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摘要：汽車霍爾傳感器廣泛用于汽車發(fā)動機(jī)、底盤、車身控制系統(tǒng)，只有掌握其控制原理和檢測方法，才能在汽車維修過程中準(zhǔn)確診斷故障。文章詳細(xì)介紹霍爾傳感器控制原理，并闡述使用萬用表、發(fā)光二極管、示波器對霍爾傳感器的檢測方法，結(jié)合汽車維修故障實例，明確檢修流程和方法，在汽車維修時可根據(jù)檢測設(shè)備，采用適當(dāng)?shù)姆椒?，判斷霍爾傳感器的工作性能是否正常，對汽車診斷維修有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：霍爾傳感器；控制原理；車身控制系統(tǒng)；汽車電子

0引言

我國汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)11年位居世界前列，汽車已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，新能源汽車發(fā)展也突飛猛進(jìn)。新能源汽車電子產(chǎn)品向集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。新能源汽車是以計算機(jī)為控制中心的高度自動化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由傳感器、電控單元、執(zhí)行器組成。隨著汽車功能的不斷增加，汽車上用于檢測角度、加速度、壓力、力矩、位置等參數(shù)的傳感器，隨時間變化，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。根據(jù)傳感器的工作原理區(qū)分，常見有三種：磁脈沖式、霍爾式、光電式，霍爾式傳感器因具有安裝方便、體積小，輸出電壓信號穩(wěn)定，并能在灰塵、油污惡劣環(huán)境下工作的優(yōu)點，應(yīng)用廣泛，以下分別從傳感器的原理、檢測和診斷三個方面闡述，為汽車維修工作提供借鑒。

1霍爾傳感器工作原理

霍爾效應(yīng)：美國物理學(xué)家霍爾于1879年在做金屬導(dǎo)電性能實驗時，驗正總結(jié)得出電壓與電流、磁場強(qiáng)度三者的相互關(guān)系。先將一個薄金屬基片置于磁場中，在磁場垂直方向給基片通過電流I，受磁場力作用，電荷會產(chǎn)生偏移，垂直于磁場與電流的橫向側(cè)面上產(chǎn)生聚集電壓，電壓與電流和磁場強(qiáng)度成正比，這就是霍爾電壓UH，可用公式表示：

UH＝RHIB/d

RH為霍爾系數(shù)，I為電流，B為磁場強(qiáng)度，d為基片厚度。

金屬基片產(chǎn)生的電壓比較微弱，后來研究半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體，同樣具有霍爾效應(yīng)，而且半導(dǎo)體輸出電壓更有優(yōu)勢，比金屬強(qiáng)得多，利用半導(dǎo)體制成各種霍爾元件，當(dāng)結(jié)構(gòu)一定且電流為定值時，霍爾電壓與磁場強(qiáng)度成正比。目前廣泛應(yīng)用于汽車電子、自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。

20世紀(jì)80年代，電子元件逐漸應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)控制，霍爾元件常用于曲軸和凸輪軸位置傳感器，霍爾元件具有開關(guān)作用，能夠輸出數(shù)字信號，實現(xiàn)功率晶體管導(dǎo)通與關(guān)閉功能，通過脈沖信號數(shù)量，能計算曲軸和凸輪軸的旋轉(zhuǎn)速度和運(yùn)動位置。

將霍爾元件與機(jī)械部件結(jié)合可以實現(xiàn)機(jī)電一體，制作成霍爾電路，其工作原理如圖1所示，把只有幾個毫伏的微弱電壓，經(jīng)放大后輸出較強(qiáng)的電壓信號，對三極管控制，達(dá)到開關(guān)作用。汽車常用葉輪和葉片旋轉(zhuǎn)，切割磁場，控制霍爾電路能輸出高低電壓。當(dāng)葉輪葉片運(yùn)轉(zhuǎn)，通過磁鐵和霍爾元件之間的磁場變化，輸出霍爾電壓，霍爾電壓控制電路的輸出電壓變化，就能判斷出曲軸和凸輪軸所處位置，完成點火和噴油正時控制。霍爾傳感器特點是需要外加電源才能工作，低轉(zhuǎn)速也能輸出穩(wěn)定的工作電壓，通常有觸發(fā)葉輪式和觸發(fā)齒輪式兩種型式。

2霍爾傳感器原理分析與檢測

2.1觸發(fā)葉輪式曲軸位置傳感器

在發(fā)動機(jī)曲軸皮帶輪的前端安裝傳感器，當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，觸發(fā)葉輪的信號轉(zhuǎn)子也隨之轉(zhuǎn)動，信號轉(zhuǎn)子外側(cè)分布有若干數(shù)量相同的葉輪和缺口。

霍爾信號發(fā)生器由磁鐵、導(dǎo)磁板和霍爾集成電路三部分組成，可參考圖1。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，信號轉(zhuǎn)子的觸發(fā)葉片及缺口旋轉(zhuǎn)，磁鐵與霍爾元件的磁場受信號轉(zhuǎn)子作用而變化；當(dāng)葉片進(jìn)入時，磁場就被觸發(fā)葉片所阻止，從霍爾效應(yīng)分析可知，此時產(chǎn)生電壓為零，霍爾集成電路的晶體管截止，從晶體管三個極的工作原理分析，可以得出結(jié)論為傳感器輸出高電壓；反之，缺口正對磁鐵與霍爾元件時，傳感器輸出低電壓。

2.2觸發(fā)齒輪式曲軸位置傳感器

變速器殼體上加工有安裝孔，固定曲軸傳感器，曲軸后端飛輪上分布有齒輪形的信號盤，結(jié)構(gòu)如圖2所示。以本田

飛度轎車為例，傳感器為三線式，其中端子1為電源，端子

2為信號，端子3為地線，傳感器頭部與信號盤正對。發(fā)動機(jī)工作，感應(yīng)頭部處于齒輪的槽口時，產(chǎn)生霍爾電壓為零，相當(dāng)于晶體管截止?fàn)顟B(tài)，因此傳感器輸出高電位信號；反之，當(dāng)感應(yīng)頭部與凸齒正對時，傳感器輸出低電位信號。因此，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時，傳感器產(chǎn)生脈沖電壓，發(fā)動機(jī)ECU對脈沖電壓處理，對點火系統(tǒng)及燃油噴射系統(tǒng)控制，保證發(fā)動機(jī)正常工作。

2.3傳感器電壓控制

從前面的工作原理分析可知，觸發(fā)葉輪式和觸發(fā)齒輪式相似，只是結(jié)構(gòu)有別，現(xiàn)以觸發(fā)齒輪式為例，說明其檢測方法。

（1）凸齒處于霍爾開關(guān)IC和磁鐵之間時，霍爾開關(guān)IC接受磁鐵產(chǎn)生的磁場，并產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾電壓經(jīng)放大后，作用于曲軸位置傳感器的晶體管基極，使晶體管集電極導(dǎo)通，發(fā)動機(jī)ECU的5V基準(zhǔn)電壓被搭鐵。因此，發(fā)動機(jī)ECU將檢測到曲軸位置傳感器輸出的OV低電位（注意：其實低電位電壓并非為OV，因為晶體管導(dǎo)通時，根據(jù)晶體管的不同，集電極和發(fā)射極會有0.3V或0.7V的壓降）。當(dāng)磁力線通過時，霍爾傳感器線路中電流流向和電壓輸出。

2）槽口經(jīng)過磁場與霍爾開關(guān)IC時，霍爾開關(guān)IC沒有接受磁鐵產(chǎn)生的磁場，霍爾開關(guān)IC不能產(chǎn)生霍爾電壓，在曲軸位置傳感器內(nèi)的晶體管不導(dǎo)通，發(fā)動機(jī)ECU的5V基準(zhǔn)電壓與搭鐵線不導(dǎo)通。因此，信號線電壓接近5V，就是高電位狀態(tài)。參照圖三分析得知，磁力線被阻擋，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。

（3）連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時，因為齒輪隨著曲軸一起旋轉(zhuǎn)，通過曲軸位置傳感器的輸出信號會隨著凸齒和槽口不斷進(jìn)行高、低電位的變換，其每分鐘的脈沖數(shù)目也會隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)速率變化而變化。因此，通過檢測曲軸位置傳感器脈沖信號，可以測得轉(zhuǎn)速。發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時，傳感器輸出為連續(xù)脈沖信號。

2.4霍爾傳感器在實車上的檢測

以本田飛度轎車觸發(fā)齒輪式傳感器接線為例，說明檢測方法。

（1）工作電壓的檢測。斷開傳感器插頭，再擰開點火開關(guān)，接上萬用表，端子1應(yīng)有12V，若沒有，則檢查繼電器與端子1間的導(dǎo)通性。

（2）參考電壓的檢測。將傳感器插頭斷開，后將點火開關(guān)置于ON，檢查端子2與搭鐵的電壓，應(yīng)為4.8~5.0V。否則，檢查端子2與ECU的導(dǎo)通性，如果導(dǎo)通，則為ECU故障。

（3）搭鐵的檢查。檢查端子3是否與地線導(dǎo)通，若不導(dǎo)通，則檢查線束是否斷路。

（4）解碼器檢測。接上元征X-431檢測儀，參照維修手冊，檢測發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，如果曲軸位置傳感器損壞，則發(fā)動機(jī)控制單元會存儲故障碼P0335。

（5）工作輸出信號的檢測。使用三通連接插頭，或在傳感器信號線引出一條測量線，在慢慢轉(zhuǎn)動曲軸時，使用萬用表電壓檔進(jìn)行檢測，電壓約在0V、5V之間交替變化。

（6）示波器的檢測。因霍爾式傳感器是一個電子元件控制電路，只從檢查電阻難于判斷其好壞，因此，較有效辦法是在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，用示波器檢測輸出信號波形。依照以上的接線方式，引出端子2信號，連接示波器進(jìn)行測量，波形為脈沖方波或者查閱維修手冊。

（7）用發(fā)光二極管檢測。發(fā)動機(jī)工作時，引出端子2信號，并聯(lián)一支發(fā)光二極管試電筆，觀察發(fā)光二極管的閃爍情況，應(yīng)有規(guī)律地閃爍，否則曲軸位置傳感器信號不良。如二極管試燈不閃爍，則應(yīng)檢查2號信號線端子與ECU的導(dǎo)通性。如果導(dǎo)通，則檢查2號信號線端子與搭鐵間應(yīng)有5V電壓。電壓正常則說明是傳感器故障，否則是ECU故障。

3霍爾傳感器發(fā)展趨勢

隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，同時也要求降低汽車制造成本，霍爾式傳感器采用二線式代替三線式，一根為電源線，可以為5V或12V，另一根為信號線，輸出信號仍為脈沖方波，ECU內(nèi)部電阻R與傳感器信號電壓有密切關(guān)系，也決定了輸出信號的高、低狀態(tài)數(shù)值，因此即使轉(zhuǎn)速很低，輸出信號電壓也能保證傳感器工作需要。在汽車制動系統(tǒng)上逐漸采用二線霍爾式傳感器，如豐田汽車在ABS系統(tǒng)的輪速傳感器，供給電壓為12V，輸出信號的高、低電壓分別為0.7V

及1.4V。

4案例分析

為了更好理掌握爾傳感器的檢測方法，現(xiàn)結(jié)合案例分析。

（1）飛度轎車不能起動。在我校汽車學(xué)院有位年輕教師利用2017款本田飛度轎車開展車身電器項目實訓(xùn)，下課時恢復(fù)實訓(xùn)車輛原來狀態(tài)，但車輛沒法起動，該教師和學(xué)生花了1個多小時，仍未找到原因，請求我?guī)椭?。我首先用解碼器檢測讀取故障碼，共有超過10個故障碼，應(yīng)為做實訓(xùn)時帶電拔插傳感器留下的故障碼，應(yīng)先消碼，再打起動機(jī)，讀取故障碼為P0335，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)為曲軸位置傳感器因為反復(fù)拔插，插頭端子松動，導(dǎo)致傳感器與插頭接觸不良，經(jīng)處理插頭后，發(fā)動機(jī)能正常工作。

（2）大眾奧迪，行車死火。曾經(jīng)維修過一臺2013年奧迪A6，根據(jù)車主反映，該車輛在行駛時突然抖動明顯，停車后再發(fā)動，無法工作，只能拖車進(jìn)廠。

用汽車維修檢測電腦檢查，顯示“發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號不可靠"。先曲軸位置傳感器插頭，未發(fā)現(xiàn)異常，打馬達(dá)時，用示波器檢測曲軸位置傳感器輸出信號，發(fā)現(xiàn)輸出波形有一個信號異常，懷疑信號盤有問題，用內(nèi)窺鏡觀察曲軸位置傳感器信號盤，發(fā)現(xiàn)信號盤缺了一個齒，為何會缺齒?帶著疑問拆解發(fā)動機(jī)。原來第三缸活塞連桿變形，影響曲軸不規(guī)則運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致這一個齒損壞。經(jīng)更換活塞、連桿、曲軸，裝復(fù)發(fā)動機(jī)工作正常。

5安科瑞霍爾傳感器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品介紹

霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。適用于電流監(jiān)控及電池應(yīng)用、逆變電源及太陽能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達(dá)驅(qū)動、電鍍、焊接應(yīng)用、變頻器，UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號采集和反饋控制。

5.2產(chǎn)品選型

5.2.1開口式開環(huán)霍爾電流傳感器

表1

5.2.2閉口式開環(huán)霍爾電流傳感器

6小結(jié)

霍爾傳感器因輸出信號電壓幅值只有高低兩個電位，響應(yīng)性好，在汽車電子控制上有取代磁脈沖式的趨勢。在職業(yè)教學(xué)，首先結(jié)合信息化手段突破工作原理的難點，采用理實一體化模式教學(xué)，注重在實車上的檢測方法，在實訓(xùn)教學(xué)上就會得心應(yīng)手，解決實訓(xùn)設(shè)備在高頻率使用時損壞的問題。通過教師帶領(lǐng)學(xué)生排除故障的實踐，從工作原理入手，分析電路圖，選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ吆驮O(shè)備，記錄檢測數(shù)據(jù)，對照維修標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行邏輯推理，確定故障部位。

【參考文獻(xiàn)】

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