汽车ABS系统中主动式轮速传感器解析

何细鹏

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）



汽车ABS系统中主动式轮速传感器解析

何细鹏

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

摘 要：汽车ABS系统中主动式轮速传感器在国外技术非常成熟，使用也十分广泛，在国内也被各大汽车公司应用到了多种车型上。文章主要阐述了霍尔式（Hal）和磁阻式（MR）主动轮速传感器的工作原理，重点分析了不鉴别方向的和鉴别方向的主动式轮速传感器的信号特征。

关键词：轮速传感器；磁阻式；霍尔式；ABS

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.051

CLC NO.: U463.3Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2016)04-144-03

引言

汽车防抱死制动系统（ABS系统）是指在汽车制动过程中为了使汽车达到最佳的制动效果和使汽车在制动过程中保持良好的行驶稳定性，避免汽车因甩尾和丧失方向稳定性而发生交通事故，能够根据车轮滑移率适时调节制动力大小，防止车轮抱死的电子控制系统。汽车ABS系统中轮速传感器的功能为时刻检测各个车轮的转速，然后把此转速信号发送到ABS的电控单元（ECU），ECU再根据此信号计算出车轮的滑移率，将实际滑移率和滑移率标准值做比较，得出指令并发送至执行器液压模块，从而调节车轮制动力的大小，使车轮始终保持在要抱死而又未抱死的状态，即防止车轮抱死。

汽车ABS系统中轮速传感器按功能原理可划分为被动式和主动式两类。被动式轮速传感器是目前国内技术最为成熟，使用最为广泛的一种轮速传感器，其常见的形式为电磁感应式轮速传感器。主动式轮速传感器在国外技术非常成熟，使用也十分广泛，在国内也被各大汽车公司应用到了多种车型上，常见的形式有霍尔式（Hal）、磁阻式（MR）和巨磁阻（GMR）等。被动式轮速传感器的主要优点是结构简单，成本低；缺点是体积大，质量重，传感器输出电压信号的振幅随车速的变化而变化，且抗电磁干扰性差。主动式轮速传感器则克服了感应式轮速传感器的缺点，它的优点为体积小、质量轻、结构简单、安装方便，并且国外大多数主动式轮速传感器的齿圈上设计有N-S的多极磁环，因此主动式轮速传感器的感应头不再设计背磁，使得该类传感器体积更小，安装更方便，输送给ECU的信号为交替变化的高低电流，信号稳定，抗电磁干扰性能好。随着汽车电子技术的发展，主动式轮速传感器逐渐被应用在汽车ABS系统中。本文主要阐述的就是主动式轮速传感器。

1、主动式轮速传感器的工作原理

主动式轮速传感器又称为有源轮速传感器，它有一个电源电路给其提供一个外部电压。假如电源电路不能提供电压，那么主动式轮速传感器就无法产生任何信号。

主动式轮速传感器体积小、质量轻、结构简单，背磁设计在齿圈上，感应头直接安装在车轮轴承上。主动式轮速传感器一般包括一个感应元件和一个电子元件，感应元件常见的为霍尔式或磁阻式，这些元件能够依据它们的磁流量的大小来控制电压。与被动感应式传感器相比，主动式轮速传感器输出的信号与车轮的转速直接相关，所以能够用来监测车轮的转速，包括车轮完全停止的状态。感应元件上产生的电压最后会被两个直流发电机变换为电流，而电流的变化频率与车轮转速成正比例关系。这种使用霍尔式或磁阻式感应元件产生数字信号的传感器显然要比被动感应式传感器的抗干扰性能好，另外还可以使用这种方式实现其他多项功能，如：车轮转动方向的鉴别、传感器空气间隙尺寸的监测等。

1.1 霍尔式（Hal）主动轮速传感器的工作原理

霍尔效应式主动轮速传感器由一个霍尔组件（通常含两个霍尔效应元件）和一个电子元件组成。霍尔效应元件能够在同时垂直与磁场和电流的方向上产生一个电压，这一现象为霍尔效应，这个电压我们称之为霍尔电压。传感器中的霍尔组件能够控制电压，使得霍尔电压随着通过霍尔效应元件的磁流量的大小变化而变化。

霍尔效应式主动轮速传感器的霍尔组件由两个霍尔效应式元件组成（如图1中A区域）。两个霍尔效应式元件产生的信号通过一个差速器的处理和过滤最后转变为一个电信号（如图1中区域B）。这个电信号再通过增强处理（如图1中区域C）和校正处理，随后抗干扰处理，最终形成新的方波（如图1中区域D）。这一方波信号最后要通过两个并联设计的7mA的直流发电机（如图1中区域E）。第一个直流发电机不断地输送信号并确定信号的低电流值（7mA），第二个直流发电机则将信号转变为高电流值（7+7=14mA）。两个直流发电机的功能就是要尽力得到没有被干扰的标准的方波信号。

1.2 磁阻式（MR）主动轮速传感器的工作原理

磁阻式主动轮速传感器由一个磁阻式元件和一个电子元件组成（如图2所示）。磁阻式元件（半导体）通常由一些被硅片分离的高透磁合金片组成。这些硅片能够依据磁场的电流强度和磁场的方向的改变而改变它们自身的电阻值大小，而电阻值大小的改变又会导致磁阻式元件自身电压降的改变，这一电压降又能够控制设置在后面的电子元件，这一电子元件最后产生一个7mA或14mA的电流，这一电流再加在电控单元的内部电阻（115欧姆）上而产生相应的电压。

图2　磁阻式(MR)轮速传感器的原理图

2、主动式轮速传感器的信号特征

汽车ABS系统中霍尔式和磁阻式主动轮速传感器的信号特征相同，但是它们都有可鉴别方向的和不鉴别方向的两种类型。本文下面分别阐述不鉴别方向的和鉴别方向的主动式轮速传感器的信号特征。

图3　不鉴别方向的主动式轮速传感器的信号波形

2.1 不鉴别方向的主动式轮速传感器的信号特征不鉴别方向的主动式轮速传感器的输出信号基本是恒定的，输送给ECU的信号为7mA或14mA交替变化的高低电流（信号波形如图3所示），其电流变化频率与车轮转速成正比，同时不受空气间隙大小、齿圈尺寸精度、工作频率等因素影响，受工作温度的影响也非常小

2.2 鉴别方向的主动式轮速传感器的信号特征

图4　鉴别方向的主动式轮速传感器的信号波形

鉴别方向的和不鉴别方向的主动式轮速传感器主要工作原理相同，内部电路也没有本质区别，它们的区别仅仅是内部下拉电阻（图1中所示的R）的阻值不同。不鉴别方向的主动式轮速传感器的内部电阻R的阻值是115欧，而鉴别方向的主动式轮速传感器的内部电阻R的阻值是50欧。

鉴别方向的主动式轮速传感器对内部电路重新设计后，能够输出7mA、14mA和28mA等三种不同的电流。其中低电流信号7mA和高电流信号14mA为车轮转速的脉冲信号，它的变化频率与车轮转速成正比，ECU根据该脉冲信号的频率计算车轮转速。

14mA的中电流信号是数据协议，表示当前轮速传感器的各种状态。该数据协议一共有9个数据位，每个数据位都能够使用其波形的上升沿与下降沿来表示对应的0或1的二进制代码，然后用二进制代码表示当前轮速传感器的状态，其中第4个数据位就是用来鉴别方向的数据位，如图4所示。数据协议含义如表1所示。

表1　数据协议含义

3、结语

当前，汽车ABS系统已经成为汽车的标配，而且很多基于ABS平台的安全控制系统也都获得了开发和应用，例如：驱动防滑控制系统（ASR）、车身电子稳定系统（ESP）、车辆动态控制系统（VDC）、电子制动力分配（EBD）、电子控制制动辅助系统（EBA）等等。而这些安全控制系统对轮速传感器的性能要求也越来越高，轮速传感器的性能也变得越来越关键。主动式轮速传感器具有体积小、质量轻、结构简单、安装方便等优点，而且主动式轮速传感器输送给ECU的信号为交替变化的高低电流，信号稳定，抗电磁干扰性能好，因此它必将会被广泛应用在汽车安全控制系统中。

参考文献

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中图分类号：U463.3

文献标识码：B

文章编号：1671-7988(2016)04-144-03

作者简介：何细鹏，硕士，教研室主任，就职于武汉交通职业学院汽车工程学院，研究方向：汽车维修技术。

Parsing of ABS active wheel speed sensor

He Xipeng
( Transportation vocational college, Hubei Wuhan 430065 )

Abstract:Active for ABS wheel speed sensor technology is very mature in a foreign country, use very extensive in the country's major car companies have also been applied to a variety of models. This paper describes Hall (Hal) and works capstan speed magnetoresistive (MR) sensor analyzes the signal characteristics are not discriminating direction and active wheel speed sensor identification directions.

Keywords:wheel speed sensor; Magnetoresistive; Hall; ABS