謝 丹 初宏偉

（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校汽車運用學(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，對于傳感器和靶輪之間的距離以及振動等因素并不十分敏感，輸出信號電壓振幅值不受轉(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)方向識別功能的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理，這為排查是否因霍爾式發(fā)動機轉(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踐基礎(chǔ)。

1 普通霍爾式發(fā)動機轉(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?；魻栃?yīng)是指把一塊金屬或半導(dǎo)體薄片垂直放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流I時，會在薄片的另一對側(cè)面間產(chǎn)生電動勢UH，所產(chǎn)生的電動勢稱為霍爾電動勢，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)速傳感器并不會對控制單元產(chǎn)生信號電壓，而是控制單元提供電壓到信號線上。霍爾式轉(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正電壓，中間安裝一個電阻很高的上拉電阻R，該電阻相當(dāng)于一個用電器，控制單元對輸出端進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)霍爾元件在受到磁場力的作用后，就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，開關(guān)就會斷開。只有存在一定數(shù)值的霍爾電壓時，閾值開關(guān)才會被接通，且開關(guān)開閉的同時，將閉合和斷開一個外部電路。因此，實際上霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器就是一個電子開關(guān)?；魻栐烷撝甸_關(guān)由于是一個部件，故無法測量位于傳感器前段的霍爾電壓，而只能測量傳感器供電情況及信號輸出情況。

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)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28電路圖，G28側(cè)T3V/3為發(fā)動機轉(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)動機控制單元監(jiān)控信號電壓的位置，所在導(dǎo)線稱之為信號線。控制單元需要識別開關(guān)的狀態(tài)，開關(guān)本身一側(cè)通過發(fā)動機控制單元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，T3V/2引腳上的對地電壓為5 V，開關(guān)閉合時，電壓為0 V，安裝在曲軸上的信號盤轉(zhuǎn)動如圖4所示。G28信號線上的波形是一個連續(xù)完整的0 V和5 V矩形波形，如圖5所示。G28的低電平信號和高電平信號長度大致相同，缺齒部分對應(yīng)的波形為高電平且比較寬。缺齒部分與傳感器相對時，霍爾電壓微弱，閾值開關(guān)不會被接通，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應(yīng)。

圖3 G28電路圖

2 帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器

如果一個活塞在停止前處于壓縮階段上止點前，壓縮壓力會將活塞壓回，此時發(fā)動機向左旋轉(zhuǎn)（即反向轉(zhuǎn)動）。普通的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器不能識別到反轉(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)動方向識別功能的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，使發(fā)動機控制單元能夠準(zhǔn)確地識別出發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的方向以及最終形成的角度。

圖4 G28及其信號盤

圖5 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器波形

2.1 工作原理

具有轉(zhuǎn)動方向識別功能的傳感器安裝了3個霍爾盤，如圖6所示，在布置上，霍爾盤1感應(yīng)到靶輪的齒根時，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)成一個整體，且靶輪安裝比較松。這3個霍爾盤均負(fù)責(zé)識別靶輪上各個齒的齒根和齒頂，這些齒的齒面經(jīng)過傳感器的時間順序不同，因此霍爾盤所識別出的順序也就會有所不同。傳感器內(nèi)置的控制單元識別出各霍爾盤的信號通過齒面、經(jīng)過傳感器的時間順序而識別出旋轉(zhuǎn)方向，然后將一個規(guī)定的信號傳遞給發(fā)動機控制單元。因此，為了識別發(fā)動機是否處于向左（即反向轉(zhuǎn)動）或向右轉(zhuǎn)動（即正向轉(zhuǎn)動），3個霍爾盤在識別上升齒面的時間信號順序起到重要作用。

圖6 帶有方向識別功能的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

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

當(dāng)發(fā)動機向左轉(zhuǎn)動時，傳感輪向右轉(zhuǎn)動，霍爾盤2首先識別到上升齒面，很短的時間之后，霍爾盤3識別到上升齒面，最后是霍爾盤1。因為所識別到上升齒面的時間順序與發(fā)動機向右轉(zhuǎn)動時識別到上升齒面的時間順序正好相反，所以識別到發(fā)動機向左轉(zhuǎn)動。傳感器中的電子裝置編輯這個信號，并將規(guī)定的寬度信號發(fā)送給發(fā)動機控制單元，如圖7中右圖所示，此時低電平寬度是發(fā)動機向右轉(zhuǎn)動時低電平寬度的2倍。

圖7 發(fā)動機右轉(zhuǎn)（左圖）和左轉(zhuǎn)（右圖）時G28波形

2.2 應(yīng)用

帶起停功能的邁騰B8發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28采用的就是帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的霍爾傳感器，發(fā)動機向右運轉(zhuǎn)時，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)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28波形和帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28波形如圖9所示。

圖9 普通霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28波形（上圖）和帶旋轉(zhuǎn)方向識別功能的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28波形（下圖）

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

帶有旋轉(zhuǎn)方向識別功能的霍爾式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器G28，在正轉(zhuǎn)時，低電平信號比較短，而發(fā)動機往回轉(zhuǎn)時，傳感器就會將兩倍長的低電平信號發(fā)送給控制單元，這樣發(fā)動機就知道往回轉(zhuǎn)了。