汽车车速传感器初探

汽车车速传感器初探摘要：车辆的行驶速度是汽车电子控制中一项非常重要的参数，许多汽车电子装置需要速度信号来判断工作，如发动机控制、自动驾驶、制动防抱死系统、驱动轮防滑系统、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等，这些装置都需要汽车车速信号[1]。车速传感器的作用就是检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统用于显示车速，或用于自动变速器系统、巡航定速系统、车速限制系统等。车速传感器的输出信号准确性和稳定性将对这些电子装置产生极大的影响。关键词：速度，汽车电子控制，车速传感器Abstract:Thetravelingspeedofthevehicleisaveryimportantparameterinvehicleelectroniccontrol，inmanyautomotiveelectronicdevicesrequireaspeedsignaltodeterminethework,suchasenginecontrol,automaticdriving,anti-lockbrakingsystem,wheelsskidsystem,automaticlockingdoors,activesuspension,guidancesystems,electronicinstruments,thesedevicesrequirevehiclespeedsignal[1].Effectspeedsensoristodetectvehiclespeed,andtheresultofthedetectionsystemtothecardashboarddisplaysforspeed,orfortheautomatictransmissionsystem,cruisecontrolsystem,thespeedlimitsystem.Accuracyandstabilityoftheoutputsignalofthevehiclespeedsensorwouldgreatlyinfluencetheseelectronicdevices.Keywords：Speedofautomobileelectroniccontrolvehiclespeedsensor1概述汽车传感器的应用和发展与人们不断追求汽车的安全、舒适和节能环保密切相关。为了适应现代观念的要求，必须使汽车及其使用电子化、智能化、科技化，而传感器技术正是促进汽车高档化、电子化和自动化发展的关键技术之一。车速传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件。汽车车速传感器把汽车运行中所测速度参数速度参数转化成电讯号输给中央控制单元。主要用于汽车的发动机控制系统、车身、底盘控制系统、导航控制系统等。车速传感器的种类很多，有机械式和电子式等几种，但随着技术的发展，电子式基本完全取代了机械式车速传感器。2汽车车速传感器类型车速传感器主要分为机械式车速传感器和电子式车速传感器，其中电子式车速传感器又分为磁电式车速传感器、霍尔式车速传感器、光电式车速传感器等多种形式。2.1机械式车速传感器2.1.1机械式车速传感器工作原理机械式车速传感器又叫舌簧开关式车速传感器，是一种传统的车速测量方式。机械传动式的装置由变速器传动蜗杆经软轴驱动主动轴带动永久磁铁旋转而产生扭矩，使指针转过一个与主动轴转速大小成比例的角度，需要一套机械传动机构。其工作原理如图1所示。舌簧开关式传感器安装在车速表转子附近，当车速表驱动软轴回转时，永久磁铁也回转，磁铁的N、S极将靠经或远离舌簧开关的触点，进而形成开关的闭合和断开状态。转子磁铁一般为4极的，车速表驱动轴每回转一圈，就会输出4个脉冲。2.1.2机械式车速传感器特点舌簧开关式车速传感器测量的精度不高且影响被测物的运转状态，已不能满足日益发展的汽车电子技术的需求。越来越多的汽车上已不再安装这种机械式车速传感器。图1舌簧开关式车速传感器结构2.2磁电式车速传感器2.2.1磁电式车速传感器工作原理磁电式车速传感器是利用电磁感应原理工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关，即：E=N*（d/dt）E：感应电动势；N：导电回路中线圈的匝数；d/dt：穿越线圈磁通量的变化率；通过改变磁通量的变化率就可以改变感应电动势E的变化，而在实际应用过程中，改变d/dt的方式有3种，即移动线圈、移动磁铁或改变磁阻，与之对应的分别成为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器和磁阻式磁电传感器。在车辆上应用最广的是磁阻式磁电传感器。其结构如图2所示。车速传感器由永久磁铁和电磁感应线圈组成，它被固定安装在变速器输出轴附近的壳体上，输出轴上的驻车锁定齿轮为感应转子。当变速器输出轴转动时，驻车锁定齿轮的凸齿不断地靠近或离开车速传感器，使线圈内的磁通量发生变化，从而产生交流电，车速越高，输出轴转速也越高，感应电压脉冲频率也越高，电控组件根据感应电压脉冲的频率计算汽车行驶的速度。图2磁电式车速传感器结构2.2.2磁电式车速传感器的输出信号磁电式车速传感器的输出信号波形如图3所示。图3磁电式车速传感器的输出信号波形2.2.3磁电式车速传感器特点磁电式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。2.2.4磁电式车速传感器安装位置它被固定安装在变速器输出轴附近的壳体上，输出轴上的驻车锁定齿轮为感应转子。2.3霍尔式车速传感器2.3.1霍尔车速传感器工作原理霍尔车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，它主要是由特定磁极对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成[3]。霍尔原理的公式如下：如图4左所示，当齿圈转到两个齿都与霍尔元件对正时，永磁体传到霍尔元件的磁力线分散，磁场B较弱，输出的霍尔电压较小；如图4右所示，当齿圈转到一个齿与霍尔元件对正时，永磁体传到霍尔元件的磁力线集中，磁场较强，输出的霍尔电压较大。齿圈转动过程中，使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压，此信号由电子电路转换成表中的脉冲电压。图4霍尔车速传感器结构2.3.2霍尔车速传感器输出信号霍尔车速传感器信号输出波形如图5所示图5霍尔车速传感器信号输出波形2.3.3霍尔车速传感器特点霍尔车速传感器具有以下优点：输出信号电压幅值不受转速的影响；频率响应高，其响应频率可高达20kHz，相当于车速为1000km／h时所检测的信号频率；抗电磁波干扰能力强。还具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、结构简单、使用方便等特点[4]。2.3.4霍尔车速传感器安装位置：后桥主减速器壳上或变速器输出轴上。2.4光电式车速传感器2.4.1光电式车速传感器工作原理光电式传感器是将光量的变化转变为量变化一种变换器，其原理基础是光电效应光电式车速传感器工作原理如图6所示。光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器，它由带孔的转盘两个光导体纤维，一个发光二极管、一个作为光电传感器的光电三极管组成。它由装在轴上的带孔或缝隙的旋转盘（光电编码盘），光源，光接收器等组成，输入轴与被测轴相连接。光源发出的光通过缝隙旋转盘照射到光敏器件上，使光敏器件感光并产生电脉冲。转轴连续转动，光敏器件就输出一系列与转速及带缝隙旋转盘上缝隙数成正比的电脉冲数[5]。在指示缝隙数一定的情况下，该脉冲数和转速成正比。图6光电效应光电式车速传感器工作原理2.4.2光电式车速传感器输出信号光电式车速传感器信号输出波形如图7所示。图7光电式车速传感器信号输出波形2.4.3光电式车速传感器特点光电式车速传感器具有测量误差下，精度高、结构紧凑、抗干扰能力强、测量能力强、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。2.4.4光电式车速传感器安装位置与机械式车速传感器一样，安装在车速表内。参考文献[1]董辉.汽车用传感器[M].北京：北京理工大学出版社，2000.[2]李俊松，宋仲康.汽车车速传感器测试系统的开发[J].汽车电器，2002,41(2)：13-15.[3]郑发农.电子式车速里程表[J].自动化仪表，2000,21(6)：19-20.[4]王春艳.基于MC33991的车速表设计[J].汽车电器，2007（12）:14-16.[5]苗清民.磁感应式车速表的结构与原理[6].实用汽车技术，2006（1）：24-25.