущих этапов;
• расчетное определение оптимального управления без ограниче
ний по токсичности ОГ вне зоны ездовых циклов с целью полу
чения поверхности регулировок с минимумом расхода топлива
и оптимальной динамикой двигателя;