霍尔转速传感器在ABS中的应用

摘 要 本文从霍尔效应及霍尔传感器工作原理分析，阐述了霍尔传感器在ABS中的应用，以及霍尔转速传感器的安装方法和注意事项。

关键词 ABS 霍尔效应 转速传感器

中图分类号：TP211.1 文献标识码：A

1 ABS简介

ABS是Anti Lock Braking system的缩写，是一种汽车安全辅助装置，能在汽车紧急制动时，阻止车轮被抱死滑移。汽车在使用ABS后，能达到以下目的：

（1）防止汽车在制动过程中出现测滑、甩尾现象， 从而大大地提高了其方向稳定性；

（2）即使在制动过程中，仍然能操控汽车躲开前方的障碍，从而提高汽车转向轮的可操纵性；

（3）可大大减小制动距离。例如在滑的冰雪路面上，通过使用，可缩短的制动距离；

（4）防止汽车轮胎“拖胎”。可减小轮胎磨损和轮胎粉末的污染，并延长轮胎的使用寿命；

（5）通过使用ABS，能使汽车的平均行驶速度提高。

ABS控制原理如下：当车轮接近抱死时，将释放相应车轮的制动压力，在车轮重新加速期间，其压力保持恒定；在重新加速之后，再慢慢增加制动压力。当对于实际的摩擦力来说制动力又过大时，这一循环重新开始。其中，后桥车轮是被单独控制的，而前桥车轮可以根据左右两边不同的路面，应用修正的单独控制规则。

ABS系统通常由车轮速度传感器、ECU、制动压力调节器、电控单元制动主缸和制动轮缸等组成。

2 ABS转速传感器的特点

汽车的每一个车轮上都安装有转速传感器。其作用是将车轮转速信号转换为电信号，并将其输出给电子控制单元，来检测车轮转速。轮速传感器是系统的关键部分，因为如果轮速传感器发生故障，将会影响作出正确的控制策略，所以传感器输出信号的准确性直接影响着的性能。

车轮转速传感器需要的特点：

（1）在各种工作环境中精度要求高。汽车传感器长期在40℃～120℃的环境下工作，它要求1%或1%以下的精度；其次是抗冲击，即使从1米高处落在混凝土上精度也不会下降；另外转速传感器还要具备抗电磁干扰；耐腐蚀等特点。

（2）在各种恶劣工作环境中保持良好的性能。传感器的工作环境很恶劣，有来自制动器内的摩擦热能，有由于路面不平导致的车轮的强烈振动，以及来自轮胎的污泥、飞溅的水花等，可概括为温度、湿度等气候条件，振动冲击等机械条件；电源、电磁干扰等电气条件。

（3）要求可靠性好，使用寿命长。汽车的安全性和人的生命息息相关，因此，汽车转速传感器要求要绝对可靠地工作。汽车传感器的可靠性指标寿命是10年，行驶10万公里无故障。

由于霍尔传感器具有结构简单，使用寿命长，抗冲击性良好，耐高低温性能优越等优点，所以目前汽车ABS上使用的车速传感器大都是霍尔传感器。

3霍尔传感器工作原理

霍尔传感器基于霍尔效应，是把被测物理量转换为电量的传感器。霍尔效应最初由霍尔在1879年金属导体材料中发现的，后来由于其霍尔效应太弱，人们制成的磁传感器没有得到应用。随着制造工艺和半导体的发展，人们开始使用半导体材料制成霍尔元件，这种半导体制成的传感器霍尔效应显著，因此得以广泛使用和发展，主要用于磁场、电流、压力、位移等物理量的测量。

霍尔效应是指当电流通过一个矩形半导体薄片上时，如果在该半导体材料上施加一磁场，则会在垂直于电流方向的半导体两端产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。霍尔电动势的表达式为EH=kHIB

式中，kH为霍尔元件的灵敏度；

I为激励电流端的输入电流（A）；

B为磁感应强度（T）；

当传感器转子上的凸齿凹槽交替转过永久磁铁的空隙时，在霍尔元件上就会产生一个变化的磁场，霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目即可检测转速。如图1所示：

当齿轮位于图1所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中1所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏（mV）级的准正弦波电压。

4霍尔转速传感器的安装

在设计匹配转速传感器时，应遵循以下设计准则：

设计准则1：传感器适用的温度和阻值

轮速传感器正常工作时，其阻值和适用温度应符合以下要求：1150+100/-50 传感器阻值为（室温T=+20℃时测量）。各部件应用温度范围为：

传感器 40℃～+150℃

传感器接头 40℃～+150℃

传感器导线 40℃～+180℃

与延长线连接的插座 40℃～+80℃

设计准则2：传感器的安装和固定

固定要求：传感器通过固定在夹紧衬套中，装入传感器夹持体，然后安装在车桥上，夹持体厚度一般在29～38之间。

前轴传感器的安装：安装传感器夹紧衬套的孔通常位于转向节或制动底板上。传感器中心线到齿圈外径的距离>3.5；夹持体到齿圈的距离>1；传感器轴向垂直于齿圈径向最大偏差角度为？.5埃淮衅髟诎沧翱啄诘木断蛟硕薰亟粢簿褪撬荡衅魑耸视Φ枷叩牟贾梅较颍梢栽诔奶啄谛？

后轴传感器的安装：通常情况下，后轴传感器的安装需要一个焊在轴上静止部分的夹持体，并且这个夹持体能够减少车轮轴振动的影响。振动能够影响传感器的性能，通过以下两种方式：轴向振动能够影响到传感器与齿圈之间的间隙；而径向振动会在齿圈相对传感器的转动中产生一个扭转的信号。因此要求夹持体具有足够的刚性。

设计准则3：传感器与齿圈的间隙

安装要求：为了保证传感器和齿圈的间隙符合安装要求，在设计布置或初次安装完毕时，传感器应垂直于齿圈，且两者之间无间隙。传感器需要装进衬套内一直接触到齿圈为止，注意绝对不可以通过敲击完成。如果安装很困难，可以把传感器、夹紧衬套和夹持体预先装配后再一起安装，接下来的轮毂装配会把传感器推回到适当位置。如果传感器被推回的太远，超过了应有的间隙，应重新装配。齿圈与传感器之间没有最小间隙的要求，允许的最大间隙取决于所使用齿圈的尺寸和种类。

感应电压的要求：传感器最大感应电压/最小感应电压之比Vmax/Vmin≤2.0，输出电压值>0.2V。齿圈与传感器的安装后，用WABCO诊断仪、传感器检查程序卡或传感器检查适配器检查齿圈齿面，测量其输出电压值和最大/最小感应电压比值。合格后交付车辆生产厂。

5 总结

转速传感器是ABS工作的首要环节，没有精确可靠的传感器，那么控制器的数据处理、调节器对制动力的控制都将难以实现。霍尔传感器具有输出信号电压幅值不受转速的影响，频率响应高，抗电磁波干扰能力强等优点，因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。

参考文献

[1] 田裕鹏，姚恩涛，李开宇.传感器原理[M].科学出版社，2007.

[2] 罗文发.车辆制动安全系统（ABS）技术应用研究[D].同济大学，2007.

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