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摘要：汽車霍爾傳感器廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身控制系統(tǒng)，只有掌握其控制原理和檢測(cè)方法，才能在汽車維修過(guò)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(wàn)用表、發(fā)光二極管、示波器對(duì)霍爾傳感器的檢測(cè)方法，結(jié)合汽車維修故障實(shí)例，明確檢修流程和方法，在汽車維修時(shí)可根據(jù)檢測(cè)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，?duì)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(guó)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(wàn)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(jì)算機(jī)為控制中心的高度自動(dòng)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(cè)角度、加速度、壓力、力矩、位置等參數(shù)的傳感器，隨時(shí)間變化，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。根據(jù)傳感器的工作原理區(qū)分，常見(jiàn)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(hào)穩(wěn)定，并能在灰塵、油污惡劣環(huán)境下工作的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，以下分別從傳感器的原理、檢測(cè)和診斷三個(gè)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(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年在做金屬導(dǎo)電性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，驗(yàn)正總結(jié)得出電壓與電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度三者的相互關(guān)系。先將一個(gè)薄金屬基片置于磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)垂直方向給基片通過(guò)電流I，受磁場(chǎng)力作用，電荷會(huì)產(chǎn)生偏移，垂直于磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(lái)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(shì)，比金屬?gòu)?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(shí)，霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。目前廣泛應(yīng)用于汽車電子、自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)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(dòng)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(kāi)關(guān)作用，能夠輸出數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)功率晶體管導(dǎo)通與關(guān)閉功能，通過(guò)脈沖信號(hào)數(shù)量，能計(jì)算曲軸和凸輪軸的旋轉(zhuǎn)速度和運(yùn)動(dòng)位置。

將霍爾元件與機(jī)械部件結(jié)合可以實(shí)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(gè)毫伏的微弱電壓，經(jīng)放大后輸出較強(qiáng)的電壓信號(hào)，對(duì)三極管控制，達(dá)到開(kāi)關(guān)作用。汽車常用葉輪和葉片旋轉(zhuǎn)，切割磁場(chǎng)，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(guò)磁鐵和霍爾元件之間的磁場(chǎng)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(diǎn)火和噴油正時(shí)控制?；魻杺鞲衅魈攸c(diǎn)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(cè)

2.1觸發(fā)葉輪式曲軸位置傳感器

在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸皮帶輪的前端安裝傳感器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)葉輪的信號(hào)轉(zhuǎn)子也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)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(hào)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(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)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(chǎng)受信號(hào)轉(zhuǎn)子作用而變化；當(dāng)葉片進(jìn)入時(shí)，磁場(chǎng)就被觸發(fā)葉片所阻止，從霍爾效應(yīng)分析可知，此時(shí)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(gè)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(duì)磁鐵與霍爾元件時(shí)，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(hào)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(hào)，端子3為地線，傳感器頭部與信號(hào)盤正對(duì)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作，感應(yīng)頭部處于齒輪的槽口時(shí)，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(hào)；反之，當(dāng)感應(yīng)頭部與凸齒正對(duì)時(shí)，傳感器輸出低電位信號(hào)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器產(chǎn)生脈沖電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)脈沖電壓處理，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)及燃油噴射系統(tǒng)控制，保證發(fā)動(dòng)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(shuō)明其檢測(cè)方法。

（1）凸齒處于霍爾開(kāi)關(guān)IC和磁鐵之間時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)IC接受磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，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(dòng)機(jī)ECU的5V基準(zhǔn)電壓被搭鐵。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將檢測(cè)到曲軸位置傳感器輸出的OV低電位（注意：其實(shí)低電位電壓并非為OV，因?yàn)榫w管導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)晶體管的不同，集電極和發(fā)射極會(huì)有0.3V或0.7V的壓降）。當(dāng)磁力線通過(guò)時(shí)，霍爾傳感器線路中電流流向和電壓輸出。

2）槽口經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)與霍爾開(kāi)關(guān)IC時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)IC沒(méi)有接受磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，霍爾開(kāi)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(dòng)機(jī)ECU的5V基準(zhǔn)電壓與搭鐵線不導(dǎo)通。因此，信號(hào)線電壓接近5V，就是高電位狀態(tài)。參照?qǐng)D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(shí)，因?yàn)辇X輪隨著曲軸一起旋轉(zhuǎn)，通過(guò)曲軸位置傳感器的輸出信號(hào)會(huì)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(huì)隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)速率變化而變化。因此，通過(guò)檢測(cè)曲軸位置傳感器脈沖信號(hào)，可以測(cè)得轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器輸出為連續(xù)脈沖信號(hào)。

2.4霍爾傳感器在實(shí)車上的檢測(cè)

以本田飛度轎車觸發(fā)齒輪式傳感器接線為例，說(shuō)明檢測(cè)方法。

（1）工作電壓的檢測(cè)。斷開(kāi)傳感器插頭，再擰開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，接上萬(wàn)用表，端子1應(yīng)有12V，若沒(méi)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(cè)。將傳感器插頭斷開(kāi)，后將點(diǎn)火開(kāi)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(cè)。接上元征X-431檢測(cè)儀，參照維修手冊(cè)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，如果曲軸位置傳感器損壞，則發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼P0335。

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

（6）示波器的檢測(cè)。因霍爾式傳感器是一個(gè)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(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用示波器檢測(cè)輸出信號(hào)波形。依照以上的接線方式，引出端子2信號(hào)，連接示波器進(jìn)行測(cè)量，波形為脈沖方波或者查閱維修手冊(cè)。

（7）用發(fā)光二極管檢測(cè)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，引出端子2信號(hào)，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(hào)不良。如二極管試燈不閃爍，則應(yīng)檢查2號(hào)信號(hào)線端子與ECU的導(dǎo)通性。如果導(dǎo)通，則檢查2號(hào)信號(hào)線端子與搭鐵間應(yīng)有5V電壓。電壓正常則說(shuō)明是傳感器故障，否則是ECU故障。

3霍爾傳感器發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，同時(shí)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(hào)線，輸出信號(hào)仍為脈沖方波，ECU內(nèi)部電阻R與傳感器信號(hào)電壓有密切關(guān)系，也決定了輸出信號(hào)的高、低狀態(tài)數(shù)值，因此即使轉(zhuǎn)速很低，輸出信號(hào)電壓也能保證傳感器工作需要。在汽車制動(dòng)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(hào)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(cè)方法，現(xiàn)結(jié)合案例分析。

（1）飛度轎車不能起動(dòng)。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(kāi)展車身電器項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，下課時(shí)恢復(fù)實(shí)訓(xùn)車輛原來(lái)狀態(tài)，但車輛沒(méi)法起動(dòng)，該教師和學(xué)生花了1個(gè)多小時(shí)，仍未找到原因，請(qǐng)求我?guī)椭?。我首先用解碼器檢測(cè)讀取故障碼，共有超過(guò)10個(gè)故障碼，應(yīng)為做實(shí)訓(xùn)時(shí)帶電拔插傳感器留下的故障碼，應(yīng)先消碼，再打起動(dòng)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?yàn)榉磸?fù)拔插，插頭端子松動(dòng)，導(dǎo)致傳感器與插頭接觸不良，經(jīng)處理插頭后，發(fā)動(dòng)機(jī)能正常工作。

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

用汽車維修檢測(cè)電腦檢查，顯示“發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)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(shí)，用示波器檢測(cè)曲軸位置傳感器輸出信號(hào)，發(fā)現(xiàn)輸出波形有一個(gè)信號(hào)異常，懷疑信號(hào)盤有問(wèn)題，用內(nèi)窺鏡觀察曲軸位置傳感器信號(hào)盤，發(fā)現(xiàn)信號(hào)盤缺了一個(gè)齒，為何會(huì)缺齒?帶著疑問(wèn)拆解發(fā)動(dòng)機(jī)。原來(lái)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(gè)齒損壞。經(jīng)更換活塞、連桿、曲軸，裝復(fù)發(fā)動(dòng)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(hào)的隔離轉(zhuǎn)換，通過(guò)霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號(hào)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(shí)間快，電流測(cè)量范圍寬精度高，過(guò)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(yáng)能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電鍍、焊接應(yīng)用、變頻器，UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號(hào)采集和反饋控制。

5.2產(chǎn)品選型

5.2.1開(kāi)口式開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器

表1

5.2.2閉口式開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器

6小結(jié)

霍爾傳感器因輸出信號(hào)電壓幅值只有高低兩個(gè)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(shì)。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(diǎn)，采用理實(shí)一體化模式教學(xué)，注重在實(shí)車上的檢測(cè)方法，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)上就會(huì)得心應(yīng)手，解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備在高頻率使用時(shí)損壞的問(wèn)題。通過(guò)教師帶領(lǐng)學(xué)生排除故障的實(shí)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(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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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