霍尔开关在EPS位置传感器中的应用

随着汽车工业和电子工业的不断发展，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化方向发展，电动助力式转向系统(elecric power steering， EPS)已成为汽车动力转向系统的发展方向。

EPS用一部直流电机代替系统的液压泵，和传统的液压助力系统相比，这种由微电机控制的转向助力系统具有部件少、体积小、重量轻的特点，最优化的转向作用力和转向回正性提供了汽车的转向能力和转向响应特性，增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶的稳定性。

EPS一般由位置传感器、电子控制单元、电机驱动、助力电动机，电磁离合器以及减速机构组成。其结构示意如图1所示。

EPS利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元完成助力控制。其工作原理是:当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭矩短信号，该信号与车速信号同时输人到电子控制单元，电控单元根据这些输人信号，确定助力扭矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力，完成转向助力控制。

EPS位置传感器

EPS位置传感器用来检测转向盘扭矩的大小和方向，并将检测信号传输给ECU，这是EPS关键的控制信号。EPS 位置传感器目前主要有电阻接触式传感器、电磁非接触式传感器、光电非接触式传感器几种。

EPS位置传感器是EPS系统中的关键部件，国内外对其进行了较多的研究。国内外EPS传感器的研究发展趋势从提供单一扭距信号向提供复合扭距信号方向发展，或从接触式向非接触式方向发展。

传统的电阻接触式位置传感器主要由电刷在电阻基片上滑动引起电阻的阻值变化，从而引起输出电压的变化，感知角度和扭矩的大小。由于电刷和电阻基片长期的滑动接触，这些机械部件易产生磨损，而这种磨损会产生接触不良或输出阻值的改变。此外，汽车的震动会导致滑动触片瞬间脱开，电刷和电阻基片的氧化等也会导致接触不良或输出阻值的改变，从而导致信号失真，影响了EPS的可靠使用，且使用寿命受到限制。

霍尔式EPS位置传感器

基于霍尔开关设计的一种非接触式EPS位置传感器，通过输出电压的变化，反映转向盘扭矩和转向角的变化。该传感器克服了传统的电阻接触式位置传感器有触点、可靠性差、寿命短的缺点，使可靠性和使用寿命得到加强，而且其性价比高、互换性强，可直接替换目前使用较多的同样式的电阻接触式位置传感器。

根据市场需要，基于霍尔开关设计的EPS位置传感器首先要考虑外形几何尺完全一样，其次电气技术参数完全一样，第三输出接口完全一样，以确保霍尔式位置传感器可以直接替代传统的电阻接触式位置传感器，便于推广应用。

为了验证该传感器的性能，经专业从事汽车电器检测的第三方检测机构检验，以及用户试用，效果优于电阻接触式位置传感器。

机械结构

霍尔式EPS位置传感器的机械结构如图2所示。外壳3中配合有圆柱形转子架6，转子架上端与杠杆机构2相连，杠杆机构上装有连接转轮1，转子架下端外侧装有扭转弹簧4，中间镶有圆形磁体5，下盖10。 上装有线路板8，线路板上和磁体相对位置装有霍尔开关7，导线11通过底板和线路板相连，壳体安装孔上装有铜套9。

当方向盘旋转时，扭杆旋转，带动传感器杠杆旋转，和杠杆相连接的转子架旋转，从而带动磁体旋转，使作用于霍尔开关。上的磁感应强度发生改变，输出电压相应变化，以此反映扭矩和转向角的变化。

霍尔式EPS位置传感器是直流小信号工作器件，特别应考虑到传感器工作在汽车这个复杂的电磁环境中，其电路的设计主要放在抗外部干扰上，即保证传感器能够抵抗来自外部的干扰，承受外部电压的冲击而不被损坏。所以，必须设计外部抗干扰电路，如图4所示。

现代汽车对EPS位置传感器的精度和寿命要求越来越高，传统电阻接触式位置传感器存在有触点，精度低，寿命短的一些缺点，基于霍尔开关的新型EPS位置传感器，克服了传统电阻接触式位置传感器存在的一些缺点，经验证，可直接替换目前使用较多的同样式的电阻接触式位置传感器。

(2)霍尔式EPS位置传感器工作在汽车这个复杂的电磁环境中，必须做好抗干扰电路的设计。