曲轴位置传感器方案

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1、摩托车汽油机电控系统曲轴位置传感器方案一、传感器类型选择。1）可变磁阻式（VariableReluctance）：这种传感器也称为电磁感应式，会产生磁脉冲信号，该信号是由信号转子的旋转运动使磁通量发生变化（）而在感应线圈中产生的。可变磁阻式传感器的优点是价格低、尺寸小、自发交流信号无需外电源、具有良好的温度稳定性；缺点是信号转子在零转速时无信号输出，信号变化的幅度取决于信号转子的转速，需要另外的信号处理电路。可变磁阻式传感器内空气间隙要求小于2mm。　2）霍尔效应式（HallEffect）：霍尔传感器产生的电压信号，是由信号转

2、子的旋转运动使磁通量发生改变。信号转子通过霍尔元件和永久磁铁，磁通的变化与可变磁阻式传感器相似，但与可变磁阻式不同的是霍尔元件探测的是磁感应强度（）大小而非磁通变化率。霍尔元件是半导体材料制成的，需要偏置激励电流。该传感器输出方波数字信号，信号电压与作用在霍尔元件上磁场的磁感应强度成正比，信号频率与发动机转速成正比。　3）磁控电阻式（Magnetoresistor）：磁控电阻式传感装置利用磁阻效应原理，即材料电阻随外加磁场的大小而成比例变化。电阻是窄形条，沉积在薄层的高载子传输半导体（锑化铟InSb或砷化铟InAs）上，且垂直

3、于电流流入方向。半导体磁敏感材料受到与电流方向相垂直方向的磁场作用时，由于洛仑兹力的作用，电子流动的方向发生改变，路径加长，从而其阻值增大。即MRE的电阻值，随施加在其上的磁力线的方向而改变。本文选择磁阻式进行非接触性测量。传统的磁阻式传感器在测量的过程中存在着一定间隙，灵敏度低，传感器的磁感应间隙小，通常只有零点几毫米，在高速测量时容易与齿轮发生碰撞安全性低，而且由于这种传感器采集到的信号是幅值低变化缓慢的模拟电压信号，因此还需要经过放大整形才能使用。随着对测量精度要求的提高，灵敏度高、可靠性高和全集成化式转速传感器成为主流

4、产品，例如飞利浦（Philips）公司生产的KMI15-1型磁阻式集成转速传感器，该传感器性能优良、安全性高、稳定性强Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.。根据摩托车发动机转速高的特点，本系统凸轮位置和曲轴位置的测量都采用KMI15-1型传感器。0则是KMI15-1型传感器的外形图。KMI15-1型传感器外形图Fig1KMI15-1sensordimensions1、KMI15-1型传感器的性能特点。KMI15-1型传感器是由高性能磁钢、磁敏电

5、阻传感器和IC组成的：信号的转换是通过IC来完成的，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，变化范围在7mA~14mA之间Error!Referencesourcenotfound.。另外该型号的传感器测量范围宽，灵敏度高，测量的频率范围为0~25KHz，在转速接近零时该传感器也能正常工作。传感器与被测齿轮之间最大的磁感应距离为2.9mm，该距离在实际测量是比较安全。KMI15-1型传感器在抗干扰方面有自己独特的性能，抗干扰能力较强，测量具有方向性，对轴向振动不敏感。另外，芯片内部还有电磁干扰（EMI）滤波器、电压控制器以及恒流

6、源，从而使其工作特性不受外界因素的干扰。KMI15-1型传感器的外型尺寸比较小，其最大外型尺寸为8×6×21mm，能可靠固定在齿轮附近。该传感器采用+12V电源供电，最高不超过16V，工作温度范围在-40～+85℃。3、典型应用电路型集成转速传感器的典型应用电路如图所示。工作时，转速传感器输出方波电流号,从而在负载电阻RL与负载电容CL上形成电压频率信号UO(f),并送至二次仪表。通常取RL=115Ω、CL=0.1μF。需要指出:KMI15-1输出的是齿轮转动频率f(单位是Hz,即次/s)信号,欲得到转速n(r/min),还应

7、将f除以齿轮上的齿数N,并将时间单位改成分钟,公式如下n=60f/N二、曲轴位置传感器的安装和信号输出在本系统中，点火时刻和喷油器的开启时间都是以曲轴位置为依据的，故此在系统中也必须使用曲轴位置传感器。曲轴位置传感器的触发盘以飞轮为基础，直接在原机的飞轮上加工45个齿，其中一个为缺齿作为基准信号。图2是曲轴位置传感器触发盘的加工示意图，图3为采集到的触发盘信号。曲轴位置传感器触发盘加工示意图Fig2Crankshaftpositionsensorsignaltriggers图3采集到的曲轴触发盘信号Fig3Crankshaft

8、signal为了准确的判断曲轴位置，触发信号的产生时刻与上止点到达时刻必须有固定的位置关系，本课题在设计触发齿（缺齿）的位置时，使缺齿位置在上止点前10个齿，也就是触发信号产生时刻比上止点到达时刻提前80°CA。发动机运转时，当主控ECU接收到触发信号时就判断离上止点还有80