汽車ABS系統(tǒng)中主動式輪速傳感器解析

何細鵬

（武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065）

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汽車ABS系統(tǒng)中主動式輪速傳感器解析

何細鵬

（武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065）

摘 要：汽車ABS系統(tǒng)中主動式輪速傳感器在國外技術非常成熟，使用也十分廣泛，在國內也被各大汽車公司應用到了多種車型上。文章主要闡述了霍爾式（Hal）和磁阻式（MR）主動輪速傳感器的工作原理，重點分析了不鑒別方向的和鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號特征。

關鍵詞：輪速傳感器；磁阻式；霍爾式；ABS

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.051

CLC NO.: U463.3Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2016)04-144-03

引言

汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS系統(tǒng)）是指在汽車制動過程中為了使汽車達到最佳的制動效果和使汽車在制動過程中保持良好的行駛穩(wěn)定性，避免汽車因甩尾和喪失方向穩(wěn)定性而發(fā)生交通事故，能夠根據車輪滑移率適時調節(jié)制動力大小，防止車輪抱死的電子控制系統(tǒng)。汽車ABS系統(tǒng)中輪速傳感器的功能為時刻檢測各個車輪的轉速，然后把此轉速信號發(fā)送到ABS的電控單元（ECU），ECU再根據此信號計算出車輪的滑移率，將實際滑移率和滑移率標準值做比較，得出指令并發(fā)送至執(zhí)行器液壓模塊，從而調節(jié)車輪制動力的大小，使車輪始終保持在要抱死而又未抱死的狀態(tài)，即防止車輪抱死。

汽車ABS系統(tǒng)中輪速傳感器按功能原理可劃分為被動式和主動式兩類。被動式輪速傳感器是目前國內技術最為成熟，使用最為廣泛的一種輪速傳感器，其常見的形式為電磁感應式輪速傳感器。主動式輪速傳感器在國外技術非常成熟，使用也十分廣泛，在國內也被各大汽車公司應用到了多種車型上，常見的形式有霍爾式（Hal）、磁阻式（MR）和巨磁阻（GMR）等。被動式輪速傳感器的主要優(yōu)點是結構簡單，成本低；缺點是體積大，質量重，傳感器輸出電壓信號的振幅隨車速的變化而變化，且抗電磁干擾性差。主動式輪速傳感器則克服了感應式輪速傳感器的缺點，它的優(yōu)點為體積小、質量輕、結構簡單、安裝方便，并且國外大多數主動式輪速傳感器的齒圈上設計有N-S的多極磁環(huán)，因此主動式輪速傳感器的感應頭不再設計背磁，使得該類傳感器體積更小，安裝更方便，輸送給ECU的信號為交替變化的高低電流，信號穩(wěn)定，抗電磁干擾性能好。隨著汽車電子技術的發(fā)展，主動式輪速傳感器逐漸被應用在汽車ABS系統(tǒng)中。本文主要闡述的就是主動式輪速傳感器。

1、主動式輪速傳感器的工作原理

主動式輪速傳感器又稱為有源輪速傳感器，它有一個電源電路給其提供一個外部電壓。假如電源電路不能提供電壓，那么主動式輪速傳感器就無法產生任何信號。

主動式輪速傳感器體積小、質量輕、結構簡單，背磁設計在齒圈上，感應頭直接安裝在車輪軸承上。主動式輪速傳感器一般包括一個感應元件和一個電子元件，感應元件常見的為霍爾式或磁阻式，這些元件能夠依據它們的磁流量的大小來控制電壓。與被動感應式傳感器相比，主動式輪速傳感器輸出的信號與車輪的轉速直接相關，所以能夠用來監(jiān)測車輪的轉速，包括車輪完全停止的狀態(tài)。感應元件上產生的電壓最后會被兩個直流發(fā)電機變換為電流，而電流的變化頻率與車輪轉速成正比例關系。這種使用霍爾式或磁阻式感應元件產生數字信號的傳感器顯然要比被動感應式傳感器的抗干擾性能好，另外還可以使用這種方式實現(xiàn)其他多項功能，如：車輪轉動方向的鑒別、傳感器空氣間隙尺寸的監(jiān)測等。

1.1 霍爾式（Hal）主動輪速傳感器的工作原理

霍爾效應式主動輪速傳感器由一個霍爾組件（通常含兩個霍爾效應元件）和一個電子元件組成。霍爾效應元件能夠在同時垂直與磁場和電流的方向上產生一個電壓，這一現(xiàn)象為霍爾效應，這個電壓我們稱之為霍爾電壓。傳感器中的霍爾組件能夠控制電壓，使得霍爾電壓隨著通過霍爾效應元件的磁流量的大小變化而變化。

霍爾效應式主動輪速傳感器的霍爾組件由兩個霍爾效應式元件組成（如圖1中A區(qū)域）。兩個霍爾效應式元件產生的信號通過一個差速器的處理和過濾最后轉變?yōu)橐粋€電信號（如圖1中區(qū)域B）。這個電信號再通過增強處理（如圖1中區(qū)域C）和校正處理，隨后抗干擾處理，最終形成新的方波（如圖1中區(qū)域D）。這一方波信號最后要通過兩個并聯(lián)設計的7mA的直流發(fā)電機（如圖1中區(qū)域E）。第一個直流發(fā)電機不斷地輸送信號并確定信號的低電流值（7mA），第二個直流發(fā)電機則將信號轉變?yōu)楦唠娏髦担?+7=14mA）。兩個直流發(fā)電機的功能就是要盡力得到沒有被干擾的標準的方波信號。

1.2 磁阻式（MR）主動輪速傳感器的工作原理

磁阻式主動輪速傳感器由一個磁阻式元件和一個電子元件組成（如圖2所示）。磁阻式元件（半導體）通常由一些被硅片分離的高透磁合金片組成。這些硅片能夠依據磁場的電流強度和磁場的方向的改變而改變它們自身的電阻值大小，而電阻值大小的改變又會導致磁阻式元件自身電壓降的改變，這一電壓降又能夠控制設置在后面的電子元件，這一電子元件最后產生一個7mA或14mA的電流，這一電流再加在電控單元的內部電阻（115歐姆）上而產生相應的電壓。

圖2　磁阻式(MR)輪速傳感器的原理圖

2、主動式輪速傳感器的信號特征

汽車ABS系統(tǒng)中霍爾式和磁阻式主動輪速傳感器的信號特征相同，但是它們都有可鑒別方向的和不鑒別方向的兩種類型。本文下面分別闡述不鑒別方向的和鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號特征。

圖3　不鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號波形

2.1 不鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號特征不鑒別方向的主動式輪速傳感器的輸出信號基本是恒定的，輸送給ECU的信號為7mA或14mA交替變化的高低電流（信號波形如圖3所示），其電流變化頻率與車輪轉速成正比，同時不受空氣間隙大小、齒圈尺寸精度、工作頻率等因素影響，受工作溫度的影響也非常小

2.2 鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號特征

圖4　鑒別方向的主動式輪速傳感器的信號波形

鑒別方向的和不鑒別方向的主動式輪速傳感器主要工作原理相同，內部電路也沒有本質區(qū)別，它們的區(qū)別僅僅是內部下拉電阻（圖1中所示的R）的阻值不同。不鑒別方向的主動式輪速傳感器的內部電阻R的阻值是115歐，而鑒別方向的主動式輪速傳感器的內部電阻R的阻值是50歐。

鑒別方向的主動式輪速傳感器對內部電路重新設計后，能夠輸出7mA、14mA和28mA等三種不同的電流。其中低電流信號7mA和高電流信號14mA為車輪轉速的脈沖信號，它的變化頻率與車輪轉速成正比，ECU根據該脈沖信號的頻率計算車輪轉速。

14mA的中電流信號是數據協(xié)議，表示當前輪速傳感器的各種狀態(tài)。該數據協(xié)議一共有9個數據位，每個數據位都能夠使用其波形的上升沿與下降沿來表示對應的0或1的二進制代碼，然后用二進制代碼表示當前輪速傳感器的狀態(tài)，其中第4個數據位就是用來鑒別方向的數據位，如圖4所示。數據協(xié)議含義如表1所示。

表1　數據協(xié)議含義

3、結語

當前，汽車ABS系統(tǒng)已經成為汽車的標配，而且很多基于ABS平臺的安全控制系統(tǒng)也都獲得了開發(fā)和應用，例如：驅動防滑控制系統(tǒng)（ASR）、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、車輛動態(tài)控制系統(tǒng)（VDC）、電子制動力分配（EBD）、電子控制制動輔助系統(tǒng)（EBA）等等。而這些安全控制系統(tǒng)對輪速傳感器的性能要求也越來越高，輪速傳感器的性能也變得越來越關鍵。主動式輪速傳感器具有體積小、質量輕、結構簡單、安裝方便等優(yōu)點，而且主動式輪速傳感器輸送給ECU的信號為交替變化的高低電流，信號穩(wěn)定，抗電磁干擾性能好，因此它必將會被廣泛應用在汽車安全控制系統(tǒng)中。

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中圖分類號：U463.3

文獻標識碼：B

文章編號：1671-7988(2016)04-144-03

作者簡介：何細鵬，碩士，教研室主任，就職于武漢交通職業(yè)學院汽車工程學院，研究方向：汽車維修技術。

Parsing of ABS active wheel speed sensor

He Xipeng
( Transportation vocational college, Hubei Wuhan 430065 )

Abstract:Active for ABS wheel speed sensor technology is very mature in a foreign country, use very extensive in the country's major car companies have also been applied to a variety of models. This paper describes Hall (Hal) and works capstan speed magnetoresistive (MR) sensor analyzes the signal characteristics are not discriminating direction and active wheel speed sensor identification directions.

Keywords:wheel speed sensor; Magnetoresistive; Hall; ABS