帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的霍爾傳感器原理與檢修

文：李臣華

霍爾傳感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，邁騰B8發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28就是霍爾傳感器。根據(jù)配置不同，邁騰B8采用2種不同的霍爾傳感器：普通的霍爾傳感器和帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器。帶起停功能的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用的就是帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器。本文將對(duì)帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器G28的原理進(jìn)行深入研究，并對(duì)其檢修給出合理建議。

1 .G28簡(jiǎn)介

G28在B8發(fā)動(dòng)機(jī)上主要用于探測(cè)曲軸的轉(zhuǎn)速和位置。它采用了一個(gè)60減2齒的傳感輪，并和霍爾傳感器G40一起準(zhǔn)確識(shí)別曲軸所處的具體位置。這樣就能準(zhǔn)確計(jì)算出燃油噴射時(shí)長(zhǎng)、噴射時(shí)刻以及點(diǎn)火時(shí)刻等數(shù)據(jù)。

邁騰B8上的霍爾傳感器G28，根據(jù)車型配置不同分為普通的霍爾傳感器和帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器。兩者都由霍爾片和控制單元組成，不同的是帶旋轉(zhuǎn)方向的G28比普通的G28多1片霍爾片，有3片，而且霍爾片不是均勻分布的，如圖1所示。

霍爾傳感器在工作時(shí)基本不會(huì)產(chǎn)生磨損，傳感輪以無接觸的方式進(jìn)行感應(yīng)。因發(fā)動(dòng)機(jī)變熱以后傳感器與傳感輪的距離可能會(huì)發(fā)生變化，而霍爾傳感器對(duì)傳感輪之間的距離以及振動(dòng)等因素并不是十分敏感，因此霍爾傳感器在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。

圖1 普通的霍爾傳感器和帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器

2 .G28工作原理

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作, 霍爾效應(yīng)則是以美國(guó)物理學(xué)家埃德溫·霍爾的名字命名?；魻杺鞲衅鱃28實(shí)際上是1個(gè)電磁開關(guān)，由半導(dǎo)體晶片和閾值開關(guān)組成。

（1）半導(dǎo)體晶片

半導(dǎo)體中的電子呈均勻分布，半導(dǎo)體層如果被磁場(chǎng)貫穿，電子就會(huì)沿著與電流垂直的方向往一側(cè)移動(dòng)，從而導(dǎo)致電子分布不均，一側(cè)過多，而另一側(cè)則過少，于是就產(chǎn)生了電壓，這就是霍爾電壓。如果磁場(chǎng)消失，電子又會(huì)重新均勻分布，于是就測(cè)量不到電壓。如果周期性施加再撤銷磁場(chǎng)就可以測(cè)得持續(xù)的電壓變化。

（2）閾值開關(guān)

閾值開關(guān)的作用是將霍爾電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，其工作過程如下。電子在受到磁場(chǎng)作用后，可以在霍爾元件上測(cè)得一個(gè)電壓，閾值開關(guān)閉合。反過來，磁場(chǎng)消失在霍爾元件上，就測(cè)量不到電壓，閾值開關(guān)就會(huì)斷開。只有存在一定的霍爾電壓時(shí)，閾值開關(guān)才會(huì)被接通。如果電壓下降到一定的數(shù)值以下，開關(guān)就會(huì)斷開。開關(guān)開閉的同時(shí)，將閉合或斷開一個(gè)外部電路。

（3）端子分配與電流

霍爾元件也被稱為霍爾器件，當(dāng)中通有電流，此外它還向控制單元發(fā)送信號(hào)。G28傳感器上共有3個(gè)端子，端子1是5 V供電，端子2是信號(hào)，端子3是搭鐵。

霍爾傳感器G28是一個(gè)電磁開關(guān)，其有時(shí)通電有時(shí)斷電，通過內(nèi)聯(lián)的方法可以測(cè)得端子2和3間的電流，工作時(shí)電流為4.2 mA左右，不工作時(shí)為0.2 mA左右。在檢測(cè)過程中可以根據(jù)端子2的工作波形，來判斷G28的好壞，正常時(shí)應(yīng)該是一個(gè)連續(xù)完整的0 V和5 V矩形波形。

霍爾傳感器相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，將信號(hào)傳遞給控制單元，該信號(hào)是由傳感器內(nèi)電壓的變化而產(chǎn)生的。在這里控制單元需要識(shí)別開關(guān)的狀態(tài)，開關(guān)本身搭鐵，在控制單元的輸出端上有1個(gè)正電壓控制單元，對(duì)輸出端進(jìn)行監(jiān)控。如果開關(guān)斷開，控制單元就會(huì)識(shí)別到輸出端上有正電壓。如果開關(guān)閉合，電流就會(huì)直接到搭鐵點(diǎn)上，形成短路，這時(shí)由于電流直接流向搭鐵點(diǎn)，控制單元輸入端的電位就會(huì)下降。為防止發(fā)生短路，在這中間安裝有一個(gè)電阻很高的上拉電阻。該電阻相當(dāng)于一個(gè)用電器，可以防止短路。這里開關(guān)的作用由霍爾傳感器取代，如圖2所示。

圖2 G28與控制單元的工作機(jī)制

3 .G28波形分析

在研究G28波形之前我們先探討一下，為什么帶起停功能的發(fā)動(dòng)機(jī)需要采用帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的G28。

因?yàn)椋陉P(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，發(fā)動(dòng)機(jī)通常會(huì)在旋轉(zhuǎn)方向上繼續(xù)轉(zhuǎn)幾圈。也就會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)活塞原本正在進(jìn)行壓縮行程，卻無法到達(dá)上止點(diǎn)的情形。而且在壓力的作用下，活塞會(huì)被重新往下壓。于是，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)朝與原來轉(zhuǎn)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。和普通的G28傳感器相比，帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的G28有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以識(shí)別這種逆旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)車輛從停止階段重新起動(dòng)時(shí)，能始終保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速而平穩(wěn)的起動(dòng)。

根據(jù)霍爾傳感器布置原則，一塊霍爾片感應(yīng)到傳感輪齒根時(shí)，另一塊感應(yīng)到的就是齒頂。對(duì)于這種傳感器而言，無論傳感輪朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，齒頂與齒根的感應(yīng)順序不會(huì)發(fā)生改變。因此普通霍爾傳感器檢測(cè)出的波形不會(huì)改變，就檢測(cè)不出發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，如圖3所示。

帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的G28傳感器里面增加了1塊霍爾片，負(fù)責(zé)識(shí)別傳感輪上各個(gè)齒的齒根和齒頂。因?yàn)檫@些齒的齒面經(jīng)過傳感器的時(shí)間順序不同，各個(gè)霍爾片所識(shí)別出的順序也就不同。傳感器內(nèi)的控制單元識(shí)別出各霍爾片的信號(hào)，并通過齒面經(jīng)過傳感器的時(shí)間順序，識(shí)別出旋轉(zhuǎn)方向，再將一個(gè)規(guī)定的信號(hào)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的G28正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)波形圖，如圖4所示。

圖3 普通G28正、反轉(zhuǎn)波形圖

圖4 帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的G28正、反轉(zhuǎn)波形圖

從波形可以清楚地看到信號(hào)的變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，得到的是一個(gè)較短的低電平信號(hào)，在反向旋轉(zhuǎn)時(shí)得到的低電平信號(hào)則較長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元就可以準(zhǔn)確識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，以及最終形成的角度。

4 .G28檢修

當(dāng)G28傳感器信號(hào)顯示不標(biāo)準(zhǔn)或者信號(hào)不規(guī)律時(shí)，就需要更換傳感器。這里需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的G28和普通G28，外觀上沒有區(qū)別，在安裝時(shí)，它們本身設(shè)計(jì)的就是不能互相插入，防止誤更換。因此，更換時(shí)一定注意它的特殊結(jié)構(gòu)和不同的背景編號(hào)。在訂購備件時(shí)，也需注意傳感器對(duì)應(yīng)的車型。

（2）更換完傳感器后需要進(jìn)行波形測(cè)試，如果波形正常，則繼續(xù)進(jìn)行試車。如果波形不正常則需要更換傳感輪。

（3）傳感輪和密封法蘭是一個(gè)整體（圖5），更換的時(shí)候需要一起更換。且必須使用大眾專用工具T10134進(jìn)行安裝，以保證傳感輪在曲軸上位于正確的位置。

帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的霍爾傳感器關(guān)系到車輛起停功能能否正常，本文通過對(duì)邁騰B8帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別的G28功能原理的研究，給出維修建議，對(duì)日常汽車霍爾傳感器的正確維修具有指導(dǎo)意義。

圖5 傳感輪和密封法蘭