磁速傳感器振動(dòng)抑制算法在變速箱速度檢測中應用

　　前言

　　在汽車(chē)應用中，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)際應用中，外界的干擾如振動(dòng)會(huì )給信號處理帶來(lái)額外擾動(dòng)或者噪聲。為了保證輸出信號準確性，以確保系統可靠性，必須對這些擾動(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

　　磁速傳感器針對汽車(chē)領(lǐng)域不同應用，其相應應用環(huán)境也有所不同，例如目標輪齒距大小，振動(dòng)環(huán)境等。為了更好適應不同應用，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

　　對于Hidden磁滯算法，信號在過(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幅度大小影響。因此對于小齒距目標輪而言，Hidden磁滯算法可以在信號幅值受氣隙變化影響下依然能夠獲得最佳的相位精度。

　　對于Visible磁滯算法，信號在磁滯比較器水平上切換，在磁滯帶內的信號會(huì )被當做噪聲而被抑制。因此對于齒距較長(cháng)的目標輪如變速箱目標輪，選用Visible磁滯算法，可以獲得比較穩定的輸出信號。

　　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(guò)檢測差分磁場(chǎng)變化來(lái)檢測目標輪速度及轉動(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，因此信號輸出最理想的對應齒距為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)霍爾探頭之間檢測到的磁場(chǎng)值相等，即ΔB為零。如果選擇Hidden磁滯，長(cháng)齒（或缺）處輸出信號抖動(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，因此輸出信號相對穩定。 如圖1所示為Hidden磁滯和Visible磁滯算法比較，從圖中可以看出，針對長(cháng)齒或長(cháng)缺（圖例為曲軸應用）目標輪，Visible磁滯算法輸出信號較Hidden磁滯算法穩定。

　　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 )根據隨氣隙變化而變化的信號幅度大小而進(jìn)行相應調整。

　　所謂Adaptive磁滯，即磁滯帶閾值會(huì )根據輸入信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整以適應氣隙變化，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輸入信號造成的影響。

　　1.2 磁滯算法在變速箱速度檢測中應用

　　根據變速箱種類(lèi)，變速箱系統一般要裝配一個(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，對于輸出軸有些還需要提供方向信號。車(chē)身電腦根據變速箱速度及方向信息，可用于車(chē)速計算，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，系統要求信號振動(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振動(dòng)造成的信號干擾，例如發(fā)動(dòng)機振動(dòng)，變速箱換擋時(shí)軸向振動(dòng)，變速箱低速運轉時(shí)帶來(lái)的噪聲以及振動(dòng)。

　　另外，相比于其它速度檢測應用如輪速等，變速箱速度齒輪齒距相對較大。結合前面所述，為了適應變速箱速度檢測應用要求，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抖動(dòng)，一般對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(zhuān)門(mén)針對變速箱應用開(kāi)發(fā)的新一代速度傳感器，包含TLE4951C，TLE4954C，TLE4954CE1，TLE4954C E2等。其中TLE4951C僅檢測速度信息，TEL4954C除檢測速度外，還能夠檢測目標輪轉動(dòng)方向。

　　TLE495X系列傳感器為兩線(xiàn)制PWM電流協(xié)議，采用Visible Adaptive 磁滯算法，其信號切換磁滯磁比較器水平為 信號峰峰值處，在 信號幅值內的信號均會(huì )被抑制。又因為是Visible磁滯算法，因此可以避免信號過(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，左右探頭用于檢測速度，中間霍爾探頭用于檢測方向以及振動(dòng)抑制算法。對于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)速度信號和方向信號相互監測用于判斷信號振動(dòng)與否。如圖2所示，方向信號通道過(guò)零點(diǎn)處監測速度信號通道幅值以及相位，同時(shí)速度信號通道過(guò)零點(diǎn)處監測方向信號通道幅值以及相位。只有當速度信號幅值大于ΔBspeed_limit以及方向信號幅值大于ΔBdir_limit時(shí)輸入差分磁場(chǎng)信號才有效。

　　圖2：TLE495X系列振動(dòng)抑制算法

　　通過(guò)信號幅值和方向信息用于判斷及檢測信號噪聲以及振動(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)信號會(huì )被抑制掉。磁場(chǎng)信號噪聲以及干擾判定原則主要有如下三點(diǎn)：

　　1）速度信號幅值小于內部磁滯帶閾值

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

　　2）方向信號幅值小于內部磁滯帶閾值

　　-通過(guò)計算方向路徑和速度路徑實(shí)際信號和最后一個(gè)采樣信號之間差值來(lái)判斷方向信號有效性。即ΔBspeed=dBspeed（n）-dBspeed（n-1）以及ΔBdir=dBdir（n）-dBdir（n-1）；

　　-如果該差值太小，則判定方向信號無(wú)效而被當做噪聲抑制。

　　3）方向信號包含左右交替的方向信息

　　-方向信號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，速度通道信號過(guò)零點(diǎn)處上升沿和下降沿采樣到方向信號相同幅值時(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，方向信號通道采樣到相同相位和幅值大小的速度信號時(shí)，抑制算法會(huì )判定為軸向振動(dòng)，此時(shí)輸出信號會(huì )被抑制。

　　圖4：軸向振動(dòng)抑制

　　3.0 總結

　　英飛凌磁性傳感器在市場(chǎng)上具有領(lǐng)先地位，其磁速傳感器提供多種磁滯算法，能夠滿(mǎn)足不同汽車(chē)領(lǐng)域速度檢測應用。最新一代速度傳感器TLE495X系列傳感器是專(zhuān)門(mén)針對變速箱速度檢測開(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