切向式霍尔车速传感器在变速箱中的应用

◎文/刘记 王康林 葛佳（安徽星瑞齿轮传动有限公司）

车速传感器的功能是检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统来显示车速，或用于自动变速器系统、巡航定速系统及车速限制系统等[1]，因此，车速传感器输出信号的准确性和稳定性会对这些系统产生较大的影响。

一、车速传感器的分类

车速传感器通常安装在变速箱上，但也有利用ABS轮速传感器输出的信号来检测车速。车速传感器主要分为机械式与电子式两大类，其中电子式车速传感器又分为磁电式、光电式及霍尔式。

机械式车速传感器是传统的车速传感器，由于其输出信号的精度较低，目前越来越多的汽车已不再安装这种传感器；磁电式车速传感器输出信号的强弱与转速有关，当转速过低时，可能会因输出信号太弱而无法检测，且响应频率较低，抗电磁波干扰能力差；光电式车速传感器容易受油污、粉尘及杂光的影响，且不适用于高温环境；而霍尔车速传感器具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强等优点[2]。因此，目前汽车多采用霍尔式车速传感器。

二、传统结构车速传感器在商用车变速箱中的应用

图1 机械式车速传感器安装示意图

由于商用车多用于运输货物，且行驶路况复杂，对车速传感器的输出信号的精度要求不高，传统的商用车多采用机械式车速传感器。但随着电子技术发展及对巡航定速等功能的要求，用户对商用车车速信号准确性和稳定性的要求也越来越高。目前一些商用车也逐渐开始选用电子式车速传感器，一些变速箱厂家开始用霍尔式车速传感器替代机械式车速传感器。

商用车车速传感器一般安装在变速箱后盖上，从变速箱输出轴处采集信号。机械式车速传感器在商用车变速箱上的安装示意图如图1所示，通过蜗轮蜗杆传动型式将变速箱输出轴的转速转化成脉冲信号传递出来。传统结构的霍尔式车速传感器在商用车变速箱上的安装示意图如图2所示，通过传感器顶部的霍尔元件与靶轮的电磁感应将变速箱输出轴的转速转化成脉冲信号传递出来。

图2 传统霍尔式车速传感器安装示意图

三、切向式霍尔车速传感器在商用车变速箱中的应用

从机械式车速传感器与霍尔式车速传感器的安装示意图可以看出，机械式车速传感器的安装方向与变速箱输出轴是相切的，而传统结构的霍尔式车速传感器的安装方向是径向对着变速箱输出轴。因此，如果用传统结构的霍尔式车速传感器代替机械式车速传感器，则需要变动变速箱后盖结构。变速箱后盖一般是模具件产品，结构变动需要重新开发模具，成本较高。本文介绍的这种切向式霍尔车速传感器，在不改变后盖结构的情况下可以与机械式车速传感器互换，降低了设计成本，安装示意图如图3所示。这种切向式霍尔车速传感器已在本公司多款商用车变速器上成功应用。

图3 切向式霍尔车速传感器安装示意图

四、切向式霍尔车速传感器的工作原理

切向式霍尔车速传感器的结构如图4所示。该车速传感器的敏感元件是封装于金属外壳内的霍尔元件，霍尔元件通过支架固定在外壳侧面部位的内壁上。霍尔元件安装在正对于变速箱中随输出轴转动的靶轮周边，安装间隙1.4±0.6mm。靶轮转动时使通过霍尔元件的磁场发生变化，霍尔元件产生相应的模拟信号，传感器内部的集成电路将此信号滤波、放大、转化为矩形波信号输出，或该信号由内置单片机处理按用户相应要求智能化输出。

图4 切向式霍尔车速传感器的结构图

五、切向式霍尔车速传感器的信号精度

这种切向式霍尔车速传感器是为本公司一款六档商用车变速箱开发的。为满足整车巡航功能的需求，整车厂要求信号精度误差不大于2%。经过整车试验测试，高速档时该车速传感器的信号误差如表1所示。

由表1可以看出，高速档时该车速传感器的信号误差满足整车需求。由于车速越高传感器信号误差越大，故低速档时该传感器的信号误差也满足要求。

表1 切向式霍尔车速传感器的信号精度