汽車霍爾效應傳感器故障維修案例分析

□譚小鋒

一、霍爾效應

霍爾效應是當一個導體放在磁場內，并且伴有通電電流通過時，這時導體內的電荷受到了洛倫茲力而往導體的一邊偏，于是產(chǎn)生了電壓也就是霍爾電壓。產(chǎn)生的電壓所導致的電場力會與洛倫茲力平衡。由于霍爾電壓帶有極性，說明導體里的電流是由負電荷的運動所產(chǎn)生的。霍爾效應是德溫·赫伯特·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。除了導體能產(chǎn)生霍爾效應之外，半導體同樣也能產(chǎn)生，并且其產(chǎn)生的霍爾效應還要強于導體。

二、霍爾傳感器在汽車上的應用

霍爾傳感器在汽車上的應用越來越多，并且不局限于轉速傳感器。汽車上常用的霍爾傳感器有發(fā)動機轉速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、油門踏板位置傳感器、自動變速器檔位位置傳感器、車速傳感器、轉向盤轉角傳感器和車輪輪速傳感器等。

汽車上常用的霍爾傳感器按照在汽車上使用目的的不同又分為開關式霍爾傳感器和線型霍爾傳感器。開關式霍爾傳感器由差分放大器、霍爾元件、斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，最后輸出的是數(shù)字量。線型式霍爾傳感器由線性放大器、霍爾元件和射極跟隨器組成，最后輸出的是模擬量。

霍爾傳感器測量轉速的原理是:當旋轉的轉子經(jīng)過傳感器的前段時，會相應影響磁場的變化。當運動原件穿過磁力線強弱不同的區(qū)域時，產(chǎn)生的磁場的強弱也不相同。霍爾轉速傳感器通過磁場強弱的不同，在感應原件穿過磁力線時產(chǎn)生霍爾電壓。在產(chǎn)生霍爾電壓之后，霍爾元件和內部電路會將其轉變?yōu)殡S轉速變化的矩形方波。

三、ABS上的霍爾傳感器故障案例

一輛本田雅閣轎車，車齡為5年。在前一晚發(fā)動機更換活塞連桿總成之后，進行路試。在進行制動測試時發(fā)現(xiàn)，在時速超過60公里以上進行緊急制動，ABS系統(tǒng)未能啟動，車輪嚴重抱死，同時發(fā)現(xiàn)ABS故障警告燈亮起。詢問車主發(fā)現(xiàn)，此輛車在半月前進行過ABS系統(tǒng)的維修，并更換過輪速傳感器，其他的ABS部件沒有進行維修。

在汽車ABS系統(tǒng)中，最重要的傳感器就是車輪輪速傳感器，因為有了車輪輪速信號，其他在ABS系統(tǒng)中需要的參數(shù)都可以通過車輪輪速計算出來。ABS的工作原理是在汽車制動過程不間斷地監(jiān)測車輪輪速，并判斷車輪是否抱死，然后通過調節(jié)制動輪缸的壓力，防止車輪抱死從而獲得較高的車輪附著性能。因此車輪輪速傳感器是ABS進行工作的重要先決條件。

用解碼器讀取雅閣故障碼為:右后輪ABS電磁閥電路斷路。拆下右后輪輪速傳感器，將輪速傳感器與導線接頭處剝開，發(fā)現(xiàn)在接觸處有線頭已經(jīng)斷開。測量兩個導線電壓和搭鐵正常，輪速傳感器電阻也為正常，于是將輪速傳感器重新與導線連接好裝復在車輪上。用解碼器清除故障碼，重新路試，故障現(xiàn)象消失。

四、發(fā)動機轉速和凸輪軸位置傳感器故障案例

一輛大眾寶來轎車的發(fā)動機轉速傳感器和凸輪軸位置傳感器為霍爾效應傳感器。此輛大眾寶來行駛大約10萬公里，出現(xiàn)了明顯動力下降，經(jīng)測試發(fā)動機功率不足。該寶來轎車的凸輪軸帶動霍爾傳感器的觸發(fā)葉輪，當葉輪的葉片進入磁鐵與霍爾元件中間的空隙時，磁場被切斷，不再產(chǎn)生霍爾電壓，信號發(fā)生器輸出的是高位電壓;當葉輪葉片離開間隙時，霍爾元件產(chǎn)生電壓，信號發(fā)生器輸出的是低位電壓。在汽車中凸輪軸位置傳感器和發(fā)動機轉速傳感器各自測量凸輪軸和曲軸的位置信號，發(fā)動機電腦兩個信號再進行對比分析。

用萬用表檢查霍爾傳感器正極端子的對地電壓和信號端子對地電壓均為正常，檢查電阻也為正常。用雙通道示波器對次轎車的發(fā)動機轉速傳感器和凸輪軸位置傳感器同時進行波形測試，發(fā)現(xiàn)這兩個信號不同步。于是檢查傳感器。將凸輪軸位置傳感器拆下，發(fā)現(xiàn)霍爾元件有劃痕，再次檢查凸輪軸后的觸發(fā)葉輪，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)葉輪發(fā)生了嚴重的變形。更換觸發(fā)葉輪，再次試車，故障現(xiàn)象消失。

五、檔位傳感器故障案例

表1

一輛北汽轎車裝載四速愛信變速器，檔位采用霍爾式傳感器，不時發(fā)生跳檔，倒檔掛不上。該轎車剛開始時掛檔掛不上的情況并不明顯，用診斷儀讀取故障碼，因為與自動變速器相關的傳感器和繼電器沒有出現(xiàn)故障，沒有發(fā)現(xiàn)有故障碼。在車輛靜止狀態(tài)下查看相應的數(shù)據(jù)流，也沒有發(fā)現(xiàn)故障。隨著故障的發(fā)展，此故障越來越嚴重，最終變速器里的部分離合器片和制動器片燒毀。造成該故障的原因是檔位霍爾元件發(fā)生了故障，造成了信號的不準確，最終造成了更大的故障。該車霍爾傳感器換擋邏輯信號見表1。其中，邏輯1表示電壓為0到1V，邏輯0表示電壓4到5V。

測量D檔和倒檔時，測得相應接口對地電壓，發(fā)現(xiàn)不符合電壓要求，更換檔位霍爾元件，故障排除。

六、節(jié)氣門位置傳感器故障案例

一輛天津生產(chǎn)的豐田花冠轎車，已經(jīng)行駛五萬公里，行駛途中故障燈突然亮起。停車檢車怠速情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機怠速抖動，踩油門進行車輛加速測試時，加速不良情況嚴重。

此款花冠轎車節(jié)氣門采用霍爾式傳感器。傳感器上有四根導線，其中一根是電腦供電，電壓為5V;一根為通過電腦的搭鐵線;并有兩根信號線，一根信號線輸出節(jié)氣門開度信號，另外一個信號線用于監(jiān)測信號是否準確。

在靜態(tài)情況下檢查節(jié)氣門位置傳感器，拔下節(jié)氣門位置傳感器插接器，打開點火開關，用外用表測量傳感器電源電壓為5V，測得搭鐵線對電池負極導通。在動態(tài)下檢查節(jié)氣門位置傳感器，啟動發(fā)動機，用萬用表分別測量發(fā)動機怠速和踩下加速踏板時的兩根信號線對搭鐵電壓，測得電壓值超出正常值。更換節(jié)氣門位置傳感器，重新路試，故障現(xiàn)象消失。

在電子節(jié)氣門出現(xiàn)故障時，發(fā)動機電腦不能接收到節(jié)氣門位置信號，發(fā)動機電腦將節(jié)氣門開度固定到一個固定的值，所以此時踩下加速踏板，節(jié)氣門開度不會發(fā)生改變，所以會出現(xiàn)怠速抖動和加速不良的故障現(xiàn)象。

七、結語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，霍爾效應傳感器在汽車上的應用越來越廣泛?；魻杺鞲衅髯鳛榉墙佑|式傳感器對比傳統(tǒng)的接觸式傳感器有著非常明顯的優(yōu)勢，它的抗干擾能力和壽命都大大提高了，汽車傳感器的可靠性也有了大幅的提升，隨之而來的是在維修過程中以前從未碰到過的故障。

［1］李閃．霍爾傳感器在汽車電子中的應用［J］．湖南電機，2011

［2］周波．汽車電動助力轉向系統(tǒng)霍爾轉角傳感器［J］．重慶理工大學學報(自然學報)，2010