董蕾

（江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心）

隨著用戶對汽車駕駛性和燃油經(jīng)濟性要求的不斷提高，雙離合器自動變速器（DCT）得到越來越廣泛的應(yīng)用，DCT 采用兩組離合器交替工作，不存在動力中斷，傳動效率高[1]，兼顧了燃油經(jīng)濟性和駕乘舒適性。而轉(zhuǎn)速信號作為DCT 控制的最基礎(chǔ)信號，對換擋的品質(zhì)和安全性起著至關(guān)重要的作用，轉(zhuǎn)速傳感器輸入轉(zhuǎn)速信號給變速器控制單元（TCU）進行信號處理以優(yōu)化傳動比，從而獲得較好的發(fā)動機性能和效率[2]。轉(zhuǎn)速傳感器主要有磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、變磁阻（VR）式及磁敏式（MRE）傳感器[3]等，考慮到信號的穩(wěn)定性、高精度以及正反轉(zhuǎn)探測等因素，DCT 一般采用霍爾傳感器。

1 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器原理

1.1 霍爾效應(yīng)

當(dāng)電流流過一個處于磁場中的導(dǎo)體時，若磁場方向垂直于電流流向，則導(dǎo)體在垂直于磁場和電流方向上偏轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生霍爾效應(yīng)[4]。若有一磁場垂直于傳感器，在輸入電壓的作用下，電流在傳感器的兩端流過，將產(chǎn)生一個霍爾電壓?；魻栯妷河纱艌龅膹姸群土鬟^的電流決定。

1.2 傳感器測量轉(zhuǎn)速原理

典型的霍爾傳感器輸出波形，如圖1所示。當(dāng)輪齒接近霍爾傳感器和磁鐵時，磁通量集中通過金屬信號輪齒，傳感器的輸出為正弦波，正弦波的頻率為金屬輪的轉(zhuǎn)數(shù)乘以輪齒數(shù)，系統(tǒng)的分辨率由輪齒數(shù)決定。θ 為360°除以齒數(shù)，表征了頻率與齒數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)輪齒經(jīng)過傳感器時，傳感器輸出一個電脈沖信號，由TCU 的計數(shù)器記錄脈沖數(shù)，由脈沖信號的頻率便可得到轉(zhuǎn)速值。

一般采用M/T 法進行測速，該方法適用較寬的轉(zhuǎn)速范圍，具有較高的測速精度。測速原理為由計數(shù)器記錄傳感器發(fā)出的脈沖信號；定時器每隔一段時間向CPU 發(fā)出中斷請求；CPU 響應(yīng)中斷后，讀出計數(shù)值（M1）；同時計數(shù)器記錄來自 CPU 的高頻脈沖（f0）；傳感器每輸出一個脈沖，中斷電路向CPU 發(fā)出一次中斷請求；CPU 響應(yīng)中斷，從計數(shù)器中讀出計數(shù)值（M2）。

M/T 法測速轉(zhuǎn)速值的計算公式為：

式中：n——齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；

f0——計數(shù)器記錄來自CPU 的高頻脈沖，Hz；

M1——計數(shù)器記錄傳感器脈沖的個數(shù)；

M2——計數(shù)器記錄時鐘脈沖的個數(shù)；

Z——齒輪的齒數(shù)；

Tt——計數(shù)時間，s。

政策第70條中明確提出，自治區(qū)及各相關(guān)市財政部門將廣西海峽兩岸產(chǎn)業(yè)合作區(qū)建設(shè)經(jīng)費納入各級財政統(tǒng)籌保障，為合作區(qū)的建設(shè)提供了根本的保證。并且鼓勵臺灣各類投融資平臺以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)到合作區(qū)投資，提升合作區(qū)建設(shè)的水平。這些政策的落實實施，對于兩岸經(jīng)貿(mào)交流有著重大意義。

2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在DCT中的應(yīng)用

2.1 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器與TCU的匹配

2.1.1 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的物理特性要求

轉(zhuǎn)速傳感器需要準確地檢測轉(zhuǎn)速，并能夠長時間工作在高溫的變速器油中，部分轉(zhuǎn)速傳感器還需要具備方向檢測功能。變速器的轉(zhuǎn)速輸入來自發(fā)動機，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的范圍為50～8 000 r/min，考慮到變速器各擋速比，則轉(zhuǎn)速傳感器的測量范圍為0～10 000 r/min。所以要求傳感器能夠在低頻及高頻的范圍內(nèi)準確測量。

2.1.2 霍爾傳感器的硬件接口電路匹配

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的芯片可以選擇英飛凌的TLE4921 或Allegro 的ATS651。由芯片輸出電流型的頻率量，這樣TCU 可以提供傳感器對電源短路、對地短路和開路的診斷。

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器需要浸入在變速器油中，且在-40～140 ℃的溫度范圍內(nèi)能正常工作，其需要具備的電氣性能指標，如表1所示。

表1 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器需要具備的電氣性能指標

傳感器芯片包含調(diào)節(jié)器，可以在較寬的供電電壓范圍工作，但對于EMI/RFI（電磁干擾/射頻干擾）保護還需進行設(shè)計。傳感器與TCU 的接口電路典型配置，如圖2所示[5]。其中下拉電阻（RL）一般選取 100 Ω，接口電容（CL）根據(jù)實際的應(yīng)用情況進行選擇。

2.1.3 霍爾傳感器的信號產(chǎn)生及內(nèi)部處理

在芯片工作、信號轉(zhuǎn)換與傳遞過程中，芯片對目標的檢測有頻率范圍要求，輸出脈沖會在設(shè)定的磁通量范圍內(nèi)起作用，也會在相應(yīng)范圍內(nèi)被釋放。同時，芯片所受的磁感應(yīng)強度也影響輸出電壓的特征，進而影響到輸出脈沖的特征。差分處理信號與磁感應(yīng)強度的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。

當(dāng)目標齒輪經(jīng)過芯片的感應(yīng)面時，每個輪齒產(chǎn)生一個脈沖輸出，每個脈沖輸出包含目標齒輪的轉(zhuǎn)速大小和轉(zhuǎn)動方向。其中，轉(zhuǎn)速大小通過脈沖頻率表達；轉(zhuǎn)動方向通過脈沖寬度表達，即每個脈沖存在的時間。目標信號齒輪允許的最高轉(zhuǎn)速受到輸出脈寬及TCU所能處理的最短低電平寬度限制。

在正向與反向檢測中，芯片輸出脈沖與齒輪的對應(yīng)位置關(guān)系，如圖4所示，正向脈沖位于齒輪槽，反向脈沖位于輪齒處，正方向頻率范圍需求高于反方向，正向脈沖寬度是反向脈沖寬度的1/2。

2.2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在DCT上的布置

某款DCT 采用濕式結(jié)構(gòu)，變速器主要由兩組多片式濕式離合器、雙輸入、雙輸出軸式齒輪變速器及電液控制機構(gòu)組成，如圖5所示。發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)速和扭矩通過掛上相應(yīng)擋位和對應(yīng)離合器結(jié)合后被傳遞到輸出軸并最終將動力傳遞到車輪。變速器的控制需要發(fā)動機輸入到變速器的轉(zhuǎn)速以獲取輸入轉(zhuǎn)速，需要輸入軸1和2 的轉(zhuǎn)速并配合輸入轉(zhuǎn)速以獲取離合器的滑摩率，需要輸出軸轉(zhuǎn)速并配合輸入軸1 和2 的轉(zhuǎn)速以檢測是否掛上正確擋位及計算車速。輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器帶方向檢測以判斷倒擋輸出及反托等其他工況。

變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器一般安裝在離合器殼體上，檢測濕式雙離合器的齒轂（或與之嚙合的油泵的驅(qū)動齒）的轉(zhuǎn)速。

輸入軸1 轉(zhuǎn)速傳感器和輸入軸2 轉(zhuǎn)速傳感器根據(jù)布置情況可集成到一個傳感器模塊上，安裝在殼體或機械電子模塊上，檢測輸入軸1 和2 上的固定斜齒輪（或者安裝在軸上的磁性靶輪）的轉(zhuǎn)速。

輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器可單獨布置或者集成到傳感器模塊上，安裝在殼體或機械電子模塊上，檢測輸出軸上的固定斜齒輪（或者安裝在軸上的磁性靶輪）的轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速傳感器的安裝都要求與被測對象（斜齒輪的齒頂或磁性靶輪）對準，傳感器芯片的中心位置對應(yīng)被測對象可檢測范圍中心位置。被測對象的振動會干涉?zhèn)鞲衅鞯姆较驒z測功能，使得芯片有可能輸出無方向信號脈沖，故被測對象的軸向和徑向跳動需在合理的范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)速傳感器有電源線和信號線2 根連接線。傳感器與被測對象的空氣間隙為（1±0.5）mm。

2.3 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的性能驗證

2.3.1 傳感器的轉(zhuǎn)速信號識別及輸出測試

利用變速器臺架來驗證傳感器的功能，變速器臺架示意圖，如圖6所示。利用示波器直接測量傳感器輸出的信號脈沖，并對各個轉(zhuǎn)速下的信號進行分析。

經(jīng)過測試，在不同的轉(zhuǎn)速下示波器記錄的矩形波脈沖信號具有相同的幅值及不同的頻率，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在要求的0～10 000 r/min 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能正確識別到轉(zhuǎn)速信號。

2.3.2 TCU 對輸出信號的識別測試

利用標定設(shè)備CANape 記錄TCU 采集的轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號，如圖7所示。

經(jīng)過測試，TCU 在要求的0～10 000 r/min 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能正確識別到霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號，考慮到輸入轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定因素的影響，轉(zhuǎn)速信號在±2 r/min的偏差是可以接受的。

2.3.3 整車環(huán)境下的性能驗證測試

在整車試驗中采集傳感器轉(zhuǎn)速信號并與來自CAN的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號同步記錄，如圖8所示。

從圖8 可以看出，發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和離合器輸入轉(zhuǎn)速信號重合，轉(zhuǎn)速傳感器的精度及響應(yīng)時間等可以達到系統(tǒng)的需求。

3 結(jié)論

DCT 選用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采集速度信號，測試轉(zhuǎn)速范圍及精度能滿足DCT 的要求，且具有功耗小、頻率高及壽命長等特點。變速器內(nèi)部的傳感器發(fā)出滿足要求的脈沖信號，經(jīng)過TCU 系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測控，信號處理芯片及接口電路能滿足TCU 的匹配要求，且具有線路簡單、實時性好、成本低、安裝調(diào)試方便及節(jié)省空間等優(yōu)點。經(jīng)過實際功能和耐久驗證，整車環(huán)境下傳感器的信號正常，性能可靠。