霍尔开关在换挡器中的应用
桑任仲，蔡艳波，马世玺，王一婷
(东风汽车集团股份有限公司技术中心电子电器部，湖北 武汉 430058)
性能等方面的问题。在换挡器的设计过程中，选用了霍尔开关，产品在实验期间出现挡位信号采集不准的问题，通
过分析原因，到了问题的所在并予以解决。
关键词：霍尔开关；换挡器；挡位中图分类号：1463.6 文献标志码：A 文章编号：1003-8639( 2021 )01-0056-03
The Application of Holzer Switch in Gear Shift
SANG Ren-zhong , CAI Yan-bo , MA Shi-xi , WANG Yi-ting (Dongfeng Moter Corporation Technical Center , Wuhan 430058, China )
Abstract ： Gear information is a very important information in driving process. Gear information acquisition accuracy is directly related to the safety and performance of the car. In the design process of gear shift the Holzer switch was selected. During the experiment , the product found the problem of inaccurate acquisition of the signal signal. Through the analysis of the reasons , the problem was solved.
Key words ： Holzer switch ； gear shift ； gear information
目前在各种换挡器中，小汽车上的自动挡一般只有P 、
R 、N 、D 这4个位置信号，或者是P 、R 、N 、D 、+、-这6个 位置信号。手动挡上位置根据变速器的挡位数决定，多数为 1、2、3、4、5、N 、R 这7个位置，并且是双排或者三排排 列。但是在一些大型的商用车和货车上面，换挡器很多是单
排排列的，而且挡位最多的操作杆位置有1、2、3、4、5、
6、7、N 、R1、R2等超过10个位置。在这样的条件下，每个 挡位之间的距离很近，各个位置的信号相互干扰的可能性就 很大了。
目前换挡器操作杆位置信号的采集，绝大部分采用磁信
号的方 采集操作杆的位置信号， 为：在操作杆上的某
个位置上磁铁，操作杆动 个位置，就 相应
位置的 器，而换挡器的ECU 就能读 前的 器状 态，得操作杆当前的位置。
2
霍尔开关的原理
2.1 霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑 作用 的。
( 或 )
在
中，这种 就 在
和磁场的方向上产
的 ， 而形成附加的横向电场。
2.2霍尔
根据霍尔效应制作成的传感器叫做霍尔传感器，霍尔传
收稿日期:
2020-07-07
器分为线型霍尔 器和 型霍尔 器种。其中
中采用的是
型霍尔 器 ，玉
为霍尔 O
1 I 其
中B np 为工作
的磁感应强度I B rp 为
的磁o
的
磁 超过动作
B np I
器I
磁
强
动作B np 下I
器
不变I —
B rp I
器
变为高电平。B np 与B rp 之间
的
动作更为可靠。
2.3霍尔 的型
霍尔的特性可分为双性、单性、性、 性4种。
1) 双性 磁的变I
(S )木
I
霍尔
I
(N )
近I 片 状态
翻为 I
此往复。
2) 单 性 只 单 磁 I
(S ) 近
I
(S )
离 I 片
状态翻为
平I 北(N ) 始终是
°
3) 性 片的 压磁 比I 根据感应到的磁 性和 I 片 压上升或下O
4)
性 (S ) (N )磁的变 I 在南
(S )磁场和
(N )磁下均 变信号。
《"车电％》202#年第$期
K技（交*
Technical Communication
根据挡位的设计需求，选用了HAL543单极性高灵敏度的霍尔开关，它的工作电压在3〜30)，磁场Bnp和BRP分别为120G和60G，工作的温度-40-150!，它由反向电压保护、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级组成。
3永磁铁的磁场强度
对一个永磁铁的磁感应强度，它的两端的磁场强度最大，但是轴线上移动的话，距离越远，磁场强度越小，具体的磁场强度的变化满足如
(2"+$)x(2"+$)](1) L体高度；"轴线上距离。
(1)出，磁场强度会随着距离增加而迅速，触发霍尔开关B np在一，刁
远，但是会成挡位的霍尔开发触发，在离开这个挡位，磁场强度B hp而关了霍尔开关在霍尔开关磁铁的距离是设计的一
4挡位采集的设计
4.1电路设计
在挡器中，挡位的信号是最的，挡位信号的采集放在级最高，信号发生变化，，挡位的信在电路设计霍尔开关的信号单的
应
电路PCB设计一据的设计，一个
设计的，整个作的移动
了个挡位作的位，在电路的时候，需要将每个霍尔开关与每个操作杆停止的位置一致，在向上，作上磁铁的位和霍尔开关是的，磁场强度足够大，触发应的霍尔开关。
4.2设计
在的，霍尔开关的成中断接口，在设计的它们设置成触发，艮
有霍尔开关是从关
信号变成开信号会
触发，当进
再
的判，具体的算
法如图2所示。
5挡位丢失
5.1故障现象
—款多挡位信号
的手动挡器在产品
验收的，发现某
个挡位信号无法读取,
当操作移动至某
个位的，发出
来的信号没有变化。图2挡位信号采集的软件流程图5.2故障排查
通过排查，发现虽然了但是进入逻辑判语句跳出了，说明程序在逻辑判没有到应的，它跳出了，使数据没有存入CAN缓存区，导挡器发出的信会变化。
用示波器对霍尔开关的输出信号检测，挡器
作杆移动个发出信号的位再移回来，示波器抓到的波形图3示，在示波器的绿波形的，表示该位霍尔开关已经开启，但是的黄波形还是低电平，说明它对应的霍尔开关还没有关u集的霍尔开关信号有2个起作用u不到对应的挡位信u挡位信CAN的数据缓存器相反面黄波形的，绿已经变成高电平了，u集到的信有对应的挡位信息u信号存入CAN缓存器。
图3采集到的霍尔开关信号波形
5.3问题产生的原因
由于此换挡器是一个多挡位的手动挡器，有1、2、3、4、5、6、7、=、N、R1、R2共11个挡位，而且作的设计运轨迹是在一个平面，成了作留的位
很多，对应的霍尔开关在电路的比较紧密；再加之有器存在个体性差异和器安装存在着一的安装误差，而成了某霍尔开关之间的距离较近u当操作上的磁铁在某个挡位，触发了一个霍尔开启，但另一个开关却还没有关的现象。
由前的设计时u为快速应挡位信的集u 用了，在u集挡位信u读到的是2个霍尔开关同开启的信u由
有2个挡位信同出现的工况u判次读取到的挡位信为无效有每触发一次霍尔开关会一次u当次u没有新的触发信u
会再u使面出现了的挡位信息u由于了导面的挡位信无法读取到。
6解决方案
由挡器操作的运动都需要一的间u—个挡位到一个挡位一般在200〜300ms u u对个读取不到有效挡位信u需到作有效挡位信u读取挡位信是在的逻辑设计u设计了一算法u用和兼顾的案u流图图4所示。
《"车电％》202#年第$期
创Technicalcommunication
3
是
V
否
是否有效信息
是
是
否
否
返回手动挡汽车换挡
返回
i 嘶志蔭 否为1丿
龛否为有效^ 、位/
c 中断程序
更改后的软件流程图
读取当前各挡位的
信息
将此信息存入CAN
缓存区
将此信息存入CAN 缓存区，循环标志
位清0
设置循环扫 描标志位，便将它设置 为1
读取当前的挡位信息
（上接第55页）
[7] Pin Lv , Zhengzhou Wang , Keliang Hu , etc. Flamma
bility and thermal degradation of flame retarded polypropylene composites containing melamine phosphate and pentaerythritol derivatives [J ]. Polymer Degradation and Stability , 2005, 90： 523-534.
[8] ISO 6722, International Standard : Road vehicles-60V
and 600 single -core cables -Dimensions , test methods and requirements [ S ]. 2002.
[9] Z. Holik , K.Kyas , M. Krumal , J.etc. Improvement of
polypropylene properties [C [//Proceedings of the 21st in
ternational DAAAM symposium , 2010: 1191-1192.
[10] Gian Carlo Montanari , Davide Fabiani , Fabrizio
Palmieri. Modification of Electrical Properties and Per formance of EVA and PP Insulation through 73 Nanos
tructure by Organophilic Silicates [C ]//IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation , 2004, 11 ： 754-
762.
[11 ] Chae Hwan Hong , Yong Bum Lee , Jin Woo Bae , etc.
Tensile and Flammability Properties of Polypropylene based RTPO/Clay Nanocomposites for Cable Insulating
Material [J ]. J Appl Polym Sci , 2005, 97： 2375-2381.
[ 12] Chae Hwan Hong , Yong Bum Lee , Jin Woo Bae , etc.
Tensile Properties and Stress Whitening of Polypropy -
lene/Polyolefin Elastomer/Magnesium Hydroxide Flame
程序进入中断程序之后，就开始设置一个标志位7判断 挡位已经发生变化了7再以50ms 的周期进行程序扫描7来 判断当前的挡位信息是否有效，当信息为有效值，才进行记
录，并将此最新的挡位信息发送出去7将之前设计的标志位 清零。这样既能保证对挡位信息的快速响应，也具有很强的
纠错能力7能够过滤掉一些无用的挡位信息。
7方案验证
按照上述 进行 后，之前有挡位 的挡已
经 有再出现挡位 的 , 后 有的换挡器也未
再出现挡位 7说明
的算法是准确的。
参考文献）
[1] 何希才.传感器及其应用电路[M ].北京：北京电子出
版社，2001: 100-108.
[2]
玉，
，张化福.大学物理（第三版）[M ].北
：科
,2015： 151-165.
[3]
.
机C 程序设计[M ".北京:
,2007： 345-370.
（编辑杨景）
Retardant Composites for Cable Insulating Application
[J ]. J Appl Polym Sci 2005, 97: 2311-2318.
[13 ] SalmanAmin , MuhammadAmin. Thermoplastic elas
tomeric （TPE （materials and their use in outdoor elec
trical insulation [J ]. Rev. Adv. Mater. Sci., 2011, 29:
15-30.
[14] 肖".高频对称电缆设计与制造之二一一制造[J ].电
线电缆,2006 （2（： 17-22.
[15] 崔馨宇.车载以太网技术现状与发展探究[J ].科技创
新导报,2017 （24（： 156-157.
[16] 李洋，韩常玉，于彦存，等.聚丙烯与丙烯-乙烯共聚
物的共混改性研究[J ].塑料科技,2018, 46 （7（： 46- 51.
[17] 刘颖，全帅.聚丙烯的增韧改性研究现状[J ].山东化
工,2018, 47 （22（： 65-68.
[18] 赵宁建.国产同向双螺杆机在电缆料加工中的应用[J ].
电线电缆, 2002 （5（： 30-31.
[19 ]任翔，纪延磊,
，等.宇航用Space Wire 高速数据
电缆的研制.光纤与电缆及其应用技术,2018 （6（： 8-
13.
[20"尹莹，江斌，龚江疆.对称数字通信电缆电磁兼容性能
测[J ].电线电缆,2005 （3（： 10-14.
[21] , . 同 对聚丙烯 性 的
[J ]. 科学与技术,2012, 31 （9（： 981-984.
（编辑凌波（
《"车电％》2021年第1期
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