切向式霍爾車速傳感器在變速箱中的應(yīng)用

◎文/劉記 王康林 葛佳（安徽星瑞齒輪傳動有限公司）

車速傳感器的功能是檢測汽車行駛速度，并把檢測結(jié)果輸入給汽車儀表系統(tǒng)來顯示車速，或用于自動變速器系統(tǒng)、巡航定速系統(tǒng)及車速限制系統(tǒng)等[1]，因此，車速傳感器輸出信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性會對這些系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。

一、車速傳感器的分類

車速傳感器通常安裝在變速箱上，但也有利用ABS輪速傳感器輸出的信號來檢測車速。車速傳感器主要分為機(jī)械式與電子式兩大類，其中電子式車速傳感器又分為磁電式、光電式及霍爾式。

機(jī)械式車速傳感器是傳統(tǒng)的車速傳感器，由于其輸出信號的精度較低，目前越來越多的汽車已不再安裝這種傳感器；磁電式車速傳感器輸出信號的強(qiáng)弱與轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速過低時(shí)，可能會因輸出信號太弱而無法檢測，且響應(yīng)頻率較低，抗電磁波干擾能力差；光電式車速傳感器容易受油污、粉塵及雜光的影響，且不適用于高溫環(huán)境；而霍爾車速傳感器具有對磁場敏感度高、輸出信號穩(wěn)定、頻率響應(yīng)高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。因此，目前汽車多采用霍爾式車速傳感器。

二、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)車速傳感器在商用車變速箱中的應(yīng)用

圖1 機(jī)械式車速傳感器安裝示意圖

由于商用車多用于運(yùn)輸貨物，且行駛路況復(fù)雜，對車速傳感器的輸出信號的精度要求不高，傳統(tǒng)的商用車多采用機(jī)械式車速傳感器。但隨著電子技術(shù)發(fā)展及對巡航定速等功能的要求，用戶對商用車車速信號準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。目前一些商用車也逐漸開始選用電子式車速傳感器，一些變速箱廠家開始用霍爾式車速傳感器替代機(jī)械式車速傳感器。

商用車車速傳感器一般安裝在變速箱后蓋上，從變速箱輸出軸處采集信號。機(jī)械式車速傳感器在商用車變速箱上的安裝示意圖如圖1所示，通過蝸輪蝸桿傳動型式將變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號傳遞出來。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的霍爾式車速傳感器在商用車變速箱上的安裝示意圖如圖2所示，通過傳感器頂部的霍爾元件與靶輪的電磁感應(yīng)將變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號傳遞出來。

圖2 傳統(tǒng)霍爾式車速傳感器安裝示意圖

三、切向式霍爾車速傳感器在商用車變速箱中的應(yīng)用

從機(jī)械式車速傳感器與霍爾式車速傳感器的安裝示意圖可以看出，機(jī)械式車速傳感器的安裝方向與變速箱輸出軸是相切的，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的霍爾式車速傳感器的安裝方向是徑向?qū)χ兯傧漭敵鲚S。因此，如果用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的霍爾式車速傳感器代替機(jī)械式車速傳感器，則需要變動變速箱后蓋結(jié)構(gòu)。變速箱后蓋一般是模具件產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)變動需要重新開發(fā)模具，成本較高。本文介紹的這種切向式霍爾車速傳感器，在不改變后蓋結(jié)構(gòu)的情況下可以與機(jī)械式車速傳感器互換，降低了設(shè)計(jì)成本，安裝示意圖如圖3所示。這種切向式霍爾車速傳感器已在本公司多款商用車變速器上成功應(yīng)用。

圖3 切向式霍爾車速傳感器安裝示意圖

四、切向式霍爾車速傳感器的工作原理

切向式霍爾車速傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。該車速傳感器的敏感元件是封裝于金屬外殼內(nèi)的霍爾元件，霍爾元件通過支架固定在外殼側(cè)面部位的內(nèi)壁上?；魻栐惭b在正對于變速箱中隨輸出軸轉(zhuǎn)動的靶輪周邊，安裝間隙1.4±0.6mm。靶輪轉(zhuǎn)動時(shí)使通過霍爾元件的磁場發(fā)生變化，霍爾元件產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號，傳感器內(nèi)部的集成電路將此信號濾波、放大、轉(zhuǎn)化為矩形波信號輸出，或該信號由內(nèi)置單片機(jī)處理按用戶相應(yīng)要求智能化輸出。

圖4 切向式霍爾車速傳感器的結(jié)構(gòu)圖

五、切向式霍爾車速傳感器的信號精度

這種切向式霍爾車速傳感器是為本公司一款六檔商用車變速箱開發(fā)的。為滿足整車巡航功能的需求，整車廠要求信號精度誤差不大于2%。經(jīng)過整車試驗(yàn)測試，高速檔時(shí)該車速傳感器的信號誤差如表1所示。

由表1可以看出，高速檔時(shí)該車速傳感器的信號誤差滿足整車需求。由于車速越高傳感器信號誤差越大，故低速檔時(shí)該傳感器的信號誤差也滿足要求。

表1 切向式霍爾車速傳感器的信號精度