摩托车用霍尔效应转速传感器的研究与开发

论文摘要

传统的摩托车曲轴转速传感器一般使用磁电式传感器。磁电式转速传感器结构简单、成本低,但存在下述缺点:一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢,其输出信号低于1V,电控单元就无法检测。若车速过快,其输出信号电压值过高,会出现次脉冲,检测结果与真实转速不符;二是抗电磁波干扰能力差。霍尔效应式转速传感器则能克服上述的缺点。摩托车发动机工作环境较为恶劣,震动大,油污多,而霍尔传感器具有无触点、长寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性能好、抗污染能力强、构造简单、坚固、体积小、耐冲击等诸多优点,这些特点决定了摩托车上使用霍尔效应式传感器是个很好的选择。本文对霍尔转速传感器磁路的设计进行了研究,确定了适合于摩托车具体应用环境的信号发生方案,选择了合适的霍尔芯片,通过对磁性材料的分析比较确定了性价比高的材料;用有限元分析软件FEMM对磁路进行模拟仿真,从原理上论证了方案的可行性,仿真分析了磁铁长度等参数对输出信号的影响,得到了磁铁长度等参数与芯片放置位置的关系;进行了专用试验装置的搭建,试验验证了数值模拟的计算结果,研究了不同形状和尺寸的齿轮对输出信号的影响,确定了目标齿轮的极限尺寸,得到了磁铁与齿轮之间的空气间隙和芯片能够正常工作时齿轮的最高转速的关系,分析了不同空气间隙下芯片工作的可靠性。为使本文开发的传感器更好的应用在摩托车上,对上述的各种参数进行了优化。根据传感器的安装位置,设计其机械结构,将其应用到测量摩托车发动机曲轴转速和车轮转速上,成功的出现了预期的信号。本文所开发的传感器满足摩托车的使用要求,并具备信号输出可靠、结构简单、耐久性好的特点。曲轴转速传感器还解决了一般的霍尔效应传感器无法适用于摩托车发动机高转速的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 传感器在发动机及整车上的应用及发展
• 1.2.1 车用传感器的应用现状
• 1.2.2 车用传感器的发展趋势
• 1.3 转速传感器的应用现状
• 1.3.1 可变磁阻式传感器
• 1.3.2 霍尔效应式传感器
• 1.4 霍尔传感器的国内外研究状况
• 1.5 本课题的意义和主要工作
• 1.5.1 本课题的意义
• 1.5.2 本课题的主要工作
• 第二章 霍尔效应传感器
• 2.1 霍尔效应的原理及应用
• 2.1.1 霍尔效应原理
• 2.1.2 霍尔效应的应用
• 2.2 霍尔器件
• 2.2.1 霍尔元件
• 2.2.2 集成霍尔传感器的发展
• 2.3 霍尔传感器的工作特点
• 2.4 霍尔传感器的触发方式
• 第三章 霍尔转速传感器组件的研究与开发
• 3.1 霍尔转速传感器组件的设计方案
• 3.2 霍尔转速传感器组件中磁性材料的选择
• 3.2.1 磁性材料的参数
• 3.2.2 永磁材料的选择
• 3.2.3 软磁材料的选择
• 3.3 霍尔芯片的选择
• 3.4 磁路的仿真
• 3.4.1 FEMM仿真方法的建立
• 3.4.2 方案一的仿真
• 3.4.2.1 对15mm磁铁的仿真
• 3.4.2.2 对8mm磁铁的仿真
• 3.4.2.3 两种长度磁铁对结果产生影响的分析比较
• 3.4.3 方案二的仿真
• 第四章 霍尔转速传感器的台架实验及实验结果分析
• 4.1 实验仪器介绍
• 4.2 实测值与仿真值的比较
• 4.3 实验过程中齿形的选择
• 4.4 空气间隙的影响及不同间隙下的波形图
• 4.4.1 空气间隙的影响
• 4.4.2 不同空气间隙下的波形图
• 第五章 霍尔转速传感器的应用与整车实验
• 5.1 车轮转速传感器
• 5.2 发动机转速传感器
• 第六章 全文总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢