切向式霍爾車速傳感器在變速箱中的應用

◎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弱與轉(zhuǎn)速有關(guān)，當轉(zhuǎn)速過低時，可能會因輸出信號太弱而無法檢測，且響應頻率較低，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、頻率響應高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點[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用

圖1 機械式車速傳感器安裝示意圖

由于商用車多用于運輸貨物，且行駛路況復雜，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用

從機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)的情況下可以與機械式車速傳感器互換，降低了設(shè)計成本，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。霍爾元件安裝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)動時使通過霍爾元件的磁場發(fā)生變化，霍爾元件產(chǎn)生相應的模擬信號，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)置單片機處理按用戶相應要求智能化輸出。

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)過整車試驗測試，高速檔時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