汽车电子系统霍尔传感器的检测方法研究

堵卫红

(新乡职业技术学院，河南 新乡 453006)

0 前言

随着汽车功能的不断发展完善，汽车构造中用于检测位置、角度、压力、加速度等参数的传感器起到关键性的作用，为汽车稳定、可靠的运行提供数据支持。根据传感器的工作原理可以分为霍尔式、光电式和磁脉冲式传感器，其中霍尔传感器体积小、便于安装、输出信号稳定，可以在布满油污、灰尘的恶劣环境下稳定工作，在汽车行业得到了广泛的应用。在汽车电子系统检修工作中，需要掌握霍尔传感器的检测方法，不断积累相关的工作经验，提升汽车电子系统检修工作的质量与效率。

1 霍尔传感器的工作原理

霍尔传感器即利用霍尔效应的磁场传感器，根据霍尔效应实验测定的霍尔系数可对半导体材料的载流子浓度等参数进行判断。霍尔效应由美国物理学家霍尔提出，霍尔在金属导电性能实验中得出电压、电流、磁场强度的相互关系。在磁场垂直方向通过电流，磁场中的薄金属基片会受磁场力作用产生电荷偏移，产生霍尔电压形成的电场力与磁场力平衡，电压与电流和磁场强度呈正比关系。金属基片产生的霍尔电压较小，研究发现半导体、导电流体也具有霍尔效应，且半导体的输出电压高于金属。利用半导体制作的霍尔元件体积小、对磁场敏感、频率响应宽、使用寿命长，在自动化技术、信息处理、汽车电子等领域得到广泛应用。

霍尔传感器具有精度高、线性度好、测量范围广等优点，在工作温度区内可以对任何波形保持极高的精度，可以测量任意波形的电流和电压，且具备较强的抗外磁场干扰能力。霍尔传感器的应用范围十分广泛，在航空航天、交通运输、医疗技术、工业生产等诸多领域发挥着重要作用，其中霍尔元件早在20世纪80年代开始应用于汽车发动机控制系统，通常用于曲轴和凸轮轴位置传感器，是一种具有开关作用和霍尔效应的高质量汽车电子部件。曲轴和凸轮轴位置传感器能够及时采集信息并输出数字信号，计算曲轴和凸轮轴运动位置和旋转速度，提高汽车行驶的安全稳定性。叶轮式霍尔传感器是霍尔传感器的一种常见形式，将霍尔元件与机械部件结合于一体，形成的霍尔电路可以将毫伏级的微弱电压放大输出为较强的电压信号，利用叶轮叶片切割磁场控制电路，叶轮叶片旋转后输出霍尔电压，根据霍尔电路输出电压的变化判断曲轴、凸轮轴位置。借助霍尔传感器，可以实现对汽车驾驶功能的有效控制，起到降低汽车功耗、保障驾驶安全等作用。

2 霍尔传感器在汽车电子系统中的应用

霍尔传感器在汽车电子系统的应用呈增长趋势，主要有发动机转速传感器、车速传感器、节气门位置传感器、档位位置传感器、转向盘转角传感器等类型。根据使用目的的不同，汽车电子系统中使用的霍尔传感器可以分为开关式和线型2种，其中：开关式霍尔传感器包括霍尔元件、差分放大器、输出级等部件，输出数字量；而线型霍尔传感器包括霍尔元件、线性放大器、射极跟随器等，输出模拟量。

在汽车速度检测中，以往采用磁电式传感器在汽车低速行驶状态无法精准检测，采用霍尔传感器可以将速度转换为脉冲测量，不论是高速还是低速状态都可以精准测量汽车行驶速度。发动机转速检测中可以使用霍尔传感器，发动机带动齿轮经过磁力线强弱不同的区域，使通过霍尔元件的磁场强度改变，霍尔电动势的变化输出准正弦波电压，经施密特电路等整形电路后转换为脉冲电压，再经过差分放大器提升检测的灵敏度，用于检测发动机转速。在汽车点火系统中，应用发动机转速、曲轴转动角度霍尔传感器可以采集发动机转速、曲轴转动角度等参数，经电子点火控制器对检测信号进行分析计算，准时发送点火信号。在霍尔传感器的帮助下，可以使气缸内的汽油燃烧更加充分，在增加动力的同时节约燃料，减少尾气排放造成的大气污染。

在汽车制动系统中，霍尔传感器可以用于制动防抱死系统(ABS)，提高制动过程的稳定性，避免出现侧滑、甩尾等现象，减小制动距离。ABS由电子控制单元和多个轮速传感器、刹车液压阀门等组成，轮速传感器负责检测各个车轮的实际转速，由电子控制单元分析各个车轮传感器的信号，对车轮转速进行实时控制。当发现某个车轮转速低于其他车轮时，降低该车轮刹车液压阀压力提高车轮转速；当发现某个车轮转速高于其他车轮时，增加该车轮刹车液压阀压力以降低车轮转速。在电子控制单元的控制下，可以不断重复升降刹车液压阀压力动作，有效避免车轮抱死的现象，减小刹车距离。霍尔传感器可以在低速甚至车速为0的状态下保持输出幅值恒定，提高检测信号的准确度和灵敏度，综合性能优于其他类型的传感器。

3 汽车电子系统霍尔传感器的检测方法

3.1 霍尔传感器检测方法

汽车电子系统霍尔传感器检测需要结合汽车霍尔传感器的实际情况，下面以本田飞度轿车触发齿轮式传感器接线为例，阐述具体的检测方法。对于工作电压的检测，需要先断开霍尔传感器插头，拧开点火开关，使用万用表检测端子1的电压，如果电压没有12.0 V，需要进一步检查端子1与继电器的导通性；对于参考电压的检测，需要在断开传感器插头、拧开点火开关后，检测端子2与搭铁电压，如果没有4.8～5.0 V，需要进一步检测端子2与电子控制单元的导通性，若导通性没有问题可以判断为电子控制单元故障；对于搭铁电压的检测，可以检测端子3与地线的导通性，如果导通性存在问题需要进一步检测线束是否存在断路问题；使用解码器的检测，使用检测仪根据维修手册要求对发动机控制系统进行检测，曲轴位置传感器损坏对应故障码P0335；对于工作输出信号的检测，可以对传感器信号线引出测量线，或是用三通连接插头，使用万用表检测曲轴转动过程中的电压变化情况，以判断工作输出信号是否发生故障；使用示波器的检测，考虑到霍尔传感器属于电子元件控制电路，不能单纯根据电阻检查结果进行准确判断，需要用示波器检测发动机运转状态下的输出信号波形，查阅维修手册根据输出信号波形进行判断；使用发光二极管的检测，可以引出端子2信号与发光二极管试电笔并联，如果发光二极管闪烁不规律应是曲轴位置传感器信号不良，若不闪烁则需要检测2号信号线端子与电子控制单元的导通性，电压正常可判断传感器故障，电压异常应为电子控制单元故障。

3.2 汽车电子系统霍尔传感器检测案例

轮速传感器故障检测。某本田雅阁轿车更换发动机活塞连杆总成后，测试时速超过60 km时制动，ABS未启动，ABS故障警告灯亮起。问询车主后，了解到该车1个月内维修过ABS，对轮速传感器进行了更换。汽车ABS中轮速传感器是最重要的组件，需要依靠轮速传感器输出车轮轮速信号，通过实时监测车轮轮速调节制动轮缸压力，获得较高的车轮附着性能，避免制动过程中出现车轮抱死的情况。将更换轮速传感器车轮的ABS电磁阀电路断路，拆下轮速传感器，剥开导线接头处发现线头断开，对导线电压、搭铁、电阻测试均正常，判断为导向连接不良问题。将导向重新连接，在车轮上重新安装轮速传感器，消除故障码，经过路试证明故障已排除。

凸轮轴位置传感器故障检测。某本田思域轿车行驶里程超过10 000 km后，存在动力下降的问题。经全面检查，发现发动机功率不足。该车使用的霍尔传感器触发叶轮由凸轮轴拉动，叶轮叶片位于磁铁与霍尔元件间时切断磁场不会产生霍尔电压，信号发生器输出高位电压，经过磁铁与霍尔元件的间隙后会生成霍尔电压，信号发生器输出低位电压。凸轮轴位置传感器与发动机转速传感器测量凸轮轴、曲轴位置信号，比较分析发动机控制系统中的凸轮轴、曲轴位置信号。为检测霍尔传感器是否存在故障，使用万用表对信号端子、正端子电阻等进行检测，结果显示正常。借助双通道示波器对发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器输出信号波形进行检测，结果显示2个发生器信号不同步。对凸轮轴位置传感器进行拆卸检查，发现霍尔元件存在严重划痕，触发叶轮已经严重变形，更换触发叶轮后重新安装凸轮轴位置传感器，路试时故障排除。

档位传感器故障检测。某北汽轿车行驶里程超过80 000 km后，存在跳档的现象，且倒档不容易挂上。使用解码器读取故障码，没有发现存在故障码，判断自动变速器传感器和继电器不存在故障。停车状态下观察数据流未发现问题。对档位传感器的霍尔元件进行检测，测量倒档和D档下相应接口的对地电压，与电压要求不符，说明霍尔元件存在故障，使得换档逻辑信号不准确。更换档位霍尔元件后，经路试证明故障已经排除。

节气门位置传感器故障检测。某丰田花冠轿车行驶里程为60 000 km后，存在故障灯突然亮起的故障。检查车辆怠速情况，发动机存在怠速抖动，进行加速测试时存在较严重的加速不良情况。该车节气门使用霍尔传感器，4根导线中1根电脑供电、1根搭铁线、1根信号线输出节气门开度信号，还有1根信号线对信号准确性进行监测。对节气门位置传感器进行检测，拔下传感器插接器，车辆点火，使用万用表测量电源电压和搭铁线与电池负极导通性。启动发动机后，使用万用表测量发动机怠速和加速状态下2根信号线对搭铁电压，结果显示电压超出正常范围。分析原因为节气门位置传感器损坏，发动机电脑无法收到节气门位置信号，使得节气门开度无法改变，所以出现怠速抖动和加速不良问题。对存在问题的节气门位置传感器进行更换，经路试证明故障现象消失。

4 结语

综上所述，随着汽车工业的不断发展，霍尔传感器在汽车电子系统的应用越来越广泛。霍尔传感器和传统的接触式传感器相比，具有很强的抗干扰能力，可靠性强，使用寿命长，在汽车速度、发动机转速、ABS、节气门位置传感器中均起到了不错的效果，为实现汽车功能、保证性能稳定性起到了重要的作用。但霍尔传感器的使用同样会面临各种故障，需要观察故障现象，分析故障可能的原因，善于运用解码器、示波器、万用表等检测仪器设备对霍尔传感器进行检测，以及时排除故障，提升汽车整体结构和功能的稳定性。