霍爾轉速傳感器在ABS中的應用
作者：韓萌 張雪潔 劉夢琴
來源：《科教導刊·電子版》2015年第25期
摘 要 本文從霍爾效應及霍爾轉速傳感器工作原理分析，闡述了霍爾轉速傳感器在ABS中的應用，以及霍爾轉速傳感器的安裝方法和注意事項。
關鍵詞 ABS 霍爾效應 轉速傳感器
中圖分類號：TP211.1 文獻標識碼：A
1 ABS簡介
ABS是Anti Lock Braking system的縮寫，是一種汽車安全輔助裝置，能在汽車緊急制動時，阻止車輪被抱死滑移。汽車在使用ABS后，能達到以下目的：
（1）防止汽車在制動過程中出現測滑、甩尾現象， 從而大大地提高了其方向穩定性；
（2）即使在制動過程中，仍然能操控汽車躲開前方的障礙，從而提高汽車轉向輪的可操縱性；
（3）可大大減小制動距離。例如在滑的冰雪路面上，通過使用，可縮短的制動距離；
（4）防止汽車輪胎“拖胎”。可減小輪胎磨損和輪胎粉末的污染，并延長輪胎的使用壽命；
（5）通過使用ABS，能使汽車的平均行駛速度提高。
ABS控制原理如下：當車輪接近抱死時，將釋放相應車輪的制動壓力，在車輪重新加速期間，其壓力保持恒定；在重新加速之后，再慢慢增加制動壓力。當對于實際的摩擦力來說制動力又過大時，這一循環重新開始。其中，后橋車輪是被單獨控制的，而前橋車輪可以根據左右兩邊不同的路面，應用修正的單獨控制規則。
ABS系統通常由車輪速度傳感器、ECU、制動壓力調節器、電控單元制動主缸和制動輪缸等組成。
2 ABS轉速傳感器的特點
汽車的每一個車輪上都安裝有轉速傳感器。其作用是將車輪轉速信號轉換為電信號，并將其輸出給電子控制單元，來檢測車輪轉速。輪速傳感器是系統的關鍵部分，因為如果輪速傳感器發生故障，將會影響作出正確的控制策略，所以傳感器輸出信號的準確性直接影響著的性能。
車輪轉速傳感器需要的特點：
（1）在各種工作環境中精度要求高。汽車傳感器長期在40℃～120℃的環境下工作，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下降；另外轉速傳感器還要具備抗電磁干擾；耐腐蝕等特點。
（2）在各種惡劣工作環境中保持良好的性能。傳感器的工作環境很惡劣，有來自制動器內的摩擦熱能，有由于路面不平導致的車輪的強烈振動，以及來自輪胎的污泥、飛濺的水花等，可概括為溫度、濕度等氣候條件，振動沖擊等機械條件；電源、電磁干擾等電氣條件。
（3）要求可靠性好，使用壽命長。汽車的安全性和人的生命息息相關，因此，汽車轉速傳感器要求要絕對可靠地工作。汽車傳感器的可靠性指標壽命是10年，行駛10萬公里無故障。
由于霍爾傳感器具有結構簡單，使用壽命長，抗沖擊性良好，耐高低溫性能優越等優點，所以目前汽車ABS上使用的車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，是把被測物理量轉換為電量的傳感器。霍爾效應最初由霍爾在1879年金屬導體材料中發現的，后來由于其霍爾效應太弱，人們制成的磁傳感器沒有得到應用。隨著制造工藝和半導體的發展，人們開始使用半導體材料制成霍爾元件，這種半導體制成的傳感器霍爾效應顯著，因此得以廣泛使用和發展，主要用于磁場、電流、壓力、位移等物理量的測量。
霍爾效應是指當電流通過一個矩形半導體薄片上時，如果在該半導體材料上施加一磁場，則會在垂直于電流方向的半導體兩端產生一個很小的電壓，該電壓就稱為霍爾電壓。霍爾電動勢的表達式為EH=kHIB
式中，kH為霍爾元件的靈敏度；
I為激勵電流端的輸入電流（A）；
B為磁感應強度（T）；
當傳感器轉子上的凸齒凹槽交替轉過永久磁鐵的空隙時，在霍爾元件上就會產生一個變化的磁場，霍爾電壓產生脈沖信號。根據所產生的脈沖數目即可檢測轉速。如圖1所示：
當齒輪位于圖1所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱；而當齒輪位于圖中1所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強。齒輪轉動時，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個毫伏（mV）級的準正弦波電壓。
4霍爾轉速傳感器的安裝
在設計匹配轉速傳感器時，應遵循以下設計準則：
設計準則1：傳感器適用的溫度和阻值
輪速傳感器正常工作時，其阻值和適用溫度應符合以下要求：1150+100/-50 傳感器阻值為（室溫T=+20℃時測量）。各部件應用溫度范圍為：
傳感器 ﹣40℃～+150℃
傳感器接頭 ﹣40℃～+150℃
傳感器導線 ﹣40℃～+180℃
與延長線連接的插座 ﹣40℃～+80℃
設計準則2：傳感器的安裝和固定
固定要求：傳感器通過固定在夾緊襯套中，裝入傳感器夾持體，然后安裝在車橋上，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向節或制動底板上。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焊在軸上靜止部分的夾持體，并且這個夾持體能夠減少車輪軸振動的影響。振動能夠影響傳感器的性能，通過以下兩種方式：軸向振動能夠影響到傳感器與齒圈之間的間隙；而徑向振動會在齒圈相對傳感器的轉動中產生一個扭轉的信號。因此要求夾持體具有足夠的剛性。
設計準則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，在設計布置或初次安裝完畢時，傳感器應垂直于齒圈，且兩者之間無間隙。傳感器需要裝進襯套內一直接觸到齒圈為止，注意絕對不可以通過敲擊完成。如果安裝很困難，可以把傳感器、夾緊襯套和夾持體預先裝配后再一起安裝，接下來的輪轂裝配會把傳感器推回到適當位置。如果傳感器被推回的太遠，超過了應有的間隙，應重新裝配。齒圈與傳感器之間沒有最小間隙的要求，允許的最大間隙取決于所使用齒圈的尺寸和種類。
感應電壓的要求：傳感器最大感應電壓/最小感應電壓之比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，測量其輸出電壓值和最大/最小感應電壓比值。合格后交付車輛生產廠。
5 總結
轉速傳感器是ABS工作的首要環節，沒有精確可靠的傳感器，那么控制器的數據處理、調節器對制動力的控制都將難以實現。霍爾傳感器具有輸出信號電壓幅值不受轉速的影響，頻率響應高，抗電磁波干擾能力強等優點，因此，霍爾傳感器不僅廣泛應用于ABS輪速檢測，也廣泛應用于其控制系統的轉速檢測。
參考文獻
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