磁速傳感器振動(dòng)抑制算法在變速箱速度檢測中應(yīng)用

　　前言

　　在汽車應(yīng)用中，磁性傳感器可用于速度檢測，如變速箱速度，輪速、凸輪軸速度等。在實(shí)際應(yīng)用中，外界的干擾如振動(dòng)會(huì)給信號(hào)處理帶來額外擾動(dòng)或者噪聲。為了保證輸出信號(hào)準(zhǔn)確性，以確保系統(tǒng)可靠性，必須對(duì)這些擾動(dòng)或者噪聲通過一定算法進(jìn)行抑制。

　　1.0 英飛凌磁性傳感器基本磁滯算法

　　磁速傳感器針對(duì)汽車領(lǐng)域不同應(yīng)用，其相應(yīng)應(yīng)用環(huán)境也有所不同，例如目標(biāo)輪齒距大小，振動(dòng)環(huán)境等。為了更好適應(yīng)不同應(yīng)用，以獲得更好性能，英飛凌磁性傳感器提供靈活的磁滯算法。主要有四種磁滯算法： HF（Hidden Fixed），VF（Visible Fixed）， HA（Hidden Adaptive），VA（Visible Adaptive）。

　　1.1 基本磁滯算法

　　對(duì)于Hidden磁滯算法，信號(hào)在過零點(diǎn)處切換。由于Hidden磁滯算法切換點(diǎn)在過零點(diǎn)處，因而可以避免受到隨空氣間隙變化而變化的信號(hào)幅度大小影響。因此對(duì)于小齒距目標(biāo)輪而言，Hidden磁滯算法可以在信號(hào)幅值受氣隙變化影響下依然能夠獲得最佳的相位精度。

　　對(duì)于Visible磁滯算法，信號(hào)在磁滯比較器水平上切換，在磁滯帶內(nèi)的信號(hào)會(huì)被當(dāng)做噪聲而被抑制。因此對(duì)于齒距較長的目標(biāo)輪如變速箱目標(biāo)輪，選用Visible磁滯算法，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出信號(hào)。

　　磁速傳感器速度檢測一般利用差分原理，即磁速傳感器通過檢測差分磁場變化來檢測目標(biāo)輪速度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。英飛凌磁速傳感器兩個(gè)磁性探頭（如霍爾探頭）之間距離一般為2.5mm，因此信號(hào)輸出最理想的對(duì)應(yīng)齒距為2.5mm*2等于5mm。如果齒距過大，那么在齒輪上會(huì)有一段距離由于兩個(gè)霍爾探頭之間檢測到的磁場值相等，即ΔB為零。如果選擇Hidden磁滯，長齒（或缺）處輸出信號(hào)抖動(dòng)較大。而選用Visible磁滯算法，由于切換點(diǎn)不在過零點(diǎn)處，因此輸出信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定。如圖1所示為Hidden磁滯和Visible磁滯算法比較，從圖中可以看出，針對(duì)長齒或長缺（圖例為曲軸應(yīng)用）目標(biāo)輪，Visible磁滯算法輸出信號(hào)較Hidden磁滯算法穩(wěn)定。

　　圖1：Visible 磁滯和 Hidden磁滯比較

　　英飛凌磁性傳感器提供兩種磁滯比較器水平，即Fixed和Adaptive。

　　所謂Fixed磁滯，即磁滯帶閾值為一定值，不會(huì)根據(jù)隨氣隙變化而變化的信號(hào)幅度大小而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

　　所謂Adaptive磁滯，即磁滯帶閾值會(huì)根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整以適應(yīng)氣隙變化，從而輸出更好相位精度。選用Adaptive磁滯算法，一定程度內(nèi)能夠起到振動(dòng)抑制作用，以消除由于氣隙或者溫度等變化對(duì)輸入信號(hào)造成的影響。

　　1.2 磁滯算法在變速箱速度檢測中應(yīng)用

　　根據(jù)變速箱種類，變速箱系統(tǒng)一般要裝配一個(gè)或者多個(gè)變速箱速度傳感器，用于檢測輸入軸和輸出軸速度，對(duì)于輸出軸有些還需要提供方向信號(hào)。車身電腦根據(jù)變速箱速度及方向信息，可用于車速計(jì)算，電子離合器控制，檔位控制，坡道輔助等。為了保證變速箱精確控制，系統(tǒng)要求信號(hào)振動(dòng)幅度控制在一定范圍，如±1°。這就要求傳感器能夠抑制由于噪聲或者系統(tǒng)振動(dòng)造成的信號(hào)干擾，例如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，變速箱換擋時(shí)軸向振動(dòng)，變速箱低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶來的噪聲以及振動(dòng)。

　　另外，相比于其它速度檢測應(yīng)用如輪速等，變速箱速度齒輪齒距相對(duì)較大。結(jié)合前面所述，為了適應(yīng)變速箱速度檢測應(yīng)用要求，抑制由于振動(dòng)帶來的噪聲或者干擾，減小由大齒距造成的信號(hào)抖動(dòng)，一般對(duì)變速箱速度傳感器采用Visible Adaptive磁滯算法。

　　2.0 新一代變速箱速度傳感器

　　英飛凌TLE495X系列傳感器是專門針對(duì)變速箱應(yīng)用開發(fā)的新一代速度傳感器，包含TLE4951C，TLE4954C，TLE4954CE1，TLE4954C E2等。其中TLE4951C僅檢測速度信息，TEL4954C除檢測速度外，還能夠檢測目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

　　TLE495X系列傳感器為兩線制PWM電流協(xié)議，采用Visible Adaptive 磁滯算法，其信號(hào)切換磁滯磁比較器水平為信號(hào)峰峰值處，在信號(hào)幅值內(nèi)的信號(hào)均會(huì)被抑制。又因?yàn)槭荲isible磁滯算法，因此可以避免信號(hào)過零點(diǎn)處的噪聲以及振動(dòng)。

　　2.1 振動(dòng)抑制算法原則

　　TLE495X系列傳感器有三個(gè)霍爾探頭，左右探頭用于檢測速度，中間霍爾探頭用于檢測方向以及振動(dòng)抑制算法。對(duì)于TLE4951C而言，雖然沒有輸出方向信息，但依然有中間霍爾探頭，主要用于振動(dòng)抑制。

　　TLE495X系列傳感器具有優(yōu)異的振動(dòng)抑制能力，通過速度信號(hào)和方向信號(hào)相互監(jiān)測用于判斷信號(hào)振動(dòng)與否。如圖2所示，方向信號(hào)通道過零點(diǎn)處監(jiān)測速度信號(hào)通道幅值以及相位，同時(shí)速度信號(hào)通道過零點(diǎn)處監(jiān)測方向信號(hào)通道幅值以及相位。只有當(dāng)速度信號(hào)幅值大于ΔBspeed_limit以及方向信號(hào)幅值大于ΔBdir_limit時(shí)輸入差分磁場信號(hào)才有效。

TLE495X系列振動(dòng)抑制算法