堵衛(wèi)紅

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453006)

0 前言

隨著汽車功能的不斷發(fā)展完善，汽車構(gòu)造中用于檢測(cè)位置、角度、壓力、加速度等參數(shù)的傳感器起到關(guān)鍵性的作用，為汽車穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)傳感器的工作原理可以分為霍爾式、光電式和磁脈沖式傳感器，其中霍爾傳感器體積小、便于安裝、輸出信號(hào)穩(wěn)定，可以在布滿油污、灰塵的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車電子系統(tǒng)檢修工作中，需要掌握霍爾傳感器的檢測(cè)方法，不斷積累相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，提升汽車電子系統(tǒng)檢修工作的質(zhì)量與效率。

1 霍爾傳感器的工作原理

霍爾傳感器即利用霍爾效應(yīng)的磁場(chǎng)傳感器，根據(jù)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)可對(duì)半導(dǎo)體材料的載流子濃度等參數(shù)進(jìn)行判斷。霍爾效應(yīng)由美國物理學(xué)家霍爾提出，霍爾在金屬導(dǎo)電性能實(shí)驗(yàn)中得出電壓、電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度的相互關(guān)系。在磁場(chǎng)垂直方向通過電流，磁場(chǎng)中的薄金屬基片會(huì)受磁場(chǎng)力作用產(chǎn)生電荷偏移，產(chǎn)生霍爾電壓形成的電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力平衡，電壓與電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度呈正比關(guān)系。金屬基片產(chǎn)生的霍爾電壓較小，研究發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體也具有霍爾效應(yīng)，且半導(dǎo)體的輸出電壓高于金屬。利用半導(dǎo)體制作的霍爾元件體積小、對(duì)磁場(chǎng)敏感、頻率響應(yīng)寬、使用壽命長(zhǎng)，在自動(dòng)化技術(shù)、信息處理、汽車電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

霍爾傳感器具有精度高、線性度好、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在工作溫度區(qū)內(nèi)可以對(duì)任何波形保持極高的精度，可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，且具備較強(qiáng)的抗外磁場(chǎng)干擾能力。霍爾傳感器的應(yīng)用范圍十分廣泛，在航空航天、交通運(yùn)輸、醫(yī)療技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，其中霍爾元件早在20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，通常用于曲軸和凸輪軸位置傳感器，是一種具有開關(guān)作用和霍爾效應(yīng)的高質(zhì)量汽車電子部件。曲軸和凸輪軸位置傳感器能夠及時(shí)采集信息并輸出數(shù)字信號(hào)，計(jì)算曲軸和凸輪軸運(yùn)動(dòng)位置和旋轉(zhuǎn)速度，提高汽車行駛的安全穩(wěn)定性。葉輪式霍爾傳感器是霍爾傳感器的一種常見形式，將霍爾元件與機(jī)械部件結(jié)合于一體，形成的霍爾電路可以將毫伏級(jí)的微弱電壓放大輸出為較強(qiáng)的電壓信號(hào)，利用葉輪葉片切割磁場(chǎng)控制電路，葉輪葉片旋轉(zhuǎn)后輸出霍爾電壓，根據(jù)霍爾電路輸出電壓的變化判斷曲軸、凸輪軸位置。借助霍爾傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車駕駛功能的有效控制，起到降低汽車功耗、保障駕駛安全等作用。

2 霍爾傳感器在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

霍爾傳感器在汽車電子系統(tǒng)的應(yīng)用呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、檔位位置傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等類型。根據(jù)使用目的的不同，汽車電子系統(tǒng)中使用的霍爾傳感器可以分為開關(guān)式和線型2種，其中：開關(guān)式霍爾傳感器包括霍爾元件、差分放大器、輸出級(jí)等部件，輸出數(shù)字量；而線型霍爾傳感器包括霍爾元件、線性放大器、射極跟隨器等，輸出模擬量。

在汽車速度檢測(cè)中，以往采用磁電式傳感器在汽車低速行駛狀態(tài)無法精準(zhǔn)檢測(cè)，采用霍爾傳感器可以將速度轉(zhuǎn)換為脈沖測(cè)量，不論是高速還是低速狀態(tài)都可以精準(zhǔn)測(cè)量汽車行駛速度。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)中可以使用霍爾傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪經(jīng)過磁力線強(qiáng)弱不同的區(qū)域，使通過霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度改變，霍爾電動(dòng)勢(shì)的變化輸出準(zhǔn)正弦波電壓，經(jīng)施密特電路等整形電路后轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，再經(jīng)過差分放大器提升檢測(cè)的靈敏度，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在汽車點(diǎn)火系統(tǒng)中，應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度霍爾傳感器可以采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度等參數(shù)，經(jīng)電子點(diǎn)火控制器對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，準(zhǔn)時(shí)發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)。在霍爾傳感器的幫助下，可以使氣缸內(nèi)的汽油燃燒更加充分，在增加動(dòng)力的同時(shí)節(jié)約燃料，減少尾氣排放造成的大氣污染。

在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中，霍爾傳感器可以用于制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)，提高制動(dòng)過程的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾等現(xiàn)象，減小制動(dòng)距離。ABS由電子控制單元和多個(gè)輪速傳感器、剎車液壓閥門等組成，輪速傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)各個(gè)車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速，由電子控制單元分析各個(gè)車輪傳感器的信號(hào)，對(duì)車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)車輪轉(zhuǎn)速低于其他車輪時(shí)，降低該車輪剎車液壓閥壓力提高車輪轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)車輪轉(zhuǎn)速高于其他車輪時(shí)，增加該車輪剎車液壓閥壓力以降低車輪轉(zhuǎn)速。在電子控制單元的控制下，可以不斷重復(fù)升降剎車液壓閥壓力動(dòng)作，有效避免車輪抱死的現(xiàn)象，減小剎車距離?；魻杺鞲衅骺梢栽诘退偕踔淋囁贋?的狀態(tài)下保持輸出幅值恒定，提高檢測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確度和靈敏度，綜合性能優(yōu)于其他類型的傳感器。

3 汽車電子系統(tǒng)霍爾傳感器的檢測(cè)方法

3.1 霍爾傳感器檢測(cè)方法

汽車電子系統(tǒng)霍爾傳感器檢測(cè)需要結(jié)合汽車霍爾傳感器的實(shí)際情況，下面以本田飛度轎車觸發(fā)齒輪式傳感器接線為例，闡述具體的檢測(cè)方法。對(duì)于工作電壓的檢測(cè)，需要先斷開霍爾傳感器插頭，擰開點(diǎn)火開關(guān)，使用萬用表檢測(cè)端子1的電壓，如果電壓沒有12.0 V，需要進(jìn)一步檢查端子1與繼電器的導(dǎo)通性；對(duì)于參考電壓的檢測(cè)，需要在斷開傳感器插頭、擰開點(diǎn)火開關(guān)后，檢測(cè)端子2與搭鐵電壓，如果沒有4.8～5.0 V，需要進(jìn)一步檢測(cè)端子2與電子控制單元的導(dǎo)通性，若導(dǎo)通性沒有問題可以判斷為電子控制單元故障；對(duì)于搭鐵電壓的檢測(cè)，可以檢測(cè)端子3與地線的導(dǎo)通性，如果導(dǎo)通性存在問題需要進(jìn)一步檢測(cè)線束是否存在斷路問題；使用解碼器的檢測(cè)，使用檢測(cè)儀根據(jù)維修手冊(cè)要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，曲軸位置傳感器損壞對(duì)應(yīng)故障碼P0335；對(duì)于工作輸出信號(hào)的檢測(cè)，可以對(duì)傳感器信號(hào)線引出測(cè)量線，或是用三通連接插頭，使用萬用表檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的電壓變化情況，以判斷工作輸出信號(hào)是否發(fā)生故障；使用示波器的檢測(cè)，考慮到霍爾傳感器屬于電子元件控制電路，不能單純根據(jù)電阻檢查結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，需要用示波器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的輸出信號(hào)波形，查閱維修手冊(cè)根據(jù)輸出信號(hào)波形進(jìn)行判斷；使用發(fā)光二極管的檢測(cè)，可以引出端子2信號(hào)與發(fā)光二極管試電筆并聯(lián)，如果發(fā)光二極管閃爍不規(guī)律應(yīng)是曲軸位置傳感器信號(hào)不良，若不閃爍則需要檢測(cè)2號(hào)信號(hào)線端子與電子控制單元的導(dǎo)通性，電壓正?？膳袛鄠鞲衅鞴收希妷寒惓?yīng)為電子控制單元故障。

3.2 汽車電子系統(tǒng)霍爾傳感器檢測(cè)案例

輪速傳感器故障檢測(cè)。某本田雅閣轎車更換發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿總成后，測(cè)試時(shí)速超過60 km時(shí)制動(dòng)，ABS未啟動(dòng)，ABS故障警告燈亮起。問詢車主后，了解到該車1個(gè)月內(nèi)維修過ABS，對(duì)輪速傳感器進(jìn)行了更換。汽車ABS中輪速傳感器是最重要的組件，需要依靠輪速傳感器輸出車輪輪速信號(hào)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輪輪速調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸壓力，獲得較高的車輪附著性能，避免制動(dòng)過程中出現(xiàn)車輪抱死的情況。將更換輪速傳感器車輪的ABS電磁閥電路斷路，拆下輪速傳感器，剝開導(dǎo)線接頭處發(fā)現(xiàn)線頭斷開，對(duì)導(dǎo)線電壓、搭鐵、電阻測(cè)試均正常，判斷為導(dǎo)向連接不良問題。將導(dǎo)向重新連接，在車輪上重新安裝輪速傳感器，消除故障碼，經(jīng)過路試證明故障已排除。

凸輪軸位置傳感器故障檢測(cè)。某本田思域轎車行駛里程超過10 000 km后，存在動(dòng)力下降的問題。經(jīng)全面檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足。該車使用的霍爾傳感器觸發(fā)葉輪由凸輪軸拉動(dòng)，葉輪葉片位于磁鐵與霍爾元件間時(shí)切斷磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓，信號(hào)發(fā)生器輸出高位電壓，經(jīng)過磁鐵與霍爾元件的間隙后會(huì)生成霍爾電壓，信號(hào)發(fā)生器輸出低位電壓。凸輪軸位置傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量凸輪軸、曲軸位置信號(hào)，比較分析發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的凸輪軸、曲軸位置信號(hào)。為檢測(cè)霍爾傳感器是否存在故障，使用萬用表對(duì)信號(hào)端子、正端子電阻等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示正常。借助雙通道示波器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸位置傳感器輸出信號(hào)波形進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示2個(gè)發(fā)生器信號(hào)不同步。對(duì)凸輪軸位置傳感器進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)霍爾元件存在嚴(yán)重劃痕，觸發(fā)葉輪已經(jīng)嚴(yán)重變形，更換觸發(fā)葉輪后重新安裝凸輪軸位置傳感器，路試時(shí)故障排除。

檔位傳感器故障檢測(cè)。某北汽轎車行駛里程超過80 000 km后，存在跳檔的現(xiàn)象，且倒檔不容易掛上。使用解碼器讀取故障碼，沒有發(fā)現(xiàn)存在故障碼，判斷自動(dòng)變速器傳感器和繼電器不存在故障。停車狀態(tài)下觀察數(shù)據(jù)流未發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)檔位傳感器的霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量倒檔和D檔下相應(yīng)接口的對(duì)地電壓，與電壓要求不符，說明霍爾元件存在故障，使得換檔邏輯信號(hào)不準(zhǔn)確。更換檔位霍爾元件后，經(jīng)路試證明故障已經(jīng)排除。

節(jié)氣門位置傳感器故障檢測(cè)。某豐田花冠轎車行駛里程為60 000 km后，存在故障燈突然亮起的故障。檢查車輛怠速情況，發(fā)動(dòng)機(jī)存在怠速抖動(dòng)，進(jìn)行加速測(cè)試時(shí)存在較嚴(yán)重的加速不良情況。該車節(jié)氣門使用霍爾傳感器，4根導(dǎo)線中1根電腦供電、1根搭鐵線、1根信號(hào)線輸出節(jié)氣門開度信號(hào)，還有1根信號(hào)線對(duì)信號(hào)準(zhǔn)確性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)節(jié)氣門位置傳感器進(jìn)行檢測(cè)，拔下傳感器插接器，車輛點(diǎn)火，使用萬用表測(cè)量電源電壓和搭鐵線與電池負(fù)極導(dǎo)通性。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，使用萬用表測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和加速狀態(tài)下2根信號(hào)線對(duì)搭鐵電壓，結(jié)果顯示電壓超出正常范圍。分析原因?yàn)楣?jié)氣門位置傳感器損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦無法收到節(jié)氣門位置信號(hào)，使得節(jié)氣門開度無法改變，所以出現(xiàn)怠速抖動(dòng)和加速不良問題。對(duì)存在問題的節(jié)氣門位置傳感器進(jìn)行更換，經(jīng)路試證明故障現(xiàn)象消失。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，霍爾傳感器在汽車電子系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛?；魻杺鞲衅骱蛡鹘y(tǒng)的接觸式傳感器相比，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可靠性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，在汽車速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、ABS、節(jié)氣門位置傳感器中均起到了不錯(cuò)的效果，為實(shí)現(xiàn)汽車功能、保證性能穩(wěn)定性起到了重要的作用。但霍爾傳感器的使用同樣會(huì)面臨各種故障，需要觀察故障現(xiàn)象，分析故障可能的原因，善于運(yùn)用解碼器、示波器、萬用表等檢測(cè)儀器設(shè)備對(duì)霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)，以及時(shí)排除故障，提升汽車整體結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。