帶旋轉(zhuǎn)方向識別的霍爾傳感器原理與檢修

孿臣華

關(guān)鍵詞：霍爾傳感器

霍爾傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性強等優(yōu)點，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，邁騰B8發(fā)動機轉(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)動機，采用的就是帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器。本文將對帶旋轉(zhuǎn)方向的霍爾傳感器G28的原理進行深入研究，并對其檢修給出合理建議。

1.G28簡介

G28在B8發(fā)動機上主要用于探測曲軸的轉(zhuǎn)速和位置。它采用了一個60減2齒的傳感輪，并和霍爾傳感器G40一起準確識別曲軸所處的具體位置。這樣就能準確計算出燃油噴射時長、噴射時刻以及點火時刻等數(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基本不會產(chǎn)生磨損，傳感輪以無接觸的方式進行感應(yīng)。因發(fā)動機變熱以后傳感器與傳感輪的距離可能會發(fā)生變化，而霍爾傳感器對傳感輪之間的距離以及振動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。

2.G28工作原理

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)進行工作，霍爾效應(yīng)則是以美國物理學家埃德溫·霍爾的名字命名?；魻杺鞲衅鱃28實際上是1個電磁開關(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)體層如果被磁場貫穿，電子就會沿著與電流垂直的方向往一側(cè)移動，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。如果磁場消失，電子又會重新均勻分布，于是就測量不到電壓。如果周期性施加再撤銷磁場就可以測得持續(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轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，其工作過程如下。電子在受到磁場作用后，可以在霍爾元件上測得一個電壓，閾值開關(guān)閉合。反過來，磁場消失在霍爾元件上，就測量不到電壓，閾值開關(guān)就會斷開。只有存在一定的霍爾電壓時，閾值開關(guān)才會被接通。如果電壓下降到一定的數(shù)值以下，開關(guān)就會斷開。開關(guān)開閉的同時，將閉合或斷開一個外部電路。

（3）端子分配與電流

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

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

霍爾傳感器相當于一個開關(guān)，將信號傳遞給控制單元，該信號是由傳感器內(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個正電壓控制單元，對輸出端進行監(jiān)控。如果開關(guān)斷開，控制單元就會識別到輸出端上有正電壓。如果開關(guān)閉合，電流就會直接到搭鐵點上，形成短路，這時由于電流直接流向搭鐵點，控制單元輸入端的電位就會下降。為防止發(fā)生短路，在這中間安裝有一個電阻很高的上拉電阻。該電阻相當于一個用電器，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。

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)動機需要采用帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的G28。

因為，在關(guān)閉發(fā)動機后，發(fā)動機通常會在旋轉(zhuǎn)方向上繼續(xù)轉(zhuǎn)幾圈。也就會出現(xiàn)某一個活塞原本正在進行壓縮行程，卻無法到達上止點的情形。而且在壓力的作用下，活塞會被重新往下壓。于是，發(fā)動機就會朝與原來轉(zhuǎn)向相反的方向轉(zhuǎn)動。和普通的G28傳感器相比，帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的G28有一個優(yōu)點，就是可以識別這種逆旋轉(zhuǎn)。因此，當車輛從停止階段重新起動時，能始終保證發(fā)動機迅速而平穩(wěn)的起動。

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，另一塊感應(yīng)到的就是齒頂。對于這種傳感器而言，無論傳感輪朝哪個方向運動，齒頂與齒根的感應(yīng)順序不會發(fā)生改變。因此普通霍爾傳感器檢測出的波形不會改變，就檢測不出發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向，如圖3所示。

帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的G28傳感器里面增加了1塊霍爾片，負責識別傳感輪上各個齒的齒根和齒頂。因為這些齒的齒面經(jīng)過傳感器的時間順序不同，各個霍爾片所識別出的順序也就不同。傳感器內(nèi)的控制單元識別出各霍爾片的信號，并通過齒面經(jīng)過傳感器的時間順序，識別出旋轉(zhuǎn)方向，再將一個規(guī)定的信號傳遞給發(fā)動機控制單元。帶旋轉(zhuǎn)方向識別的G28正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)波形圖，如圖4所示。

從波形可以清楚地看到信號的變化，在發(fā)動機正向旋轉(zhuǎn)時，得到的是一個較短的低電平信號，在反向旋轉(zhuǎn)時得到的低電平信號則較長，發(fā)動機控制單元就可以準確識別出發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)方向，以及最終形成的角度。

4.G28檢修

當G28傳感器信號顯示不標準或者信號不規(guī)律時，就需要更換傳感器。這里需要注意以下幾點。

（1）帶旋轉(zhuǎn)方向識別的G28和普通G28，外觀上沒有區(qū)別，在安裝時，它們本身設(shè)計的就是不能互相插入，防止誤更換。因此，更換時一定注意它的特殊結(jié)構(gòu)和不同的背景編號。在訂購備件時，也需注意傳感器對應(yīng)的車型。

（2）更換完傳感器后需要進行波形測試，如果波形正常，則繼續(xù)進行試車。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整體（圖5），更換的時候需要一起更換。且必須使用大眾專用工具T10134進行安裝，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，本文通過對邁騰B8帶旋轉(zhuǎn)方向識別的G28功能原理的研究，給出維修建議，對日常汽車霍爾傳感器的正確維修具有指導(dǎo)意義。