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[摘 要]本文对智能启停系统功能实现单元-霍尔传感器感、感应件的使用及配合进行研究，分析了两者之前相互配合的原理及效果，通过设计换挡角度及挡位开关的内部电路控制，实现两者配合，并准确输出挡位信号给ECU，实现整车系统的智能启停功能，实现整车降低燃油消耗目标。
[关键词]霍尔传感器；感应件；智能启停
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0132-01
1. 前言
随着大气污染日益严重，为保护自然环境，各国汽车排放标准越来越严格。在严峻的考验下，节能减排越来越受到大家的广泛关注。汽车智能启停技术在节能减排方面有很显著效果，且其因对汽车改动小、成本低被广泛应用。
本文主要对手动汽车智能启停技术的实现手段进行研究，该技术在实际生产中进行了成功的应用，取得明显的效果，验证了研究的正确性，且在智能启停技术的研究成功及市场应用为节能减排做出的巨大贡献。
2. 研究对象
1. 智能启停技术：遇到红灯或堵车，车速低于3km/h的状态时，发动机将自熄火；当驾驶员重新踏下离合器、油门踏板或松抬刹车的瞬间，起动机将快速启动发动机。整个智能停启过程不影响你的驾驶习惯。此外，还可以通过操作启停系统主开关关闭自动启停功能。要实现整车智能启停，就要向整车ECU输出挡位信号来让ECU判定是否挂挡，是否满足启停条件，该挡位信号由变速器在换挡过程中实现。
2. 霍尔传感器（挡位开关）：为ECU提供挡位信号使得整车实现智能启停功能。
3. 感应件：向传感器提供磁场大小，使挡位传感器信号发生变化，进而提供挡位信号。
3. 工作原理
手动变速器中，挡位开关固定在变速器壳体上，感应件固定在手动操纵系统换挡轴上，通过手动换挡，换挡轴进行旋转运动或者沿着轴向运动，感应件发生相对于挡位开关的移动，使得挡位开关接收到的磁场强度发生变化，最终输出高低电平或者PWM信号给ECU，实现整车的智能启停功能。
3.1挡位开关在变速器上的放置
为实现挡位开关的信号跳变，需要将挡位开关和感应件放在一个静止、一个运动的环境当中。又因需要挡位开关的信号稳定性，可将挡位开关放置在变速器壳体上，静止状态，将感应件放置在换挡轴上，感应件可随着换挡进行直线或者旋转运动，这样就可使开关感受到磁场强度变化，使得开关输出不同电压值，提供挡位信号。
3.2选挡角度设计计算：
在选挡过程中，感应件随着换挡轴进行旋转运动，可在旋转范围内规定一个空挡信号的角度范围及在挡信号的区域范围。
备注：当然在设定过程中，存在信号跳变的模糊区域，介于空挡、在挡之间。
比如可设定：空挡角度：0°——6°
切换角度：6°——14°
在挡角度：14°——25°
设计空挡时，挡位开关在切换角度进行编程，输入挡位开关跳变的磁场强度阀值，挡位开关与感应件角度为0°，此时开关输出高电平，ECU接收到空挡信号，选挡角度在14°——25°时，挡位开关输出低电平，ECU接收到在挡信号。
图1 选挡位置示意图图 图2换挡位置示意图
3.3 换挡角度设计计算
在设定跳变区域之后，变速器还有换挡功能，在换挡过程中，也要设定挡位开关的感应区域，为节省磁钢材料，可根据不同挡位布局进行适合该挡位布局的磁钢形状如图2所示。
3.4 挡位开关内部控制原理图
当设定完挡位开关和感应件在变速器上的相对作用位置后，需要根据设定条件设计实现特定功能的电路图，如图3所示，可设计双霍尔开关和单霍尔开关两种，双霍尔开关功能是在满足挡位开关向ECU提供挡位信号之外，还可以提供一路保护电路连接整车继电器。单霍尔开关只提供挡位信号，单双霍尔传感器的选定根据整车需求。一般单霍尔传感器就可满足智能启停使用要求。另外，图五所示为挡位开关输出高低电平的一种输出方式，还有一种挡位开关设计电路是根据感应件位移输出对应位移的PWM信号，连续占空比信号，能更准确、实时提供挡位信号。
图3 传感器开关内部电路图
4. 效果验证与失效模式分析
4.1 效果验证
想要验证开关是否功能正常，需要用专用检具进行测试，在手动变速器上进行开关功能验证时，可通过专用检测仪器测试不同挡位的信号输出是否正常输出。一般空挡为高电平，在挡为低电平。设置高电平电压为≥12V，低电平电压为≤3V。
4.2 失效模式分析
挡位开关与感应件配合通常存在信号异常情况，信号同高、同低、信号相反，这些都会导致智能启停功能异常，造成信号异常的因素主要有挡位开关故障，内部短路接反、电阻短接、晶体管烧坏、短路、PCBA版虚接等，在设计挡位开关电路时，需要主要整车电流。电压值，因为挡位开关电路板上的电器元件（比如晶体管、霍尔元件、电阻等）很容易被整车大电流烧蚀，造成智能启停功能关闭。
感应件也存在一些失效模式，例如磁铁断裂、磁极装反，退磁等，故在设计过程中，需要随时检测磁钢磁力，磁极，及磁钢清洁度，保证磁钢一致性。
总结
智能启停功能为防止功能失效，当挡位信号一路电路出现异常时，智能启停功能会被关闭。
实际测试表明，在较拥堵的城市工况下，使用智能启停技术的轿车，燃油消耗可降低5%-10%、减少二氧化碳排放4%，节能效果可达10%～15%，还能减少噪声污染和发动机积碳，因此使用智能启停技术至关重要，因此需要研究智能启停的实现方法，本文主要对实现智能启停的其中一支进行研究，通过研究挡位开关与感应件相互感应关系，设计出满足要求的产品，从而提升汽车品质且便捷的完成汽车排放指标。
参考文献
[1]变速器，清华大学姜维山主编，1990年，人民交通出版社.
[2]汽车为什么会跑，陈新亚编著，2009年，机械出版社.
[3]手动变速器和驱动桥，李宗申主編，2003年，教育科学出版社.
[4]汽车工程手册，《汽车工程协会》委员会编制 2001.6年，人民交通出版社.
[关键词]霍尔传感器；感应件；智能启停
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0132-01
1. 前言
随着大气污染日益严重，为保护自然环境，各国汽车排放标准越来越严格。在严峻的考验下，节能减排越来越受到大家的广泛关注。汽车智能启停技术在节能减排方面有很显著效果，且其因对汽车改动小、成本低被广泛应用。
本文主要对手动汽车智能启停技术的实现手段进行研究，该技术在实际生产中进行了成功的应用，取得明显的效果，验证了研究的正确性，且在智能启停技术的研究成功及市场应用为节能减排做出的巨大贡献。
2. 研究对象
1. 智能启停技术：遇到红灯或堵车，车速低于3km/h的状态时，发动机将自熄火；当驾驶员重新踏下离合器、油门踏板或松抬刹车的瞬间，起动机将快速启动发动机。整个智能停启过程不影响你的驾驶习惯。此外，还可以通过操作启停系统主开关关闭自动启停功能。要实现整车智能启停，就要向整车ECU输出挡位信号来让ECU判定是否挂挡，是否满足启停条件，该挡位信号由变速器在换挡过程中实现。
2. 霍尔传感器（挡位开关）：为ECU提供挡位信号使得整车实现智能启停功能。
3. 感应件：向传感器提供磁场大小，使挡位传感器信号发生变化，进而提供挡位信号。
3. 工作原理
手动变速器中，挡位开关固定在变速器壳体上，感应件固定在手动操纵系统换挡轴上，通过手动换挡，换挡轴进行旋转运动或者沿着轴向运动，感应件发生相对于挡位开关的移动，使得挡位开关接收到的磁场强度发生变化，最终输出高低电平或者PWM信号给ECU，实现整车的智能启停功能。
3.1挡位开关在变速器上的放置
为实现挡位开关的信号跳变，需要将挡位开关和感应件放在一个静止、一个运动的环境当中。又因需要挡位开关的信号稳定性，可将挡位开关放置在变速器壳体上，静止状态，将感应件放置在换挡轴上，感应件可随着换挡进行直线或者旋转运动，这样就可使开关感受到磁场强度变化，使得开关输出不同电压值，提供挡位信号。
3.2选挡角度设计计算：
在选挡过程中，感应件随着换挡轴进行旋转运动，可在旋转范围内规定一个空挡信号的角度范围及在挡信号的区域范围。
备注：当然在设定过程中，存在信号跳变的模糊区域，介于空挡、在挡之间。
比如可设定：空挡角度：0°——6°
切换角度：6°——14°
在挡角度：14°——25°
设计空挡时，挡位开关在切换角度进行编程，输入挡位开关跳变的磁场强度阀值，挡位开关与感应件角度为0°，此时开关输出高电平，ECU接收到空挡信号，选挡角度在14°——25°时，挡位开关输出低电平，ECU接收到在挡信号。
图1 选挡位置示意图图 图2换挡位置示意图
3.3 换挡角度设计计算
在设定跳变区域之后，变速器还有换挡功能，在换挡过程中，也要设定挡位开关的感应区域，为节省磁钢材料，可根据不同挡位布局进行适合该挡位布局的磁钢形状如图2所示。
3.4 挡位开关内部控制原理图
当设定完挡位开关和感应件在变速器上的相对作用位置后，需要根据设定条件设计实现特定功能的电路图，如图3所示，可设计双霍尔开关和单霍尔开关两种，双霍尔开关功能是在满足挡位开关向ECU提供挡位信号之外，还可以提供一路保护电路连接整车继电器。单霍尔开关只提供挡位信号，单双霍尔传感器的选定根据整车需求。一般单霍尔传感器就可满足智能启停使用要求。另外，图五所示为挡位开关输出高低电平的一种输出方式，还有一种挡位开关设计电路是根据感应件位移输出对应位移的PWM信号，连续占空比信号，能更准确、实时提供挡位信号。
图3 传感器开关内部电路图
4. 效果验证与失效模式分析
4.1 效果验证
想要验证开关是否功能正常，需要用专用检具进行测试，在手动变速器上进行开关功能验证时，可通过专用检测仪器测试不同挡位的信号输出是否正常输出。一般空挡为高电平，在挡为低电平。设置高电平电压为≥12V，低电平电压为≤3V。
4.2 失效模式分析
挡位开关与感应件配合通常存在信号异常情况，信号同高、同低、信号相反，这些都会导致智能启停功能异常，造成信号异常的因素主要有挡位开关故障，内部短路接反、电阻短接、晶体管烧坏、短路、PCBA版虚接等，在设计挡位开关电路时，需要主要整车电流。电压值，因为挡位开关电路板上的电器元件（比如晶体管、霍尔元件、电阻等）很容易被整车大电流烧蚀，造成智能启停功能关闭。
感应件也存在一些失效模式，例如磁铁断裂、磁极装反，退磁等，故在设计过程中，需要随时检测磁钢磁力，磁极，及磁钢清洁度，保证磁钢一致性。
总结
智能启停功能为防止功能失效，当挡位信号一路电路出现异常时，智能启停功能会被关闭。
实际测试表明，在较拥堵的城市工况下，使用智能启停技术的轿车，燃油消耗可降低5%-10%、减少二氧化碳排放4%，节能效果可达10%～15%，还能减少噪声污染和发动机积碳，因此使用智能启停技术至关重要，因此需要研究智能启停的实现方法，本文主要对实现智能启停的其中一支进行研究，通过研究挡位开关与感应件相互感应关系，设计出满足要求的产品，从而提升汽车品质且便捷的完成汽车排放指标。
参考文献
[1]变速器，清华大学姜维山主编，1990年，人民交通出版社.
[2]汽车为什么会跑，陈新亚编著，2009年，机械出版社.
[3]手动变速器和驱动桥，李宗申主編，2003年，教育科学出版社.
[4]汽车工程手册，《汽车工程协会》委员会编制 2001.6年，人民交通出版社.