前言

　　在汽車應(yīng)用中，磁性傳感器可用于速度檢測(cè)，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(lái)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(guò)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(guò)零點(diǎn)處切換。由于Hidden磁滯算法切換點(diǎn)在過(guò)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(zhǎng)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(cè)一般利用差分原理，即磁速傳感器通過(guò)檢測(cè)差分磁場(chǎng)變化來(lái)檢測(cè)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)輸出理想的對(duì)應(yīng)齒距為2.5mm*2等于5mm。如果齒距過(guò)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(cè)到的磁場(chǎng)值相等，即ΔB為零。如果選擇Hidden磁滯，長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)齒或長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(lái)的噪聲以及振動(dòng)。

　　另外，相比于其它速度檢測(cè)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(cè)應(yīng)用要求，抑制由于振動(dòng)帶來(lái)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(mén)針對(duì)變速箱應(yīng)用開(kāi)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(cè)速度信息，TEL4954C除檢測(cè)速度外，還能夠檢測(cè)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(guò)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(cè)速度，中間霍爾探頭用于檢測(cè)方向以及振動(dòng)抑制算法。對(duì)于TLE4951C而言，雖然沒(méi)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(guò)速度信號(hào)和方向信號(hào)相互監(jiān)測(cè)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(guò)零點(diǎn)處監(jiān)測(cè)速度信號(hào)通道幅值以及相位，同時(shí)速度信號(hào)通道過(guò)零點(diǎn)處監(jiān)測(cè)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(chǎng)信號(hào)才有效。

　　圖2：TLE495X系列振動(dòng)抑制算法

　　通過(guò)信號(hào)幅值和方向信息用于判斷及檢測(cè)信號(hào)噪聲以及振動(dòng)，由于徑向（角度變化）或者軸向（氣隙變化）上的振動(dòng)造成的額外磁場(chǎng)信號(hào)會(huì)被抑制掉。磁場(chǎng)信號(hào)噪聲以及干擾判定原則主要有如下三點(diǎn)：

　　1）速度信號(hào)幅值小于內(nèi)部磁滯帶閾值

　　-速度信號(hào)幅值沒(méi)有超過(guò)磁滯比較器水平，會(huì)被當(dāng)做噪聲或者干擾而被抑制掉。

　　2）方向信號(hào)幅值小于內(nèi)部磁滯帶閾值

　　-通過(guò)計(jì)算方向路徑和速度路徑實(shí)際信號(hào)和一個(gè)采樣信號(hào)之間差值來(lái)判斷方向信號(hào)有效性。即ΔBspeed=dBspeed（n）-dBspeed（n-1）以及ΔBdir=dBdir（n）-dBdir（n-1）；

　　-如果該差值太小，則判定方向信號(hào)無(wú)效而被當(dāng)做噪聲抑制。

　　3）方向信號(hào)包含左右交替的方向信息

　　-方向信號(hào)包含忽左忽右的方向信息。

　　2.2 動(dòng)態(tài)檢查

　　TLE495X系列變速箱傳感器在工作過(guò)程中能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，識(shí)別并抑制徑向和軸向方向振動(dòng)帶來(lái)的噪聲及干擾。

　　2.2.1 徑向振動(dòng)抑制

　　如圖3所示，速度通道信號(hào)過(guò)零點(diǎn)處上升沿和下降沿采樣到方向信號(hào)相同幅值時(shí)，抑制算法會(huì)判定為是徑向抖動(dòng)，如變速箱換向時(shí)帶來(lái)的方向變化或者角度抖動(dòng)，此時(shí)輸出信號(hào)會(huì)被抑制。

　　圖3：徑向振動(dòng)抑制

　　2.2.2 軸向振動(dòng)抑制

　　如圖4所示，方向信號(hào)通道采樣到相同相位和幅值大小的速度信號(hào)時(shí)，抑制算法會(huì)判定為軸向振動(dòng)，此時(shí)輸出信號(hào)會(huì)被抑制。

　　圖4：軸向振動(dòng)抑制

　　3.0 總結(jié)

　　英飛凌磁性傳感器在市場(chǎng)上具有地位，其磁速傳感器提供多種磁滯算法，能夠滿足不同汽車領(lǐng)域速度檢測(cè)應(yīng)用。一代速度傳感器TLE495X系列傳感器是專門(mén)針對(duì)變速箱速度檢測(cè)開(kāi)發(fā)的傳感器，具有優(yōu)異的振動(dòng)抑制算法及輸出性能。

　　附錄：參考資料：

　　1. TLE4954C datasheet

　　2. TLE492XC FAQ