霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在ABS中的應(yīng)用
作者：韓萌　張雪潔　劉夢(mèng)琴
來(lái)源：《科教導(dǎo)刊·電子版》2015年第25期

        摘 要 本文從霍爾效應(yīng)及霍爾轉(zhuǎn)速傳感器工作原理分析，闡述了霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在ABS中的應(yīng)用，以及霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的安裝方法和注意事項(xiàng)。

        關(guān)鍵詞 ABS 霍爾效應(yīng) 轉(zhuǎn)速傳感器

        中圖分類(lèi)號(hào)：TP211.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

        1 ABS簡(jiǎn)介

        ABS是Anti Lock Braking system的縮寫(xiě)，是一種汽車(chē)安全輔助裝置，能在汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)，阻止車(chē)輪被抱死滑移。汽車(chē)在使用ABS后，能達(dá)到以下目的：

        （1）防止汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)測(cè)滑、甩尾現(xiàn)象， 從而大大地提高了其方向穩(wěn)定性；

        （2）即使在制動(dòng)過(guò)程中，仍然能操控汽車(chē)躲開(kāi)前方的障礙，從而提高汽車(chē)轉(zhuǎn)向輪的可操縱性；

        （3）可大大減小制動(dòng)距離。例如在滑的冰雪路面上，通過(guò)使用，可縮短的制動(dòng)距離；

        （4）防止汽車(chē)輪胎“拖胎”?？蓽p小輪胎磨損和輪胎粉末的污染，并延長(zhǎng)輪胎的使用壽命；

        （5）通過(guò)使用ABS，能使汽車(chē)的平均行駛速度提高。

        ABS控制原理如下：當(dāng)車(chē)輪接近抱死時(shí)，將釋放相應(yīng)車(chē)輪的制動(dòng)壓力，在車(chē)輪重新加速期間，其壓力保持恒定；在重新加速之后，再慢慢增加制動(dòng)壓力。當(dāng)對(duì)于實(shí)際的摩擦力來(lái)說(shuō)制動(dòng)力又過(guò)大時(shí)，這一循環(huán)重新開(kāi)始。其中，后橋車(chē)輪是被單獨(dú)控制的，而前橋車(chē)輪可以根據(jù)左右兩邊不同的路面，應(yīng)用修正的單獨(dú)控制規(guī)則。

        ABS系統(tǒng)通常由車(chē)輪速度傳感器、ECU、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器、電控單元制動(dòng)主缸和制動(dòng)輪缸等組成。

        2 ABS轉(zhuǎn)速傳感器的特點(diǎn)

        汽車(chē)的每一個(gè)車(chē)輪上都安裝有轉(zhuǎn)速傳感器。其作用是將車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其輸出給電子控制單元，來(lái)檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速。輪速傳感器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，因?yàn)槿绻喫賯鞲衅靼l(fā)生故障，將會(huì)影響作出正確的控制策略，所以傳感器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性直接影響著的性能。

        車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器需要的特點(diǎn)：

        （1）在各種工作環(huán)境中精度要求高。汽車(chē)傳感器長(zhǎng)期在40℃～120℃的環(huán)境下工作，它要求1%或1%以下的精度；其次是抗沖擊，即使從1米高處落在混凝土上精度也不會(huì)下降；另外轉(zhuǎn)速傳感器還要具備抗電磁干擾；耐腐蝕等特點(diǎn)。

        （2）在各種惡劣工作環(huán)境中保持良好的性能。傳感器的工作環(huán)境很惡劣，有來(lái)自制動(dòng)器內(nèi)的摩擦熱能，有由于路面不平導(dǎo)致的車(chē)輪的強(qiáng)烈振動(dòng)，以及來(lái)自輪胎的污泥、飛濺的水花等，可概括為溫度、濕度等氣候條件，振動(dòng)沖擊等機(jī)械條件；電源、電磁干擾等電氣條件。

        （3）要求可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。汽車(chē)的安全性和人的生命息息相關(guān)，因此，汽車(chē)轉(zhuǎn)速傳感器要求要絕對(duì)可靠地工作。汽車(chē)傳感器的可靠性指標(biāo)壽命是10年，行駛10萬(wàn)公里無(wú)故障。

        由于霍爾傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，抗沖擊性良好，耐高低溫性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，所以目前汽車(chē)ABS上使用的車(chē)速傳感器大都是霍爾傳感器。

        3霍爾傳感器工作原理

        霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)，是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器?；魻栃?yīng)最初由霍爾在1879年金屬導(dǎo)體材料中發(fā)現(xiàn)的，后來(lái)由于其霍爾效應(yīng)太弱，人們制成的磁傳感器沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著制造工藝和半導(dǎo)體的發(fā)展，人們開(kāi)始使用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，這種半導(dǎo)體制成的傳感器霍爾效應(yīng)顯著，因此得以廣泛使用和發(fā)展，主要用于磁場(chǎng)、電流、壓力、位移等物理量的測(cè)量。

        霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片上時(shí)，如果在該半導(dǎo)體材料上施加一磁場(chǎng)，則會(huì)在垂直于電流方向的半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一個(gè)很小的電壓，該電壓就稱為霍爾電壓?；魻栯妱?dòng)勢(shì)的表達(dá)式為EH=kHIB

        式中，kH為霍爾元件的靈敏度；

        I為激勵(lì)電流端的輸入電流（A）；

        B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；

        當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子上的凸齒凹槽交替轉(zhuǎn)過(guò)永久磁鐵的空隙時(shí)，在霍爾元件上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，霍爾電壓產(chǎn)生脈沖信號(hào)。根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目即可檢測(cè)轉(zhuǎn)速。如圖1所示：

        當(dāng)齒輪位于圖1所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱；而當(dāng)齒輪位于圖中1所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得穿過(guò)霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏（mV）級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。

        4霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的安裝

        在設(shè)計(jì)匹配轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

        設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1：傳感器適用的溫度和阻值

        輪速傳感器正常工作時(shí)，其阻值和適用溫度應(yīng)符合以下要求：1150+100/-50 傳感器阻值為（室溫T=+20℃時(shí)測(cè)量）。各部件應(yīng)用溫度范圍為：

        傳感器 ﹣40℃～+150℃

        傳感器接頭 ﹣40℃～+150℃

        傳感器導(dǎo)線 ﹣40℃～+180℃

        與延長(zhǎng)線連接的插座 ﹣40℃～+80℃

        設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2：傳感器的安裝和固定

        固定要求：傳感器通過(guò)固定在夾緊襯套中，裝入傳感器夾持體，然后安裝在車(chē)橋上，夾持體厚度一般在29～38之間。

        前軸傳感器的安裝：安裝傳感器夾緊襯套的孔通常位于轉(zhuǎn)向節(jié)或制動(dòng)底板上。傳感器中心線到齒圈外徑的距離>3.5；夾持體到齒圈的距離>1；傳感器軸向垂直于齒圈徑向最大偏差角度為€？.5€埃淮釁髟詘滄翱啄詰木斷蛟碩薰亟粢簿褪撬蕩釁魑聳視Φ枷叩牟賈梅較潁梢栽誄奶啄諦？

        后軸傳感器的安裝：通常情況下，后軸傳感器的安裝需要一個(gè)焊在軸上靜止部分的夾持體，并且這個(gè)夾持體能夠減少車(chē)輪軸振動(dòng)的影響。振動(dòng)能夠影響傳感器的性能，通過(guò)以下兩種方式：軸向振動(dòng)能夠影響到傳感器與齒圈之間的間隙；而徑向振動(dòng)會(huì)在齒圈相對(duì)傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)的信號(hào)。因此要求夾持體具有足夠的剛性。

        設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3：傳感器與齒圈的間隙

        安裝要求：為了保證傳感器和齒圈的間隙符合安裝要求，在設(shè)計(jì)布置或初次安裝完畢時(shí)，傳感器應(yīng)垂直于齒圈，且兩者之間無(wú)間隙。傳感器需要裝進(jìn)襯套內(nèi)一直接觸到齒圈為止，注意絕對(duì)不可以通過(guò)敲擊完成。如果安裝很困難，可以把傳感器、夾緊襯套和夾持體預(yù)先裝配后再一起安裝，接下來(lái)的輪轂裝配會(huì)把傳感器推回到適當(dāng)位置。如果傳感器被推回的太遠(yuǎn)，超過(guò)了應(yīng)有的間隙，應(yīng)重新裝配。齒圈與傳感器之間沒(méi)有最小間隙的要求，允許的最大間隙取決于所使用齒圈的尺寸和種類(lèi)。

        感應(yīng)電壓的要求：傳感器最大感應(yīng)電壓/最小感應(yīng)電壓之比Vmax/Vmin≤2.0，輸出電壓值>0.2V。齒圈與傳感器的安裝后，用WABCO診斷儀、傳感器檢查程序卡或傳感器檢查適配器檢查齒圈齒面，測(cè)量其輸出電壓值和最大/最小感應(yīng)電壓比值。合格后交付車(chē)輛生產(chǎn)廠。

        5 總結(jié)

        轉(zhuǎn)速傳感器是ABS工作的首要環(huán)節(jié)，沒(méi)有精確可靠的傳感器，那么控制器的數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)器對(duì)制動(dòng)力的控制都將難以實(shí)現(xiàn)?；魻杺鞲衅骶哂休敵鲂盘?hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，頻率響應(yīng)高，抗電磁波干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用于ABS輪速檢測(cè)，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。

        參考文獻(xiàn)

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