普通霍爾式和帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用解析

謝 丹 初宏偉

（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校汽車運(yùn)用學(xué)院，吉林長春130013）

0 引言

霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的抗電磁干擾性強(qiáng)，對(duì)于傳感器和靶輪之間的距離以及振動(dòng)等因素并不十分敏感，輸出信號(hào)電壓振幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，頻率響應(yīng)度高。本文詳細(xì)解析了普通霍爾式和帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理，這為排查是否因霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器異常而導(dǎo)致車輛出現(xiàn)故障提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 普通霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器

1.1 霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)原理圖如圖1所示。霍爾效應(yīng)是指把一塊金屬或半導(dǎo)體薄片垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，沿著垂直于磁場(chǎng)方向通過電流I時(shí)，會(huì)在薄片的另一對(duì)側(cè)面間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)，這種薄片（一般為半導(dǎo)體）稱為霍爾片或霍爾元件。

圖1 霍爾效應(yīng)原理圖

1.2 工作原理

霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器并不會(huì)對(duì)控制單元產(chǎn)生信號(hào)電壓，而是控制單元提供電壓到信號(hào)線上?；魻柺睫D(zhuǎn)速傳感器工作原理如圖2所示，控制單元的輸出端上有一個(gè)正電壓，中間安裝一個(gè)電阻很高的上拉電阻R，該電阻相當(dāng)于一個(gè)用電器，控制單元對(duì)輸出端進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)霍爾元件在受到磁場(chǎng)力的作用后，就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，開關(guān)就會(huì)斷開。只有存在一定數(shù)值的霍爾電壓時(shí)，閾值開關(guān)才會(huì)被接通，且開關(guān)開閉的同時(shí)，將閉合和斷開一個(gè)外部電路。因此，實(shí)際上霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器就是一個(gè)電子開關(guān)。霍爾元件和閾值開關(guān)由于是一個(gè)部件，故無法測(cè)量位于傳感器前段的霍爾電壓，而只能測(cè)量傳感器供電情況及信號(hào)輸出情況。

圖2 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理

1.3 應(yīng)用

圖3為某款霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28電路圖，G28側(cè)T3V/3為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的接地，T3V/1為傳感器提供5 V正電，T3V/2為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元監(jiān)控信號(hào)電壓的位置，所在導(dǎo)線稱之為信號(hào)線?？刂茊卧枰R(shí)別開關(guān)的狀態(tài)，開關(guān)本身一側(cè)通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元T60/20接地，另外一側(cè)連接到控制單元的T60/5引腳。開關(guān)斷開時(shí)，T3V/2引腳上的對(duì)地電壓為5 V，開關(guān)閉合時(shí)，電壓為0 V，安裝在曲軸上的信號(hào)盤轉(zhuǎn)動(dòng)如圖4所示。G28信號(hào)線上的波形是一個(gè)連續(xù)完整的0 V和5 V矩形波形，如圖5所示。G28的低電平信號(hào)和高電平信號(hào)長度大致相同，缺齒部分對(duì)應(yīng)的波形為高電平且比較寬。缺齒部分與傳感器相對(duì)時(shí)，霍爾電壓微弱，閾值開關(guān)不會(huì)被接通，所在電路處于斷路狀態(tài)，控制單元監(jiān)控到T60/2引腳位置處的電壓為5 V，這與缺齒部分的波形是高電位正好對(duì)應(yīng)。

圖3 G28電路圖

2 帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器

如果一個(gè)活塞在停止前處于壓縮階段上止點(diǎn)前，壓縮壓力會(huì)將活塞壓回，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)向左旋轉(zhuǎn)（即反向轉(zhuǎn)動(dòng)）。普通的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器不能識(shí)別到反轉(zhuǎn)，因此，在使用怠速起停功能的車輛上，一般采用了具有轉(zhuǎn)動(dòng)方向識(shí)別功能的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，使發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向以及最終形成的角度。

圖4 G28及其信號(hào)盤

圖5 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器波形

2.1 工作原理

具有轉(zhuǎn)動(dòng)方向識(shí)別功能的傳感器安裝了3個(gè)霍爾盤，如圖6所示，在布置上，霍爾盤1感應(yīng)到靶輪的齒根時(shí)，霍爾盤2感應(yīng)到的就是齒頂，而霍爾盤3被安裝在霍爾盤1和霍爾盤2之間的偏心位置，靶輪和變速箱側(cè)的密封法蘭構(gòu)成一個(gè)整體，且靶輪安裝比較松。這3個(gè)霍爾盤均負(fù)責(zé)識(shí)別靶輪上各個(gè)齒的齒根和齒頂，這些齒的齒面經(jīng)過傳感器的時(shí)間順序不同，因此霍爾盤所識(shí)別出的順序也就會(huì)有所不同。傳感器內(nèi)置的控制單元識(shí)別出各霍爾盤的信號(hào)通過齒面、經(jīng)過傳感器的時(shí)間順序而識(shí)別出旋轉(zhuǎn)方向，然后將一個(gè)規(guī)定的信號(hào)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。因此，為了識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于向左（即反向轉(zhuǎn)動(dòng)）或向右轉(zhuǎn)動(dòng)（即正向轉(zhuǎn)動(dòng)），3個(gè)霍爾盤在識(shí)別上升齒面的時(shí)間信號(hào)順序起到重要作用。

圖6 帶有方向識(shí)別功能的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感輪向左轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾盤1首先識(shí)別到上升齒面，在很短的時(shí)間后，霍爾盤3識(shí)別到上升的齒面，最后是霍爾盤2，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器中的電子裝置編輯這個(gè)信號(hào)，并將規(guī)定的寬度信號(hào)發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，如圖7中左圖所示，0 V的低電平信號(hào)比較短。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)向左轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感輪向右轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾盤2首先識(shí)別到上升齒面，很短的時(shí)間之后，霍爾盤3識(shí)別到上升齒面，最后是霍爾盤1。因?yàn)樗R(shí)別到上升齒面的時(shí)間順序與發(fā)動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)識(shí)別到上升齒面的時(shí)間順序正好相反，所以識(shí)別到發(fā)動(dòng)機(jī)向左轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器中的電子裝置編輯這個(gè)信號(hào)，并將規(guī)定的寬度信號(hào)發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，如圖7中右圖所示，此時(shí)低電平寬度是發(fā)動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)低電平寬度的2倍。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)右轉(zhuǎn)（左圖）和左轉(zhuǎn)（右圖）時(shí)G28波形

2.2 應(yīng)用

帶起停功能的邁騰B8發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28采用的就是帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)向右運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，G28的波形如圖8所示，低電平位置處正是單倍寬度方波，缺齒部位對(duì)應(yīng)的波段為高電平且脈寬長。

圖8 邁騰B8霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器波形

3 結(jié)語

普通霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28波形和帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28波形如圖9所示。

圖9 普通霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28波形（上圖）和帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28波形（下圖）

將普通霍爾式和帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器波形放在一起比較可以看出，普通霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28的高低電平信號(hào)的寬度大致相同，帶旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28盡管也有低電平信號(hào)，但是低電平信號(hào)本身非常短。

帶有旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別功能的霍爾式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28，在正轉(zhuǎn)時(shí)，低電平信號(hào)比較短，而發(fā)動(dòng)機(jī)往回轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器就會(huì)將兩倍長的低電平信號(hào)發(fā)送給控制單元，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就知道往回轉(zhuǎn)了。