MEMS/传感技术
轮速传感器又称车轮转速传感器,车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内,这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰,用于保证电子通讯不产生中断,防止造成驾驶性能变差。
轮速传感器是用来测量汽车车轮转速的传感器。对于现代汽车而言,轮速信息是必不可少的,汽车动态控制系统(VDC)、汽车电子稳定程序(ESP)、防抱死制动系统(ABS)、自动变速器的控制系统等都需要轮速信息。所以轮速传感器是现代汽车中最为关键的传感器之一。
磁电式轮速传感器:
(1)结构
磁电式轮速传感器一般由磁感应传感头和齿圈组成,传感头由永磁铁、极轴、感应线圈等组成。齿圈是一个运动部件,一般安装在轮毂上或轮轴上与车轮一起旋转。轮速传感头是一个静止部件,传感头磁极与齿圈的端面有一定间隙。如下图所示。
汽车车轮转速传感器通常安装在车轮处,但在有些车型上则设置在主减速器或变速器中。
极轴根据形状的不同分为凿式、柱式、菱形三种类型,如下图所示。不同形状的传感头相对于齿圈的安装方式也不同。菱形极轴车速传感器头一般径向垂直于齿圈安装;凿式极轴车速传感器头轴向相切于齿圈安装;柱式极轴车速传感器头轴向垂直于齿圈安装。安装时应牢固,为避免水、灰尘对传感器工作的影响,在安装前须将传感器加注润滑脂。
(2)原理
磁电式轮速传感器是由永磁性磁芯和线圈组成。磁力线从磁芯的一极出来,穿过齿圈和空气,返回到磁芯的另一极。由于传感器的线圈圈绕在磁芯上,因此,这些磁力线也会穿过线圈。当车轮旋转时,与车轮同步的齿圈(转子)随之旋转,齿圈上的齿和间隙依次快速经过传感器的磁场,其结果是改变了磁路的磁阻,从而导致线圈中感应电势发生变化,产生一定幅值、频率的电势脉冲。脉冲的频率,即每秒钟产生的脉冲个数,反映了车轮旋转的快慢,如下图所示。
霍尔式轮速传感器:
(1)结构
霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。如下图所示。
(2)原理
霍尔式轮速传感器利用霍尔效应原理,即在半导体薄片的两端通以控制电流,在薄片的垂直方向上施加磁场强度为B的磁场,则在薄片的另两端便会产生一个大小与控制电流、磁感应强度B的乘积成正比的电势,这就是霍尔电势。
用霍尔元件作为汽车的车轮转速传感器时,多采用磁感应强度B作输人信号,通过磁感应强度B随轮速变化,产生霍尔电势脉冲,经霍尔集成电路内部的放大、整形、功放后,向外输出脉冲序列,其空占比随转盘的角速度变化。齿盘的转动交替改变磁阻,引起磁感应强度变化,即可测取传感器输出的霍尔电势脉冲。
如下图所示,永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮,齿轮相当于一个集磁器。
① 当齿轮位于图a)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线分散,磁场相对较弱。
② 当齿轮位于图b)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中,磁场相对较强。
③ 齿轮转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍尔电压的变化,霍尔元件将输出一个mV级的准正弦波电压,此信号再经过电子电路转换成标准的脉冲电压。脉冲的频率,即每秒钟产生的脉冲个数,反映了车轮旋转的快慢,通过脉冲的频率即可得知车轮转速。
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