汽车霍尔效应传感器故障维修案例分析

□谭小锋

一、霍尔效应

霍尔效应是当一个导体放在磁场内，并且伴有通电电流通过时，这时导体内的电荷受到了洛伦兹力而往导体的一边偏，于是产生了电压也就是霍尔电压。产生的电压所导致的电场力会与洛伦兹力平衡。由于霍尔电压带有极性，说明导体里的电流是由负电荷的运动所产生的。霍尔效应是德温·赫伯特·霍尔在1879年发现的。除了导体能产生霍尔效应之外，半导体同样也能产生，并且其产生的霍尔效应还要强于导体。

二、霍尔传感器在汽车上的应用

霍尔传感器在汽车上的应用越来越多，并且不局限于转速传感器。汽车上常用的霍尔传感器有发动机转速传感器、节气门位置传感器、油门踏板位置传感器、自动变速器档位位置传感器、车速传感器、转向盘转角传感器和车轮轮速传感器等。

汽车上常用的霍尔传感器按照在汽车上使用目的的不同又分为开关式霍尔传感器和线型霍尔传感器。开关式霍尔传感器由差分放大器、霍尔元件、斯密特触发器和输出级组成，最后输出的是数字量。线型式霍尔传感器由线性放大器、霍尔元件和射极跟随器组成，最后输出的是模拟量。

霍尔传感器测量转速的原理是:当旋转的转子经过传感器的前段时，会相应影响磁场的变化。当运动原件穿过磁力线强弱不同的区域时，产生的磁场的强弱也不相同。霍尔转速传感器通过磁场强弱的不同，在感应原件穿过磁力线时产生霍尔电压。在产生霍尔电压之后，霍尔元件和内部电路会将其转变为随转速变化的矩形方波。

三、ABS上的霍尔传感器故障案例

一辆本田雅阁轿车，车龄为5年。在前一晚发动机更换活塞连杆总成之后，进行路试。在进行制动测试时发现，在时速超过60公里以上进行紧急制动，ABS系统未能启动，车轮严重抱死，同时发现ABS故障警告灯亮起。询问车主发现，此辆车在半月前进行过ABS系统的维修，并更换过轮速传感器，其他的ABS部件没有进行维修。

在汽车ABS系统中，最重要的传感器就是车轮轮速传感器，因为有了车轮轮速信号，其他在ABS系统中需要的参数都可以通过车轮轮速计算出来。ABS的工作原理是在汽车制动过程不间断地监测车轮轮速，并判断车轮是否抱死，然后通过调节制动轮缸的压力，防止车轮抱死从而获得较高的车轮附着性能。因此车轮轮速传感器是ABS进行工作的重要先决条件。

用解码器读取雅阁故障码为:右后轮ABS电磁阀电路断路。拆下右后轮轮速传感器，将轮速传感器与导线接头处剥开，发现在接触处有线头已经断开。测量两个导线电压和搭铁正常，轮速传感器电阻也为正常，于是将轮速传感器重新与导线连接好装复在车轮上。用解码器清除故障码，重新路试，故障现象消失。

四、发动机转速和凸轮轴位置传感器故障案例

一辆大众宝来轿车的发动机转速传感器和凸轮轴位置传感器为霍尔效应传感器。此辆大众宝来行驶大约10万公里，出现了明显动力下降，经测试发动机功率不足。该宝来轿车的凸轮轴带动霍尔传感器的触发叶轮，当叶轮的叶片进入磁铁与霍尔元件中间的空隙时，磁场被切断，不再产生霍尔电压，信号发生器输出的是高位电压;当叶轮叶片离开间隙时，霍尔元件产生电压，信号发生器输出的是低位电压。在汽车中凸轮轴位置传感器和发动机转速传感器各自测量凸轮轴和曲轴的位置信号，发动机电脑两个信号再进行对比分析。

用万用表检查霍尔传感器正极端子的对地电压和信号端子对地电压均为正常，检查电阻也为正常。用双通道示波器对次轿车的发动机转速传感器和凸轮轴位置传感器同时进行波形测试，发现这两个信号不同步。于是检查传感器。将凸轮轴位置传感器拆下，发现霍尔元件有划痕，再次检查凸轮轴后的触发叶轮，发现触发叶轮发生了严重的变形。更换触发叶轮，再次试车，故障现象消失。

五、档位传感器故障案例

表1

一辆北汽轿车装载四速爱信变速器，档位采用霍尔式传感器，不时发生跳档，倒档挂不上。该轿车刚开始时挂档挂不上的情况并不明显，用诊断仪读取故障码，因为与自动变速器相关的传感器和继电器没有出现故障，没有发现有故障码。在车辆静止状态下查看相应的数据流，也没有发现故障。随着故障的发展，此故障越来越严重，最终变速器里的部分离合器片和制动器片烧毁。造成该故障的原因是档位霍尔元件发生了故障，造成了信号的不准确，最终造成了更大的故障。该车霍尔传感器换挡逻辑信号见表1。其中，逻辑1表示电压为0到1V，逻辑0表示电压4到5V。

测量D档和倒档时，测得相应接口对地电压，发现不符合电压要求，更换档位霍尔元件，故障排除。

六、节气门位置传感器故障案例

一辆天津生产的丰田花冠轿车，已经行驶五万公里，行驶途中故障灯突然亮起。停车检车怠速情况，发现发动机怠速抖动，踩油门进行车辆加速测试时，加速不良情况严重。

此款花冠轿车节气门采用霍尔式传感器。传感器上有四根导线，其中一根是电脑供电，电压为5V;一根为通过电脑的搭铁线;并有两根信号线，一根信号线输出节气门开度信号，另外一个信号线用于监测信号是否准确。

在静态情况下检查节气门位置传感器，拔下节气门位置传感器插接器，打开点火开关，用外用表测量传感器电源电压为5V，测得搭铁线对电池负极导通。在动态下检查节气门位置传感器，启动发动机，用万用表分别测量发动机怠速和踩下加速踏板时的两根信号线对搭铁电压，测得电压值超出正常值。更换节气门位置传感器，重新路试，故障现象消失。

在电子节气门出现故障时，发动机电脑不能接收到节气门位置信号，发动机电脑将节气门开度固定到一个固定的值，所以此时踩下加速踏板，节气门开度不会发生改变，所以会出现怠速抖动和加速不良的故障现象。

七、结语

随着汽车工业的发展，霍尔效应传感器在汽车上的应用越来越广泛。霍尔传感器作为非接触式传感器对比传统的接触式传感器有着非常明显的优势，它的抗干扰能力和寿命都大大提高了，汽车传感器的可靠性也有了大幅的提升，随之而来的是在维修过程中以前从未碰到过的故障。

［1］李闪．霍尔传感器在汽车电子中的应用［J］．湖南电机，2011

［2］周波．汽车电动助力转向系统霍尔转角传感器［J］．重庆理工大学学报(自然学报)，2010