摘要：汽车霍尔传感器广泛用于汽车发动机、底盘、车身控制系统，只有掌握其控制原理和检测方法，才能在汽车维修过程中准确诊断故障。文章详细介绍霍尔传感器控制原理，并阐述使用万用表、发光二极管、示波器对霍尔传感器的检测方法，结合汽车维修故障实例，明确检修流程和方法，在汽车维修时可根据检测设备，采用适当的方法，判断霍尔传感器的工作性能是否正常，对汽车诊断维修有一定的指导意义。
关键词：霍尔传感器；控制原理；车身控制系统；汽车电子
0引言
我国汽车产销量已经连续11年位居世界前列，汽车已经进入千家万户，新能源汽车发展也突飞猛进。新能源汽车电子产品向集成化、信息化、网络化、智能化方向发展。新能源汽车是以计算机为控制中心的高度自动化控制系统，系统由传感器、电控单元、执行器组成。随着汽车功能的不断增加，汽车上用于检测角度、加速度、压力、力矩、位置等参数的传感器，随时间变化，转变成电量来进行检测和控制。根据传感器的工作原理区分，常见有三种：磁脉冲式、霍尔式、光电式，霍尔式传感器因具有安装方便、体积小，输出电压信号稳定，并能在灰尘、油污恶劣环境下工作的优点，应用广泛，以下分别从传感器的原理、检测和诊断三个方面阐述，为汽车维修工作提供借鉴。
1霍尔传感器工作原理
霍尔效应：美国物理学家霍尔于1879年在做金属导电性能实验时，验正总结得出电压与电流、磁场强度三者的相互关系。先将一个薄金属基片置于磁场中，在磁场垂直方向给基片通过电流I，受磁场力作用，电荷会产生偏移，垂直于磁场与电流的横向侧面上产生聚集电压，电压与电流和磁场强度成正比，这就是霍尔电压UH，可用公式表示：
UH＝RHIB/d
RH为霍尔系数，I为电流，B为磁场强度，d为基片厚度。
金属基片产生的电压比较微弱，后来研究半导体、导电流体，同样具有霍尔效应，而且半导体输出电压更有优势，比金属强得多，利用半导体制成各种霍尔元件，当结构一定且电流为定值时，霍尔电压与磁场强度成正比。目前广泛应用于汽车电子、自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
20世纪80年代，电子元件逐渐应用于汽车发动机控制，霍尔元件常用于曲轴和凸轮轴位置传感器，霍尔元件具有开关作用，能够输出数字信号，实现功率晶体管导通与关闭功能，通过脉冲信号数量，能计算曲轴和凸轮轴的旋转速度和运动位置。
将霍尔元件与机械部件结合可以实现机电一体，制作成霍尔电路，其工作原理如图1所示，把只有几个毫伏的微弱电压，经放大后输出较强的电压信号，对三极管控制，达到开关作用。汽车常用叶轮和叶片旋转，切割磁场，控制霍尔电路能输出高低电压。当叶轮叶片运转，通过磁铁和霍尔元件之间的磁场变化，输出霍尔电压，霍尔电压控制电路的输出电压变化，就能判断出曲轴和凸轮轴所处位置，完成点火和喷油正时控制。霍尔传感器特点是需要外加电源才能工作，低转速也能输出稳定的工作电压，通常有触发叶轮式和触发齿轮式两种型式。
2霍尔传感器原理分析与检测
2.1触发叶轮式曲轴位置传感器
在发动机曲轴皮带轮的前端安装传感器，当发动机运转时，触发叶轮的信号转子也随之转动，信号转子外侧分布有若干数量相同的叶轮和缺口。
霍尔信号发生器由磁铁、导磁板和霍尔集成电路三部分组成，可参考图1。发动机运转时，信号转子的触发叶片及缺口旋转，磁铁与霍尔元件的磁场受信号转子作用而变化；当叶片进入时，磁场就被触发叶片所阻止，从霍尔效应分析可知，此时产生电压为零，霍尔集成电路的晶体管截止，从晶体管三个极的工作原理分析，可以得出结论为传感器输出高电压；反之，缺口正对磁铁与霍尔元件时，传感器输出低电压。
2.2触发齿轮式曲轴位置传感器
变速器壳体上加工有安装孔，固定曲轴传感器，曲轴后端飞轮上分布有齿轮形的信号盘，结构如图2所示。以本田
飞度轿车为例，传感器为三线式，其中端子1为电源，端子
2为信号，端子3为地线，传感器头部与信号盘正对。发动机工作，感应头部处于齿轮的槽口时，产生霍尔电压为零，相当于晶体管截止状态，因此传感器输出高电位信号；反之，当感应头部与凸齿正对时，传感器输出低电位信号。因此，发动机连续运转时，传感器产生脉冲电压，发动机ECU对脉冲电压处理，对点火系统及燃油喷射系统控制，保证发动机正常工作。
2.3传感器电压控制
从前面的工作原理分析可知，触发叶轮式和触发齿轮式相似，只是结构有别，现以触发齿轮式为例，说明其检测方法。
（1）凸齿处于霍尔开关IC和磁铁之间时，霍尔开关IC接受磁铁产生的磁场，并产生霍尔电压，霍尔电压经放大后，作用于曲轴位置传感器的晶体管基极，使晶体管集电极导通，发动机ECU的5V基准电压被搭铁。因此，发动机ECU将检测到曲轴位置传感器输出的OV低电位（注意：其实低电位电压并非为OV，因为晶体管导通时，根据晶体管的不同，集电极和发射极会有0.3V或0.7V的压降）。当磁力线通过时，霍尔传感器线路中电流流向和电压输出。
2）槽口经过磁场与霍尔开关IC时，霍尔开关IC没有接受磁铁产生的磁场，霍尔开关IC不能产生霍尔电压，在曲轴位置传感器内的晶体管不导通，发动机ECU的5V基准电压与搭铁线不导通。因此，信号线电压接近5V，就是高电位状态。参照图三分析得知，磁力线被阻挡，晶体管处于截止状态。
（3）连续运转时，因为齿轮随着曲轴一起旋转，通过曲轴位置传感器的输出信号会随着凸齿和槽口不断进行高、低电位的变换，其每分钟的脉冲数目也会随着曲轴的旋转速率变化而变化。因此，通过检测曲轴位置传感器脉冲信号，可以测得转速。发动机连续运转时，传感器输出为连续脉冲信号。
2.4霍尔传感器在实车上的检测
以本田飞度轿车触发齿轮式传感器接线为例，说明检测方法。
（1）工作电压的检测。断开传感器插头，再拧开点火开关，接上万用表，端子1应有12V，若没有，则检查继电器与端子1间的导通性。
（2）参考电压的检测。将传感器插头断开，后将点火开关置于ON，检查端子2与搭铁的电压，应为4.8~5.0V。否则，检查端子2与ECU的导通性，如果导通，则为ECU故障。
（3）搭铁的检查。检查端子3是否与地线导通，若不导通，则检查线束是否断路。
（4）解码器检测。接上元征X-431检测仪，参照维修手册，检测发动机控制系统，如果曲轴位置传感器损坏，则发动机控制单元会存储故障码P0335。
（5）工作输出信号的检测。使用三通连接插头，或在传感器信号线引出一条测量线，在慢慢转动曲轴时，使用万用表电压档进行检测，电压约在0V、5V之间交替变化。
（6）示波器的检测。因霍尔式传感器是一个电子元件控制电路，只从检查电阻难于判断其好坏，因此，较有效办法是在发动机运转时，用示波器检测输出信号波形。依照以上的接线方式，引出端子2信号，连接示波器进行测量，波形为脉冲方波或者查阅维修手册。
（7）用发光二极管检测。发动机工作时，引出端子2信号，并联一支发光二极管试电笔，观察发光二极管的闪烁情况，应有规律地闪烁，否则曲轴位置传感器信号不良。如二极管试灯不闪烁，则应检查2号信号线端子与ECU的导通性。如果导通，则检查2号信号线端子与搭铁间应有5V电压。电压正常则说明是传感器故障，否则是ECU故障。
3霍尔传感器发展趋势
随着汽车技术的不断进步，同时也要求降低汽车制造成本，霍尔式传感器采用二线式代替三线式，一根为电源线，可以为5V或12V，另一根为信号线，输出信号仍为脉冲方波，ECU内部电阻R与传感器信号电压有密切关系，也决定了输出信号的高、低状态数值，因此即使转速很低，输出信号电压也能保证传感器工作需要。在汽车制动系统上逐渐采用二线霍尔式传感器，如丰田汽车在ABS系统的轮速传感器，供给电压为12V，输出信号的高、低电压分别为0.7V
及1.4V。
4案例分析
为了更好理掌握尔传感器的检测方法，现结合案例分析。
（1）飞度轿车不能起动。在我校汽车学院有位年轻教师利用2017款本田飞度轿车开展车身电器项目实训，下课时恢复实训车辆原来状态，但车辆没法起动，该教师和学生花了1个多小时，仍未找到原因，请求我帮助。我首先用解码器检测读取故障码，共有超过10个故障码，应为做实训时带电拔插传感器留下的故障码，应先消码，再打起动机，读取故障码为P0335，经检查后发现为曲轴位置传感器因为反复拔插，插头端子松动，导致传感器与插头接触不良，经处理插头后，发动机能正常工作。
（2）大众奥迪，行车死火。曾经维修过一台2013年奥迪A6，根据车主反映，该车辆在行驶时突然抖动明显，停车后再发动，无法工作，只能拖车进厂。
用汽车维修检测电脑检查，显示“发动机转速信号不可靠”。先曲轴位置传感器插头，未发现异常，打马达时，用示波器检测曲轴位置传感器输出信号，发现输出波形有一个信号异常，怀疑信号盘有问题，用内窥镜观察曲轴位置传感器信号盘，发现信号盘缺了一个齿，为何会缺齿?带着疑问拆解发动机。原来第三缸活塞连杆变形，影响曲轴不规则运转，导致这一个齿损坏。经更换活塞、连杆、曲轴，装复发动机工作正常。
5安科瑞霍尔传感器产品选型
5.1产品介绍
霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。适用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制。
5.2产品选型
5.2.1开口式开环霍尔电流传感器
表1
5.2.2闭口式开环霍尔电流传感器
6小结
霍尔传感器因输出信号电压幅值只有高低两个电位，响应性好，在汽车电子控制上有取代磁脉冲式的趋势。在职业教学，首先结合信息化手段突破工作原理的难点，采用理实一体化模式教学，注重在实车上的检测方法，在实训教学上就会得心应手，解决实训设备在高频率使用时损坏的问题。通过教师带领学生排除故障的实践，从工作原理入手，分析电路图，选择适当的工具和设备，记录检测数据，对照维修标准，进行逻辑推理，确定故障部位。
【参考文献】
[1]严景明.郑军龙.浅谈汽车电子系统霍尔传感器的控制原理和检测方法.汽车实用技术.2021-07-30.
[2]黄昭明.汽车发动机电控系统检测与维修[M].长春:吉林大学出版社.2017.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.
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