带旋转方向识别的霍尔传感器原理与检修

孪臣华

关键词：霍尔传感器

霍尔传感器因其结构简单、抗干扰性强等优点，在汽车上得到了广泛的应用，迈腾B8发动机转速传感器G28就是霍尔传感器。根据配置不同，迈腾B8采用2种不同的霍尔传感器：普通的霍尔传感器和带旋转方向的霍尔传感器。带起停功能的发动机，采用的就是带旋转方向的霍尔传感器。本文将对带旋转方向的霍尔传感器G28的原理进行深入研究，并对其检修给出合理建议。

1.G28简介

G28在B8发动机上主要用于探测曲轴的转速和位置。它采用了一個60减2齿的传感轮，并和霍尔传感器G40一起准确识别曲轴所处的具体位置。这样就能准确计算出燃油喷射时长、喷射时刻以及点火时刻等数据。

迈腾B8上的霍尔传感器G28，根据车型配置不同分为普通的霍尔传感器和带旋转方向的霍尔传感器。两者都由霍尔片和控制单元组成，不同的是带旋转方向的G28比普通的G28多1片霍尔片，有3片，而且霍尔片不是均匀分布的，如图1所示。

霍尔传感器在工作时基本不会产生磨损，传感轮以无接触的方式进行感应。因发动机变热以后传感器与传感轮的距离可能会发生变化，而霍尔传感器对传感轮之间的距离以及振动等因素并不是十分敏感，因此霍尔传感器在汽车上得到了广泛应用。

2.G28工作原理

霍尔传感器是根据霍尔效应进行工作，霍尔效应则是以美国物理学家埃德温·霍尔的名字命名。霍尔传感器G28实际上是1个电磁开关，由半导体晶片和阈值开关组成。

（1）半导体晶片

半导体中的电子呈均匀分布，半导体层如果被磁场贯穿，电子就会沿着与电流垂直的方向往一侧移动，从而导致电子分布不均，一侧过多，而另一侧则过少，于是就产生了电压，这就是霍尔电压。如果磁场消失，电子又会重新均匀分布，于是就测量不到电压。如果周期性施加再撤销磁场就可以测得持续的电压变化。

（2）阈值开关

阈值开关的作用是将霍尔电压的模拟信号转为数字信号，其工作过程如下。电子在受到磁场作用后，可以在霍尔元件上测得一个电压，阈值开关闭合。反过来，磁场消失在霍尔元件上，就测量不到电压，阈值开关就会断开。只有存在一定的霍尔电压时，阈值开关才会被接通。如果电压下降到一定的数值以下，开关就会断开。开关开闭的同时，将闭合或断开一个外部电路。

（3）端子分配与电流

霍尔元件也被称为霍尔器件，当中通有电流，此外它还向控制单元发送信号。G28传感器上共有3个端子，端子1是5V供电，端子2是信号，端子3是搭铁。

霍尔传感器G28是一个电磁开关，其有时通电有时断电，通过内联的方法可以测得端子2和3间的电流，工作时电流为4.2 mA左右，不工作时为0.2 mA左右。在检测过程中可以根据端子2的工作波形，来判断G28的好坏，正常时应该是一个连续完整的0V和5V矩形波形。

霍尔传感器相当于一个开关，将信号传递给控制单元，该信号是由传感器内电压的变化而产生的。在这里控制单元需要识别开关的状态，开关本身搭铁，在控制单元的输出端上有1个正电压控制单元，对输出端进行监控。如果开关断开，控制单元就会识别到输出端上有正电压。如果开关闭合，电流就会直接到搭铁点上，形成短路，这时由于电流直接流向搭铁点，控制单元输入端的电位就会下降。为防止发生短路，在这中间安装有一个电阻很高的上拉电阻。该电阻相当于一个用电器，可以防止短路。这里开关的作用由霍尔传感器取代，如图2所示。

3.G28波形分析

在研究G28波形之前我们先探讨一下，为什么带起停功能的发动机需要采用带旋转方向识别功能的G28。

因为，在关闭发动机后，发动机通常会在旋转方向上继续转几圈。也就会出现某一个活塞原本正在进行压缩行程，却无法到达上止点的情形。而且在压力的作用下，活塞会被重新往下压。于是，发动机就会朝与原来转向相反的方向转动。和普通的G28传感器相比，带旋转方向识别功能的G28有一个优点，就是可以识别这种逆旋转。因此，当车辆从停止阶段重新起动时，能始终保证发动机迅速而平稳的起动。

根据霍尔传感器布置原则，一块霍尔片感应到传感轮齿根时，另一块感应到的就是齿顶。对于这种传感器而言，无论传感轮朝哪个方向运动，齿顶与齿根的感应顺序不会发生改变。因此普通霍尔传感器检测出的波形不会改变，就检测不出发动机旋转方向，如图3所示。

带旋转方向识别功能的G28传感器里面增加了1块霍尔片，负责识别传感轮上各个齿的齿根和齿顶。因为这些齿的齿面经过传感器的时间顺序不同，各个霍尔片所识别出的顺序也就不同。传感器内的控制单元识别出各霍尔片的信号，并通过齿面经过传感器的时间顺序，识别出旋转方向，再将一个规定的信号传递给发动机控制单元。带旋转方向识别的G28正转和反转波形图，如图4所示。

从波形可以清楚地看到信号的变化，在发动机正向旋转时，得到的是一个较短的低电平信号，在反向旋转时得到的低电平信号则较长，发动机控制单元就可以准确识别出发动机的旋转方向，以及最终形成的角度。

4.G28检修

当G28传感器信号显示不标准或者信号不规律时，就需要更换传感器。这里需要注意以下几点。

（1）带旋转方向识别的G28和普通G28，外观上没有区别，在安装时，它们本身设计的就是不能互相插入，防止误更换。因此，更换时一定注意它的特殊结构和不同的背景编号。在订购备件时，也需注意传感器对应的车型。

（2）更换完传感器后需要进行波形测试，如果波形正常，则继续进行试车。如果波形不正常则需要更换传感轮。

（3）传感轮和密封法兰是一个整体（图5），更换的时候需要一起更换。且必须使用大众专用工具T10134进行安装，以保证传感轮在曲轴上位于正确的位置。

带旋转方向识别的霍尔传感器关系到车辆起停功能能否正常，本文通过对迈腾B8带旋转方向识别的G28功能原理的研究，给出维修建议，对日常汽车霍尔传感器的正确维修具有指导意义。