磁阻式轮速传感器在ABS中的应用

　　ABS(Anti-lock Brake System)即“防抱死制动系统”,是采用电子控制技术,在汽车应急制动时,防止车轮抱死,使车轮获得最佳制动效率和制动操控稳定性,防止汽车发生交通事故的机电一体化系统。ABS主要由轮速传感器、电子控制器、执行器3大部分构成。ABS的工作原理就是在汽车制动过程中,不断检测车轮速度的变化,按一定的控制方法,通过电磁阀调节轮缸制动压力,以获得最高的纵向附着系数和较高的侧向附着系数,使车轮始终处于较好的制动状态,因此轮速传感器性能的高低直接影响汽车ABS性能的高低。传统的磁电式轮速传感器,输出信号的幅值受车轮轴的轮速和气隙影响,当气隙一定时,轮速越高,幅值越大;转速一定时,气隙越小,幅值越大,不易实现低速测量,在信号处理方面较为复杂。设计的磁阻式轮速传感器输出信号大小不受汽车轮速的影响,且成本低、重量轻,可广泛应用于汽车ABS,替代传统的磁电式轮速传感器。

　　1　磁阻式轮速传感器工作原理

　　磁阻式轮速传感器的核心是InSb磁敏电阻,其工作原理是基于InSb磁敏电阻具有的磁阻效应。所谓磁阻效应就是指当通有电流的半导体材料置于磁场中,且磁场方向与电流方向垂直时,由于洛仑兹力的作用,使载流子的运动方向发生偏转,从而加长了运动路径。从电学量来看,这反映为电阻率的增大,即电阻增大。当材料相同的两种载流子(电子和空穴)迁移率相差悬殊,以至于空穴的迁移率可以忽略不计时,其电阻率的变化可以用下式表示:

　　式中:B为外加磁场的磁感应强度,ρB、ρ0是磁感应强度分别为B和0时半导体材料的电阻率;μ为半导体材料中该载流子的迁移率。由于InSb半导体材料的电子迁移率较高,可以获得较高的电阻变化率,从而获得较高的灵敏度,适合制作磁敏电阻。InSb磁敏电阻由引脚、磁阻元件MR1和MR2、永磁体(提供偏置磁场,提高灵敏度)、绝缘基片、金属外壳(屏蔽外部干扰和保护磁阻元件)组成,结构及等效电路如图1所示。

　　当汽车齿轮转速为零时,两磁阻元件阻值大致相等。若加在磁阻元件两端的电压为+5VDC,则磁阻元件中点输出电压为+2.5VDC。由于偏置磁场的存在,齿轮转动时,引起MR1和MR2所处空间的磁场发生周期性变化,根据物理磁阻效应,磁阻元件的阻值也会发生周期性变化,这样在磁阻元件中点就会输出以+2.5VDC为基准电压做微小变化的周期性电压。设输出信号频率、转速和齿轮数分别为f(Hz)、n(r/min)和Z,则三者关系为:f=nZ /60(2)

　　由此,当齿轮齿数一定时,输出信号的频率只与车轮的轮速有关。经过信号处理电路将周期性变化的信号转化为方波信号,送入汽车ABS系统的电控单元(ECU),就可以根据输出波形的频率计算出车轮的轮速。