齒輪傳感器 PS-HR系列

兩輪車中FI化的發(fā)展

電子控制式FI（Fuel Injection：燃料噴射）系統(tǒng)以汽車及大型兩輪車為中心發(fā)展而來，如今，該系統(tǒng)的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。以往，250cc級輕型摩托車(126～250cc)從復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與成本兩方面考慮認(rèn)為其難以實現(xiàn)FI化，但隨著限制的加強以及世界標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，該系統(tǒng)在其中的應(yīng)用也得到了不斷的推進。
FI系統(tǒng)可在實時處理來自各類傳感器的信息的同時，還可將各個氣缸的進氣、燃料供應(yīng)量以及燃料噴射時間控制在理想狀態(tài)，該系統(tǒng)超越了以往化油器方式的控制極限，可在從低速到高速的所有旋轉(zhuǎn)范圍中，將混合氣與燃燒控制在接近理想的狀態(tài)。
此外，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了啟動、低速行駛以及加速時燃料噴射的優(yōu)化，同時，對于減速、高速時的燃料削減等也實現(xiàn)了精細(xì)控制。

125cc以下小型兩輪車所要求的環(huán)保設(shè)計

在FI技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，適用于兩輪車的環(huán)保限制也逐漸向WMTC(世界摩托車測試循環(huán))推進，其排放氣體的限值目標(biāo)值比以往進一步降低了30%～60%，各國均面臨著全新的挑戰(zhàn)。
在這項全新的試驗法中，總排量在高于50cc～低于150cc且最高速度在50km/h以下，同時總排量低于150cc且最高速度高于50km/h～低于100km/h的小型及中型兩輪車也被分類為限值對象車輛"等級1"，其適用以城區(qū)行駛為對象的"PART 1"的試驗循環(huán)，同時對CO、THC、NOx等D排量削減也擁有嚴(yán)苛的要求。

要求低價格高精度傳感器的原因

兩輪車用發(fā)動機的油門傳動機構(gòu)極為靈敏且直接，因此相比用于汽車用大型發(fā)動機的FI系統(tǒng)，其在FI化過程中對精細(xì)的制造技術(shù)以及細(xì)致的電子控制技術(shù)提出了更高的要求。
同時，在價格較低的50cc級輕便摩托車以及125cc級小型兩輪車中，為了實現(xiàn)FI系統(tǒng)的進一步小型輕量化、省電化以及低成本化，確立合理化設(shè)計以及量產(chǎn)體制不可或缺。
在國際共識下，為適應(yīng)力度不斷強化，范圍不斷擴大的環(huán)保限制，新一代FI技術(shù)在取得不斷地發(fā)展，而各類傳感器作為FI系統(tǒng)的眼睛，在其設(shè)計及開發(fā)成果方面提出了更高的要求，使其能夠?qū)崿F(xiàn)比以往更高的精度以及更低的成本。

TDK的舉措

TDK針對ATV(All Terrain Vehicles：全地形車。主要為用于農(nóng)耕、狩獵、休閑等目的的四輪摩托車)，通過兼顧耐環(huán)境性與高精度感應(yīng)能力的獨特合理化結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)世界頂級的齒輪傳感器并投入量產(chǎn)，同時，在使用成功案例以及長期穩(wěn)定性方面也獲得了眾多好評。
ATV擁有極強的耐環(huán)境性能，其主要針對沼澤地、水田、砂礫、石粒飛蹦的嚴(yán)酷路面環(huán)境，以及雪中等惡劣環(huán)境進行設(shè)計，并且在油門全開的高溫狀態(tài)下進入嚴(yán)冬下積有薄冰的沼澤地中亦能保持正常行駛。

齒輪傳感器在車速表顯示以及2WD-4WD切換中起到將檢測出的齒輪數(shù)傳遞至ECU的重要作用，由于其直接安裝于ATV的離合器單元上，因此其與發(fā)動機處于同樣的惡劣環(huán)境中，時刻會受到水淹、飛濺物體的沖擊以及振動等影響。在此環(huán)境下使用的齒輪傳感器要求擁有比汽車中應(yīng)用的齒輪傳感器更高的強韌性，而TDK則在切實滿足這些要求的同時，在開發(fā)及量產(chǎn)體制中確立了獨特的領(lǐng)域，使其在感應(yīng)能力及成本方面擁有更大的優(yōu)勢。

齒輪傳感器PS-HR92系列的檢測方式與結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

TDK的齒輪傳感器PS-HR92系列是一款定向耦合器連接型的最先進型號產(chǎn)品，為了支持用于50cc級輕便摩托車以及125cc級小型兩輪車的合理化FI系統(tǒng)的開發(fā)，產(chǎn)品以在ATV領(lǐng)域中通過實際驗證證實的耐環(huán)境結(jié)構(gòu)以及耐噪音設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了超越以往產(chǎn)品的小型輕量化及低成本化。
通過優(yōu)化了高靈敏度差動霍爾IC與磁鐵配置的獨有磁路設(shè)計，即使在怠速熄火后重新啟動時，或在油門開度較低的部分油門領(lǐng)域中，也能實現(xiàn)抑制抖動的高精度零速(超低速)旋轉(zhuǎn)檢測。同時，依靠獨特的外殼結(jié)構(gòu)，其不僅在振動、淋水以及浸水狀態(tài)下具備長期可靠性，同時還可應(yīng)對-30°C的低溫至+150°C的高溫，具有十分優(yōu)異的耐環(huán)境性，并且進行了低成本化。額定及電氣特性示例如表1所示。

適用

最適合用于FI系統(tǒng)規(guī)格的小排量兩輪車速度傳感器、凸輪角度傳感器、曲軸角度傳感器。當(dāng)然，在削減屬于WMTC等級2、等級3的中大型兩輪車以及ATV、汽車的尾氣排放，設(shè)計提高燃油經(jīng)濟性及發(fā)動機性能等方面，其優(yōu)勢也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往同類傳感器。
凸輪角度傳感器的應(yīng)用示例如圖1所示。

圖1齒輪傳感器PS-HR92系列應(yīng)用示例(凸輪角度傳感器)

ECU根據(jù)凸輪角度傳感器與曲軸角度傳感器發(fā)出的檢測信號，計算FI系統(tǒng)的點火時間、燃料噴射時間以及噴射量。
在通過優(yōu)化A/FI值等提高排放氣體抑制效果的FI系統(tǒng)中，在確保其能力的同時實現(xiàn)高精度的傳感器信號以及穩(wěn)定的輸出是十分重要的條件。

優(yōu)勢、應(yīng)用優(yōu)點以及耐環(huán)境性

以下是關(guān)于TDK齒輪傳感器PS-HR92系列特點以及優(yōu)勢的總結(jié)內(nèi)容。表2所示為與以往使用電磁示波器的代表性模擬式之間的性能比較示例。在使用數(shù)字式的PS-HR92系列中則采用了高靈敏度的差動霍爾IC。即使氣隙擴大至2mm，從零速至全開油門也能夠輸出高精度、高水平的電壓波形。

差動霍爾IC輸出波形

電磁拾波器輸出波形

圖2為旋轉(zhuǎn)速度-輸出電壓比特性比較示例。將500rpm的齒輪轉(zhuǎn)速作為100%，則電磁示波器型產(chǎn)品的輸出電壓會隨著齒輪轉(zhuǎn)速降低而下降，在50rpm時將下降至大約原來的30%，此時將很容易發(fā)生錯誤工作。而差動型霍爾IC型產(chǎn)品的輸出電壓比則幾乎不會發(fā)生變化。

圖2旋轉(zhuǎn)速度-輸出電壓比特性比較示例

同時，如以下耐環(huán)境性一覽(表3)、占空比-溫度特性示例(圖3)所示，其不僅能夠適應(yīng)溫度范圍在–30～+150°C的環(huán)境，同時在耐熱沖擊、耐沖擊、耐振動等嚴(yán)酷的可靠性試驗中表現(xiàn)出了無與倫比的耐久性。即使在ATV、兩輪車中極為重視的耐水性(淋水耐久性)方面，也通過獨特設(shè)計的密封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了行業(yè)頂級的長期可靠性。

圖3占空比-溫度特性示例(氣隙:1.5mm/旋轉(zhuǎn)速度:50rpm/齒輪模塊:2)

檢測信號的可靠性

汽車線束使用的是較低的電壓，而在兩輪車及ATV中則通過蓄電池直接供電來驅(qū)動線圈及繼電器等各種控制部位，因此會較為頻繁地產(chǎn)生破壞性浪涌噪音。
為了在如此嚴(yán)酷的電磁環(huán)境下保持高精度的感應(yīng)能力，產(chǎn)品中內(nèi)置了具有優(yōu)異浪涌吸收能力的專用電路。其不僅具備輻射場耐性，同時還擁有強大的耐噪音性，使其能夠滿足JASO標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的瞬時電壓特性D001-94(A-1、A-2、B-1)。

細(xì)致周全的Design-in設(shè)計支援體制

對于用于兩輪車，特別是50cc級輕便摩托車、125cc級小型兩輪車等廉價規(guī)格車輛中的發(fā)動機的4行程、FI化方面，雖然在解決成本及結(jié)構(gòu)方面的各項課題采取了各種措施，但對于齒輪傳感器方面也需要完善體制，以便使其能夠快速靈活地配合以上措施。
具體而言，則是針對作為檢測對象的齒輪形狀與材質(zhì)，對磁場檢測部位的霍爾器件配置、內(nèi)置磁鐵形狀、磁性等齒輪傳感器的設(shè)計規(guī)格進行優(yōu)化的快速開發(fā)環(huán)境，而對于這樣的Design-in體制，TDK也通過全力發(fā)揮支持公司取得多年成果的豐富磁場模擬模型，確立了強有力的支援體制。
此外，對于現(xiàn)行的量產(chǎn)車型，在通過改善抖動、提高感應(yīng)精度等措施，滿足各類改善要求的同時，還針對發(fā)生問題等需要迅速采取應(yīng)對措施的情況，采取通過磁場模擬快速查明原因、討論齒輪形狀、提供改良方案等措施，積極開展對量產(chǎn)生產(chǎn)線產(chǎn)生直接作用的周全改良支援體制。

審核編輯：彭菁