摩托车ABS系统霍尔轮速传感器结构原理及检修

李茂盛

（广西南宁技师学院，广西南宁 530000）

当前，随着安全意识不断增强以及技术进步和材料成本下降，摩托车装配制动防抱死系统ABS（Antilock Brake System）有从中高端向相对低端延伸的趋势。ABS的作用主要是行车安全保障，防范意外发生。若摩托车在行驶中遇到突发情况采取紧急制动或者在低附着系数路面（砂石路面、雨后路面、雪地等）制动时，车轮极易被抱死。前轮抱死会使操纵失灵，方向不能控制，后轮抱死则易发生侧滑甩尾，引发意外。ABS则可以防止车轮抱死，使车轮处于边滚边滑的状态，有效改善摩托车制动时的横向稳定性和方向操纵性，保证最佳制动效果，有效减少摩托车安全事故的发生。轮速传感器是ABS系统的首要部件，用于检测收集被控制轮子转动的转速信号，该信号传给ABS的控制单元ECU（Electronic Control Unit）进行处理，由ECU控制执行机构完成车轮防抱死操作。轮速传感器通常分为电磁式和霍尔式，霍尔式轮速传感器以其众多优点，近年来广泛应用于汽车和摩托车的ABS等领域。

1 霍尔效应和霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应原理制作的磁电器件。霍尔效应由美国物理学家霍尔在1879年研究金属导电机理时发现。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流方向上施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电压。后来，科学家进一步研究发现，半导体和导电流体也有这种效应，而且半导体的霍尔效应比金属强得多，在导体两端产生的电压被称为霍尔电压。利用霍尔效应原理制作的半导体磁电元件称为霍尔元件，其产生的电压很小。霍尔元件通常与相关的放大电路、温度补偿电路和稳压电源电路等集成在一个芯片上，构成霍尔传感器电路芯片。

2 霍尔式轮速传感器

2.1 构成和特点

摩托车的霍尔轮速传感器组件，由固定在前叉或后叉上的霍尔传感器头和安装在被控制车轮上随车轮同步转动的齿圈组成。霍尔传感器头由永磁体、霍尔元件和电子电路组成，外壳体上用非导磁金属、陶瓷、树脂等材料坚固封装，以在各种恶劣环境条件下正常使用。霍尔轮速传感器的结构具有许多优点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，工作频率高（可达1MHz），抗磁电干扰能力强，耐振动冲击，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾环境的污染或腐蚀等。

2.2 工作原理

摩托车轮转动时带动同步转动的齿圈，在霍尔传感器头上产生交替改变的磁通量，引起磁感应强度改变。霍尔元件输出一个毫伏级的准正弦波电压，此电压再经过霍尔集成电路内部放大、整形后转换成标准的脉冲电压输出[或者转换成脉冲宽度调制（PWM）电流输出]，其脉冲的占空比随齿圈角速度的变化而变化[1]，该车轮轮速的脉冲数据，传送到车辆控制单元ECU，执行相关的控制动作。

2.3 霍尔式轮速传感器的种类

2.3.1 按线制分类

通常，霍尔式轮速传感器按线制类型结构分为二线制和三线制传感器。二线制常称为电流输出型，根据磁场变化的不同，在轮速传感器头内部产生霍尔电压，通过元件芯片内部的信号处理电路将该电压转换成脉冲宽度调制（PWM）电流输出。ABS系统通过采样电阻将此PWM电流转换为数字电压脉冲信号，从而得到轮速数值。近年来国内外摩托车（如川崎400和650系列等）大多采用这种类型的传感器。三线制常称为电压输出型，3个脚分别为Vcc，Gnd，Out。如果是开关霍尔元件，其Out脚根据磁场变化输出高低电平信号，如果是线性霍尔元件，其Out脚输出电压随磁场变化而相应增大或者减小，本田部分车型采用这种类型。两者区别在于传感器内部的输出级电路。

2.3.2 按芯片应用类型分类

按芯片应用类型，霍尔式轮速传感器包括普通轮速传感器和智能传感器。普通轮速传感器输出信号只是一个随着速度变化而产生频率变化的数字脉冲调制电流信号（高电流14mA、低电流7mA），它只能给车辆控制系统提供一个基本轮速信号。智能传感器可为车辆稳定控制ESP、坡道起步辅助HSA、牵引力控制TCS、电子差速锁、自动泊车系统、自动驾驶系统等一系列高技术性附加系统功能提供相对多元的信号，其芯片目前主要由3家厂家提供，分别是美国的Allegro公司、德国的NXP（恩智浦）、Infineon（英飞凌），其中以NXP和Infineon的智能芯片在轮速传感器领域应用最为广泛[2]。

3 ABS系统霍尔轮速传感器的检修原理

摩托车的ABS系统一旦出现故障，将影响行驶安全，应及时查明故障原因并进行修复。摩托车的ABS系统出现故障后，通常有故障报警提示。正常情况下，车辆还在保修期内，应尽可能去该品牌车辆的售后服务点进行检查维修，以获得最良好的服务和保障。除此之外，当自行检查摩托车的ABS系统时，可以采取“先易后难”原则进行。摩托车的ABS系统主要由轮速传感器、控制单元ECU、线束和相关机械执行机构件组成，如果出现故障报警，可先从检查线束是否接触良好、是否断路和短路入手，然后再考虑检查轮速传感器组件、控制单元等。据统计，轮速传感器组件故障占ABS系统总故障的30%以上，可以从引发霍尔式轮速传感器故障的以下主要原因进行检查：传感器相关线路出现断路或短路故障；齿圈的齿面缺损或出现污点；传感器头部被铁屑等异物堵住；传感器安装松动，使传感器与齿圈间的空隙发生改变；传感器内永磁体的磁性下降等[3]。具体可按以下方法进行检查。

3.1 测量传感器的供电电压是否正常

霍尔式传感器内部有霍尔元件、稳压电路、运算放大器等，这些电子元件都需要供电和接地（搭铁），通过测量电压值可判断模块是否有电压输出，模块供电接地是否有问题，导线是否存在短路或断路等故障。

3.2 测量电阻值确认是否为霍尔传感器

用万用表电阻挡直接测传感器电阻，二线制霍尔轮速传感器的电阻为无穷大，用二极管挡测量应该有0.3～0.7V的管压降。如果用万用表电阻挡能测出电阻，范围在1～1.6kΩ，这个传感器应为磁电传感器而非霍尔传感器。

4 ABS系统霍尔轮速传感器检修方法

4.1 故障车辆情况

以川崎400系列摩托车为例，该系列车型是2019年全球同步上市并引进国内的大贸摩托车，包括两款车型：仿赛型Ningjia400和街车型Z400，标配前后轮双通道ABS系统，两款车除外形相关配置略有不同外，其余主要配置完全一致。

4.2 故障表现

该系列车辆标配日本日清（Nissin）ABS系统。该车辆ABS系统出现故障时，仪表面板上的ABS故障报警灯常亮，同时仪表上的车速指针一直为0。经了解，故障前车主曾用起车器将车辆后轮架起，进行链条保养维护，保养过后故障出现。经现场查看，后轮的ABS信号线正好布置在后摇臂下方，靠近起车架的支承点位置。怀疑是起车架起车时压到了信号线，造成断路。为稳妥起见，将车辆开到了该车的售后服务点进行确认，客服介绍这样的故障在该型车辆已经发生多起。该车辆的后轮ABS信号线的布置存在被起车架压断的可能性，要格外小心。据此可知，该型车辆的轮速传感器提供的轮速信号，既作为仪表车速指示数据，又是ABS防抱死动作的依据。最后，售后建议更换原厂的后轮ABS传感器，材料和工时近600元，且该传感器还需要订货，预计到货需1～2个月的时间。

4.3 故障检修

4.3.1 故障分析和外观探究

故障原因和部件基本查明，由于售后维修费用过于高昂，且欲更换部件无现货。为此，探索是否可以用替代传感器更换。拆下故障传感器检查，该器件的导线质地紧实，剥开被压到区域导线外绝缘层后，发现是两根引线且未见断路，用万用表直流电压挡测量其中一根线对地（搭铁）电压为12V左右，说明控制单元ECU仍能提供12V的电源，以及从ECU到达被压导线处是连通的。怀疑导线因被压形成拉扯，导线与传感器内部的霍尔元件连接处或导线在封装内部断开，造成与控制单元ECU无法通信，产生故障。观察传感器头外部标识，只有“＞PAMXD6-GF03＜”，查阅资料，该字符串仅代表其封装材料，是否为传感器型号不得而知，也无法得知其内部所用的芯片型号。测量记录其外观各个维度尺寸及安装孔距、孔径尺寸后，决定破拆，以进一步探查传感器的内部结构。由于其封装材料非常坚固结实，与内部元件结合很紧密，拆解后能见到相对完整的器件只有一个圆柱型的永磁体和两根带孔的金属片，金属片上有间隔的两处半导体材料的堆积，并未发现线圈类的物体。再查阅相关资料文献，综上分析，初步判断此结构特征的传感器类型为二线制霍尔式传感器，不是电磁式传感器，内部霍尔芯片结构与Infineon公司的PG-SSO-2-2封装结构，以及Allegro公司SIP-2封装的芯片外形结构极为相似。参照文献资料中这两种封装图示，根据两根带孔的金属片的标志性特征，更倾向于是使用Infineon（英飞凌）公司的某型号芯片。

4.3.2 型号类型分析

初步推断传感器使用Infineon公司的二线制霍尔器件，但该公司用于传感器的霍尔器件种类繁多，参阅《二线制霍尔式轮速传感器结构原理及检修》[4]和《汽车轮速传感器中智能芯片的应用》[2]后，结合近年的二线制霍尔传感器的应用情况，基本定位芯片类型为Infineon公司的TLE4941或TLE4942及其衍生产品。最后在某电商平台搜寻到了相关的某型号霍尔轮速传感器，其标称正是使用Infineon公司的TLE4941系列霍尔智能芯片作为主要部件，各项参数指标比较相似，即二线制主动PWM电流型，电压也是故障车辆ECU所提供的电压范围，最后确定为替代用霍尔轮速传感器。

4.3.3 故障处理

综上分析，除了寻找到的替代传感器内部芯片与故障传感器的类型基本一致外，其外观多维及安装孔距、孔径尺寸也与故障车辆上的轮速传感器几乎完全一致。最可贵的是价格很便宜，仅为原厂的1/10左右。决定购买尝试替换，经实施代换，故障车辆故障排除，ABS故障报警灯熄灭，车辆速度表指示恢复正常。

4.3.4 故障检修效果

经过超过8个月和近5000km的小心谨慎地测试和使用，该故障车辆更换ABS传感器后，状态良好，防抱死动作和时机与故障发生前无异，代换基本达到预期的效果。后续将持续关注更换传感器的质量可靠性，以及是否会对行车安全造成影响。

5 结语

霍尔轮速传感器在摩托车ABS系统中的地位非常重要，关系行车安全和稳定，也因其优良的性能和结构特点而广泛应用。虽然从安全角度考虑，作为重要部件的更换，尤其是轮速传感器等部件应采用原厂配套部件。但是随着汽车、摩托车配件生产全球化、标准化和规范化进程的推进，原配件用替代产品也变成可能。而且通过更长时间的实践和检验，如果替代的传感器与原厂配套的参数相同或相近，且质量可靠，在确保还原ABS系统对行车安全的作用而不是牺牲的前提下，从明显降低维护维修成本角度考虑，类似的代换尝试值得深入探究。