摩托车用霍尔效应节气门位置传感器和转速传感器的研究

论文摘要

传感器是发动机电控系统中的关键元器件,精确反映发动机各种工况状态,是系统确定点火时刻、喷油时刻和喷油量等控制参数的依据。节气门位置传感器简称TPS,它是喷油量、点火提前角等控制参数和怠速、起步、加速等过程控制的主要信号源。传统的接触式摩托车用节气门位置传感器易受高温、振动、油污和灰尘的影响,导致传感器的稳定性、精确性降低。传统的磁电式摩托车曲轴转速传感器输出信号的幅值随转速的变化而变化,车速过慢,其输出信号低于1V,电控单元无法检测;响应频率不高,例如当转速过高时,传感器的频率响应跟不上;抗电磁波干扰能力差。本文通过设计开发霍尔效应式传感器以解决上述难题。本文根据摩托车节气门体的具体构造,改进了霍尔效应式节气门位置传感器的设计方案;使用FEMM二维有限元分析软件和MAXWELL三维有限元分析软件对设计方案进行了数值模拟,实验研究了磁铁的安装位置和角度的偏移对传感器线性范围的影响;设计了节气门位置传感器的安装组件,改造了节气门体;在台架上模拟传感器的工作环境,检验了工作温度、振动以及油污对传感器的电压输出的影响,并进行了整车实验,研究了摩托车整车导磁环境和磁干扰环境对传感器的输出信号的影响。本文所设计的霍尔效应节气门位置传感器线性范围达到25mm,能够在常温到70℃的温度范围、0~133Hz的振动频率、油污环境以及摩托车整车磁环境下稳定工作,满足摩托车用节气门位置传感器的要求。本文还做了转速传感器的设计和研究,设计了转速传感器的整车安装组件,在摩托车上进行了整车实验,分析了磁电机对传感器的影响,并与原车磁电式传感器进行比较,确定了传感器的测量精确度,以及与磁电式传感器相比,具备低速测量稳定性及输出信号稳定的优点。本文所设计的霍尔效应转速传感器能够广泛的应用于汽车、摩托车、电动自行车等领域。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车用传感器的现状与发展
• 1.2.1 发动机总成传感器
• 1.2.2 底盘控制传感器
• 1.2.3 车身用传感器
• 1.2.4 车用传感器的发展
• 1.3 霍尔效应传感器的研究现状
• 1.4 转速传感器的应用现状
• 1.5 摩托车节气门位置传感器的应用现状
• 1.6 本论文研究开发内容和意义
• 1.6.1 本课题的主要工作内容
• 1.6.2 本课题的意义
• 第二章 霍尔效应传感器及磁性材料
• 2.1 霍尔效应
• 2.2 霍尔器件的特性、种类、应用及发展方向
• 2.2.1 霍尔器件的特性
• 2.2.2 霍尔器件的种类
• 2.2.3 霍尔器件的应用
• 2.2.4 霍尔效应传感器的发展方向
• 2.3 HAL815 可编程线性霍尔芯片
• 2.3.1 HAL815 主要特点
• 2.3.2 HAL815 的主要应用
• 2.4 HAL504 开关型霍尔芯片
• 2.5 磁性材料
• 2.5.1 磁性材料的参数
• 2.5.2 软磁材料
• 2.5.3 永磁材料
• 第三章 霍尔效应节气门位置传感器的研究与开发
• 3.1 有限元分析软件
• 3.1.1 FEMM二维有限元分析软件
• 3.1.2 Maxwell3D有限元分析软件
• 3.2 磁路设计方案
• 3.2.1 方案一
• 3.2.2 方案二
• 3.2.3 方案三
• 3.3 实验设备
• 3.3.1 3D实验台
• 3.3.2 HT201 数字便携式高斯计
• 3.3.3 数字万用表
• 3.3.4 示波器
• 3.3.5 霍尔编程板及标定软件
• 3.3.6 激振装置
• 3.3.7 加热及温控装置
• 3.4 传感器设计方案的台架实验
• 3.4.1 方案一的台架测量实验
• 3.4.2 方案二的台架测量实验
• 3.4.3 电压测量
• 3.5 节气门位置传感器的台架实验
• 3.5.1 节气门体的改造
• 3.5.2 传感器的台架实验
• 3.5.3 霍尔效应式节气门位置传感器的整车实验
• 第四章 霍尔效应转速传感器的开发
• 4.1 磁电式转速传感器
• 4.1.1 磁电式转速传感器原理
• 4.1.2 磁电式传感器的优缺点
• 4.2 霍尔效应转速传感器
• 4.3 转速传感器的整车实验
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢