霍尔转速传感器在ABS中的应用
作者:韩萌 张雪洁 刘梦琴
来源:《科教导刊·电子版》2015年第25期
摘 要 本文从霍尔效应及霍尔转速传感器工作原理分析,阐述了霍尔转速传感器在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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