基于霍尔效应的摩托车用节气门位置传感器的研究

论文摘要

随着人们对摩托车动力性、经济性、排放性要求的不断提高,发动机电子控制技术也变得更加复杂。节气门位置传感器是发动机电子控制系统中非常重要的传感器之一,它是点火提前角控制、怠速控制、起步加速控制等主要信号源。传统的接触式摩托车用节气门位置传感器容易受到高温,振动影响而磨损或被污染;安装于外部,工作环境较恶劣,工作一段时间后灰尘等污染物会残留在节气门体上,影响整个电子控制系统的稳定性及控制效果。本文研究开发了线性霍尔效应传感器,并应用于摩托车的电控系统中。主要包括:设计霍尔效应传感器的磁路及外围电路;选用磁性能较高、价格合理的磁性材料;使用FEMM二维有限元分析软件及ANSYS有限元软件对各个设计方案进行磁路仿真;使用3D试验装置检测磁感应强度和磁场电压信号的线性输出范围,并通过改变磁铁尺寸、磁铁与传感器距离等参数验证各个参数具体的影响效果;按照可行性方案改进节气门体的机械结构。将设计的霍尔效应传感器安装于节气门体上,并进行整车试验。通过对霍尔效应传感器进行摩托车整车试验得到:当条形磁铁与霍尔效应传感器的距离为11mm时,霍尔输出电压范围由0.5V～3.7V,线性误差范围为-1.9%～0.6%。虽然本研究得到的霍尔效应传感器的线性误差不是十分理想,但可证明设计方案是可行的。同时,鉴于霍尔效应传感器的结构牢固、体积小、重量轻、无触点、寿命长、安装方便、耐震动、耐污染、调试方便、工作温度范围宽、能在各种不同情况下提供一致的性能。因此,将霍尔效应传感器应用于摩托车的节气门体上具有重要意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车用传感器技术的现状及发展趋势
• 1.3 摩托车用节气门位置传感器的研究现状
• 1.4 霍尔效应传感器的国内外研究现状及应用
• 1.5 本课题的意义及主要工作
• 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 霍尔效应传感器原理
• 2.2 霍尔效应传感器的特性及种类
• 2.2.1 开关型霍尔效应传感器
• 2.2.2 线性霍尔效应传感器
• 2.3 可编程线性霍尔效应传感器（HAL815）
• 2.3.1 HAL815的特性
• 2.3.2 HAL815的主要应用
• 2.3.3 霍尔编程开发板V5.1简介
• 第三章 霍尔效应节气门位置传感器组件的研究开发
• 3.1 霍尔效应节气门位置传感器的设计原理
• 3.2 基本磁性参数
• 3.3 霍尔效应传感器组件中磁性材料的选择
• 3.3.1 永磁材料的选择
• 3.3.2 软磁材料的选择
• 3.4 磁路仿真与设计
• 3.4.1 仿真分析软件
• 3.4.2 数值仿真模型的建立
• 第四章 试验设计方案介绍
• 4.1 设计方案1－条形磁铁SLIDE-BY运动形式
• 4.2 设计方案2－主、副空气隙的磁路结构
• 4.3 设计方案3－单空气隙的磁路结构
• 4.4 设计方案4－对称梯形磁铁的磁路结构
• 第五章 试验装置及试验数据分析
• 5.1 试验装置
• 5.1.13 D试验台
• 5.1.2 HT201数字便携式高斯计
• 5.1.3 示波器
• 5.2 HAL815的外接电路及标定
• 5.2.1 HAL815的外接电路
• 5.2.2 HAL815的标定
• 5.3 试验对比
• 5.3.1 条形磁铁的仿真结果与试验结果的对比
• 5.3.2 主、副空气隙的磁路仿真结果与试验结果的对比
• 5.3.3 单空气隙的磁路仿真结果与试验结果的对比
• 5.3.4 ANSYS仿真结果
• 5.4 试验数据分析
• 5.4.1 条形磁铁的试验数据分析
• 5.4.2 主、副空气隙的磁路试验数据分析
• 5.4.3 单空气隙的磁路试验数据分析
• 5.5 霍尔效应节气门位置传感器在摩托车整车上的试验结果
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢