江西芯宇微電子有限公司

霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上會(huì)產(chǎn)生電勢差。霍爾傳感器利用這一原理，能夠檢測磁場變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。霍爾傳感器具有高精度、高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。其精度高體現(xiàn)在能夠準(zhǔn)確檢測微小的磁場變化，例如在汽車凸輪軸位置傳感器中，能夠精確判斷凸輪軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)火時(shí)機(jī)和燃油噴射順序的精確控制。高靈敏度使得霍爾傳感器能夠快速響應(yīng)磁場的變化，為汽車控制系統(tǒng)提供及時(shí)準(zhǔn)確的信號(hào)。同時(shí)，霍爾傳感器具有良好的抗干擾性，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作，不受外界磁場干擾。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

霍爾傳感器在汽車凸輪軸、曲軸、輪速等傳感器中都有廣泛的應(yīng)用。在凸輪軸位置傳感器中，如 芯宇微電子 推出的 XY17CA 霍爾傳感器，工作溫度范圍為 -40~150℃，工作電壓在 3.5~24v，采用 3 - SIP - UA 封裝，易于安裝和調(diào)整。該傳感器具有片上 10 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字采樣保持電路的邏輯，具有更高的準(zhǔn)確性、抗干擾性和響應(yīng)速度。在曲軸位置傳感器中，霍爾曲軸位置傳感器利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)，向控制單元提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和上止點(diǎn)數(shù)據(jù)。例如在某通用汽車 3.8L 6 缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，霍爾式曲軸位置傳感器被安裝在位于曲軸前端傳動(dòng)帶輪后面，用于輸出曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)。在輪速傳感器中，霍爾式輪速傳感器具有輸出信號(hào)電壓振幅值不受轉(zhuǎn)速的影響、頻率響應(yīng)高、抗電磁波干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。它能夠檢測車輪轉(zhuǎn)速，為汽車的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性控制等提供重要數(shù)據(jù)。總之，霍爾傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，為提高汽車的性能、安全性和智能化水平發(fā)揮了重要作用。

二、霍爾在凸輪軸傳感器上的應(yīng)用

（一）判缸點(diǎn)火的關(guān)鍵作用

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，霍爾傳感器在凸輪軸位置傳感器中起著判缸點(diǎn)火的關(guān)鍵作用，它是調(diào)整點(diǎn)火時(shí)間的重要元件。當(dāng)霍爾傳感器正常工作時(shí)，能夠準(zhǔn)確地采集氣門凸輪軸的位置信號(hào)，并將其輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）。ECU 據(jù)此識(shí)別出 1 缸壓縮的上止點(diǎn)，從而精確控制點(diǎn)火正時(shí)和爆燃。例如，在某品牌汽車中，若凸輪軸位置傳感器采用的霍爾傳感器出現(xiàn)故障，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并重新啟動(dòng)，但此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)進(jìn)入緊急運(yùn)行模式，氣缸內(nèi)的噴油將變?yōu)橥瑫r(shí)進(jìn)行，而不再是順序進(jìn)行，這將極大地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。由此可見，霍爾傳感器在凸輪軸位置傳感器中的正常工作對于確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行至關(guān)重要。

（二）線性型霍爾傳感器的應(yīng)用

線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測量。在電流檢測方面，由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。例如，霍爾電流傳感器工作原理是將標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。在位移測量方面，兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在 Z 軸上作△Z 位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測出拉力及壓力的大小，比如按這一原理制成的力傳感器。

（三）開關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用

開關(guān)型霍爾傳感器主要用于測轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開關(guān)、關(guān)門告知器、報(bào)警器、自動(dòng)控制電路等領(lǐng)域。在凸輪軸位置傳感器中，開關(guān)型霍爾傳感器可以用于檢測凸輪軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信息。例如，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中，開關(guān)型霍爾傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測凸輪軸的轉(zhuǎn)速變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定閾值時(shí)，傳感器會(huì)向 ECU 發(fā)送信號(hào)，ECU 則會(huì)根據(jù)這個(gè)信號(hào)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射量和點(diǎn)火時(shí)間，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。此外，開關(guān)型霍爾傳感器還可以用于檢測凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，這對于發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)控制非常重要。如果凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向出現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)動(dòng)機(jī)將無法正常工作，甚至可能會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部部件。

三、霍爾在曲軸傳感器上的應(yīng)用

（一）產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)

霍爾式曲軸位置傳感器利用霍爾效應(yīng)原理，產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)。它通過觸發(fā)葉片或輪齒改變通過霍爾元件的磁場強(qiáng)度，使霍爾元件產(chǎn)生脈沖霍爾電壓信號(hào)，經(jīng)放大整形后為曲軸位置傳感器的輸出信號(hào)。這個(gè)輸出信號(hào)為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置等。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)這些數(shù)據(jù)精確控制點(diǎn)火時(shí)間和燃油噴射量，確保發(fā)動(dòng)機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行。例如，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，可變磁阻轉(zhuǎn)子中的槽會(huì)改變傳感器的磁場，并產(chǎn)生感應(yīng)電壓脈沖，用于識(shí)別曲軸的旋轉(zhuǎn)方向。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，曲軸位置傳感器產(chǎn)生參考脈沖信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)這參考信號(hào)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置，這是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制點(diǎn)火時(shí)間的重要信號(hào)。

（二）不同發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例

在通用汽車的部分車型中，如某通用汽車 3.8L 6 缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，霍爾式曲軸位置傳感器被安裝在位于曲軸前端傳動(dòng)帶輪后面，用于輸出曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和上止點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)火時(shí)機(jī)和燃油噴射順序的精確控制。在北京切諾基發(fā)動(dòng)機(jī)中，霍爾式曲軸位置傳感器與 ECU 有三條引線相連。其中一條是 ECU 向傳感器加電壓的電源線，輸入傳感器的電壓為 8V；另一條是傳感器的輸出信號(hào)線，當(dāng)飛輪齒槽通過傳感器時(shí)，霍爾傳感器輸出脈沖信號(hào)，高電位為 5V，低電位為 0.3V；第三條是通往傳感器的接地線。通過這種連接方式，傳感器能夠準(zhǔn)確地將曲軸位置信息傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。此外，在一些車型中，曲軸位置傳感器安裝在飛輪殼體上或分電器內(nèi)等位置，不同的安裝位置都是為了更好地檢測曲軸的轉(zhuǎn)速和位置信號(hào)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的精確控制提供保障。

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