李茂盛

（廣西南寧技師學(xué)院，廣西南寧 530000）

當(dāng)前，隨著安全意識(shí)不斷增強(qiáng)以及技術(shù)進(jìn)步和材料成本下降，摩托車裝配制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS（Antilock Brake System）有從中高端向相對(duì)低端延伸的趨勢(shì)。ABS的作用主要是行車安全保障，防范意外發(fā)生。若摩托車在行駛中遇到突發(fā)情況采取緊急制動(dòng)或者在低附著系數(shù)路面（砂石路面、雨后路面、雪地等）制動(dòng)時(shí)，車輪極易被抱死。前輪抱死會(huì)使操縱失靈，方向不能控制，后輪抱死則易發(fā)生側(cè)滑甩尾，引發(fā)意外。ABS則可以防止車輪抱死，使車輪處于邊滾邊滑的狀態(tài)，有效改善摩托車制動(dòng)時(shí)的橫向穩(wěn)定性和方向操縱性，保證最佳制動(dòng)效果，有效減少摩托車安全事故的發(fā)生。輪速傳感器是ABS系統(tǒng)的首要部件，用于檢測(cè)收集被控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，該信號(hào)傳給ABS的控制單元ECU（Electronic Control Unit）進(jìn)行處理，由ECU控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成車輪防抱死操作。輪速傳感器通常分為電磁式和霍爾式，霍爾式輪速傳感器以其眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于汽車和摩托車的ABS等領(lǐng)域。

1 霍爾效應(yīng)和霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制作的磁電器件?；魻栃?yīng)由美國(guó)物理學(xué)家霍爾在1879年研究金屬導(dǎo)電機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流方向上施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電壓。后來(lái)，科學(xué)家進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體和導(dǎo)電流體也有這種效應(yīng)，而且半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電壓被稱為霍爾電壓。利用霍爾效應(yīng)原理制作的半導(dǎo)體磁電元件稱為霍爾元件，其產(chǎn)生的電壓很小?；魻栐ǔＥc相關(guān)的放大電路、溫度補(bǔ)償電路和穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成霍爾傳感器電路芯片。

2 霍爾式輪速傳感器

2.1 構(gòu)成和特點(diǎn)

摩托車的霍爾輪速傳感器組件，由固定在前叉或后叉上的霍爾傳感器頭和安裝在被控制車輪上隨車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的齒圈組成?；魻杺鞲衅黝^由永磁體、霍爾元件和電子電路組成，外殼體上用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷、樹脂等材料堅(jiān)固封裝，以在各種惡劣環(huán)境條件下正常使用?；魻栞喫賯鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，工作頻率高（可達(dá)1MHz），抗磁電干擾能力強(qiáng)，耐振動(dòng)沖擊，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧環(huán)境的污染或腐蝕等。

2.2 工作原理

摩托車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)的齒圈，在霍爾傳感器頭上產(chǎn)生交替改變的磁通量，引起磁感應(yīng)強(qiáng)度改變。霍爾元件輸出一個(gè)毫伏級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓，此電壓再經(jīng)過(guò)霍爾集成電路內(nèi)部放大、整形后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓輸出[或者轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制（PWM）電流輸出]，其脈沖的占空比隨齒圈角速度的變化而變化[1]，該車輪輪速的脈沖數(shù)據(jù)，傳送到車輛控制單元ECU，執(zhí)行相關(guān)的控制動(dòng)作。

2.3 霍爾式輪速傳感器的種類

2.3.1 按線制分類

通常，霍爾式輪速傳感器按線制類型結(jié)構(gòu)分為二線制和三線制傳感器。二線制常稱為電流輸出型，根據(jù)磁場(chǎng)變化的不同，在輪速傳感器頭內(nèi)部產(chǎn)生霍爾電壓，通過(guò)元件芯片內(nèi)部的信號(hào)處理電路將該電壓轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制（PWM）電流輸出。ABS系統(tǒng)通過(guò)采樣電阻將此PWM電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓脈沖信號(hào)，從而得到輪速數(shù)值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外摩托車（如川崎400和650系列等）大多采用這種類型的傳感器。三線制常稱為電壓輸出型，3個(gè)腳分別為Vcc，Gnd，Out。如果是開(kāi)關(guān)霍爾元件，其Out腳根據(jù)磁場(chǎng)變化輸出高低電平信號(hào)，如果是線性霍爾元件，其Out腳輸出電壓隨磁場(chǎng)變化而相應(yīng)增大或者減小，本田部分車型采用這種類型。兩者區(qū)別在于傳感器內(nèi)部的輸出級(jí)電路。

2.3.2 按芯片應(yīng)用類型分類

按芯片應(yīng)用類型，霍爾式輪速傳感器包括普通輪速傳感器和智能傳感器。普通輪速傳感器輸出信號(hào)只是一個(gè)隨著速度變化而產(chǎn)生頻率變化的數(shù)字脈沖調(diào)制電流信號(hào)（高電流14mA、低電流7mA），它只能給車輛控制系統(tǒng)提供一個(gè)基本輪速信號(hào)。智能傳感器可為車輛穩(wěn)定控制ESP、坡道起步輔助HSA、牽引力控制TCS、電子差速鎖、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等一系列高技術(shù)性附加系統(tǒng)功能提供相對(duì)多元的信號(hào)，其芯片目前主要由3家廠家提供，分別是美國(guó)的Allegro公司、德國(guó)的NXP（恩智浦）、Infineon（英飛凌），其中以NXP和Infineon的智能芯片在輪速傳感器領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛[2]。

3 ABS系統(tǒng)霍爾輪速傳感器的檢修原理

摩托車的ABS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將影響行駛安全，應(yīng)及時(shí)查明故障原因并進(jìn)行修復(fù)。摩托車的ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，通常有故障報(bào)警提示。正常情況下，車輛還在保修期內(nèi)，應(yīng)盡可能去該品牌車輛的售后服務(wù)點(diǎn)進(jìn)行檢查維修，以獲得最良好的服務(wù)和保障。除此之外，當(dāng)自行檢查摩托車的ABS系統(tǒng)時(shí)，可以采取“先易后難”原則進(jìn)行。摩托車的ABS系統(tǒng)主要由輪速傳感器、控制單元ECU、線束和相關(guān)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)件組成，如果出現(xiàn)故障報(bào)警，可先從檢查線束是否接觸良好、是否斷路和短路入手，然后再考慮檢查輪速傳感器組件、控制單元等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，輪速傳感器組件故障占ABS系統(tǒng)總故障的30%以上，可以從引發(fā)霍爾式輪速傳感器故障的以下主要原因進(jìn)行檢查：傳感器相關(guān)線路出現(xiàn)斷路或短路故障；齒圈的齒面缺損或出現(xiàn)污點(diǎn)；傳感器頭部被鐵屑等異物堵??；傳感器安裝松動(dòng)，使傳感器與齒圈間的空隙發(fā)生改變；傳感器內(nèi)永磁體的磁性下降等[3]。具體可按以下方法進(jìn)行檢查。

3.1 測(cè)量傳感器的供電電壓是否正常

霍爾式傳感器內(nèi)部有霍爾元件、穩(wěn)壓電路、運(yùn)算放大器等，這些電子元件都需要供電和接地（搭鐵），通過(guò)測(cè)量電壓值可判斷模塊是否有電壓輸出，模塊供電接地是否有問(wèn)題，導(dǎo)線是否存在短路或斷路等故障。

3.2 測(cè)量電阻值確認(rèn)是否為霍爾傳感器

用萬(wàn)用表電阻擋直接測(cè)傳感器電阻，二線制霍爾輪速傳感器的電阻為無(wú)窮大，用二極管擋測(cè)量應(yīng)該有0.3～0.7V的管壓降。如果用萬(wàn)用表電阻擋能測(cè)出電阻，范圍在1～1.6kΩ，這個(gè)傳感器應(yīng)為磁電傳感器而非霍爾傳感器。

4 ABS系統(tǒng)霍爾輪速傳感器檢修方法

4.1 故障車輛情況

以川崎400系列摩托車為例，該系列車型是2019年全球同步上市并引進(jìn)國(guó)內(nèi)的大貿(mào)摩托車，包括兩款車型：仿賽型Ningjia400和街車型Z400，標(biāo)配前后輪雙通道ABS系統(tǒng)，兩款車除外形相關(guān)配置略有不同外，其余主要配置完全一致。

4.2 故障表現(xiàn)

該系列車輛標(biāo)配日本日清（Nissin）ABS系統(tǒng)。該車輛ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，儀表面板上的ABS故障報(bào)警燈常亮，同時(shí)儀表上的車速指針一直為0。經(jīng)了解，故障前車主曾用起車器將車輛后輪架起，進(jìn)行鏈條保養(yǎng)維護(hù)，保養(yǎng)過(guò)后故障出現(xiàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，后輪的ABS信號(hào)線正好布置在后搖臂下方，靠近起車架的支承點(diǎn)位置。懷疑是起車架起車時(shí)壓到了信號(hào)線，造成斷路。為穩(wěn)妥起見(jiàn)，將車輛開(kāi)到了該車的售后服務(wù)點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，客服介紹這樣的故障在該型車輛已經(jīng)發(fā)生多起。該車輛的后輪ABS信號(hào)線的布置存在被起車架壓斷的可能性，要格外小心。據(jù)此可知，該型車輛的輪速傳感器提供的輪速信號(hào)，既作為儀表車速指示數(shù)據(jù)，又是ABS防抱死動(dòng)作的依據(jù)。最后，售后建議更換原廠的后輪ABS傳感器，材料和工時(shí)近600元，且該傳感器還需要訂貨，預(yù)計(jì)到貨需1～2個(gè)月的時(shí)間。

4.3 故障檢修

4.3.1 故障分析和外觀探究

故障原因和部件基本查明，由于售后維修費(fèi)用過(guò)于高昂，且欲更換部件無(wú)現(xiàn)貨。為此，探索是否可以用替代傳感器更換。拆下故障傳感器檢查，該器件的導(dǎo)線質(zhì)地緊實(shí)，剝開(kāi)被壓到區(qū)域?qū)Ь€外絕緣層后，發(fā)現(xiàn)是兩根引線且未見(jiàn)斷路，用萬(wàn)用表直流電壓擋測(cè)量其中一根線對(duì)地（搭鐵）電壓為12V左右，說(shuō)明控制單元ECU仍能提供12V的電源，以及從ECU到達(dá)被壓導(dǎo)線處是連通的。懷疑導(dǎo)線因被壓形成拉扯，導(dǎo)線與傳感器內(nèi)部的霍爾元件連接處或?qū)Ь€在封裝內(nèi)部斷開(kāi)，造成與控制單元ECU無(wú)法通信，產(chǎn)生故障。觀察傳感器頭外部標(biāo)識(shí)，只有“＞PAMXD6-GF03＜”，查閱資料，該字符串僅代表其封裝材料，是否為傳感器型號(hào)不得而知，也無(wú)法得知其內(nèi)部所用的芯片型號(hào)。測(cè)量記錄其外觀各個(gè)維度尺寸及安裝孔距、孔徑尺寸后，決定破拆，以進(jìn)一步探查傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于其封裝材料非常堅(jiān)固結(jié)實(shí)，與內(nèi)部元件結(jié)合很緊密，拆解后能見(jiàn)到相對(duì)完整的器件只有一個(gè)圓柱型的永磁體和兩根帶孔的金屬片，金屬片上有間隔的兩處半導(dǎo)體材料的堆積，并未發(fā)現(xiàn)線圈類的物體。再查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，綜上分析，初步判斷此結(jié)構(gòu)特征的傳感器類型為二線制霍爾式傳感器，不是電磁式傳感器，內(nèi)部霍爾芯片結(jié)構(gòu)與Infineon公司的PG-SSO-2-2封裝結(jié)構(gòu)，以及Allegro公司SIP-2封裝的芯片外形結(jié)構(gòu)極為相似。參照文獻(xiàn)資料中這兩種封裝圖示，根據(jù)兩根帶孔的金屬片的標(biāo)志性特征，更傾向于是使用Infineon（英飛凌）公司的某型號(hào)芯片。

4.3.2 型號(hào)類型分析

初步推斷傳感器使用Infineon公司的二線制霍爾器件，但該公司用于傳感器的霍爾器件種類繁多，參閱《二線制霍爾式輪速傳感器結(jié)構(gòu)原理及檢修》[4]和《汽車輪速傳感器中智能芯片的應(yīng)用》[2]后，結(jié)合近年的二線制霍爾傳感器的應(yīng)用情況，基本定位芯片類型為Infineon公司的TLE4941或TLE4942及其衍生產(chǎn)品。最后在某電商平臺(tái)搜尋到了相關(guān)的某型號(hào)霍爾輪速傳感器，其標(biāo)稱正是使用Infineon公司的TLE4941系列霍爾智能芯片作為主要部件，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)比較相似，即二線制主動(dòng)PWM電流型，電壓也是故障車輛ECU所提供的電壓范圍，最后確定為替代用霍爾輪速傳感器。

4.3.3 故障處理

綜上分析，除了尋找到的替代傳感器內(nèi)部芯片與故障傳感器的類型基本一致外，其外觀多維及安裝孔距、孔徑尺寸也與故障車輛上的輪速傳感器幾乎完全一致。最可貴的是價(jià)格很便宜，僅為原廠的1/10左右。決定購(gòu)買嘗試替換，經(jīng)實(shí)施代換，故障車輛故障排除，ABS故障報(bào)警燈熄滅，車輛速度表指示恢復(fù)正常。

4.3.4 故障檢修效果

經(jīng)過(guò)超過(guò)8個(gè)月和近5000km的小心謹(jǐn)慎地測(cè)試和使用，該故障車輛更換ABS傳感器后，狀態(tài)良好，防抱死動(dòng)作和時(shí)機(jī)與故障發(fā)生前無(wú)異，代換基本達(dá)到預(yù)期的效果。后續(xù)將持續(xù)關(guān)注更換傳感器的質(zhì)量可靠性，以及是否會(huì)對(duì)行車安全造成影響。

5 結(jié)語(yǔ)

霍爾輪速傳感器在摩托車ABS系統(tǒng)中的地位非常重要，關(guān)系行車安全和穩(wěn)定，也因其優(yōu)良的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。雖然從安全角度考慮，作為重要部件的更換，尤其是輪速傳感器等部件應(yīng)采用原廠配套部件。但是隨著汽車、摩托車配件生產(chǎn)全球化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化進(jìn)程的推進(jìn)，原配件用替代產(chǎn)品也變成可能。而且通過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐和檢驗(yàn)，如果替代的傳感器與原廠配套的參數(shù)相同或相近，且質(zhì)量可靠，在確保還原ABS系統(tǒng)對(duì)行車安全的作用而不是犧牲的前提下，從明顯降低維護(hù)維修成本角度考慮，類似的代換嘗試值得深入探究。