用于停止/启动的曲轴传感器 IC
用于停止/启动的曲轴传感器 IC
由 Eric Burdette 和 Mike Morris 提供。
Allegro MicroSystems 公司
停止/启动功能让汽车可通过在很短的间隔时间内(如交通停车时)关闭和重启引擎来节约燃料。该功能要求应用先进的传感技术实现高效。本文介绍了启动/停止操作和霍尔效应集成电路的启用，特别是此项应用中所用的 Allegro® MicroSystems ATS694 和上一代 ATS658 产品。
简介
拥有停止/启动功能的汽车可通过在停止时（如等红灯时）关闭内燃机来节约燃料。当司机发出恢复驾驶的信号时（如按下离合器或松开煞车），引擎可以重启。宣传停止/启动系统在节约燃料方面的改进可吸引 5% 或 10% 的顾客。此外，通过减少引擎闲置时间来降低油耗可减少排放的 CO2总量，这在欧洲是一项备受推广的优点，因为汽车制造商都希望尽力满足严格的排放标准。
启动/停止操作
启动/停止概念并不是新创意。早在 20 世纪 80 年代，已有一些投产的汽车具备此项功能。过去几十年间技术的改进已使启动/停止操作成为一项更可靠的功能。而且，现代汽车是否具备快速重启引擎的能力对广大消费者是否接受该功能具有重要影响。
与需要并行驱动系统的混合系统相比，停止/启动系统极具成本效益。停止/启动系统主要依赖于现有组件，只需升级少数设备即可实现节约燃料。现有的引擎控制装置 (ECU) 采用来自传感器的输入信息动态调节引擎定时和燃料使用，以优化性能。可运行额外的 ECU 算法在不需要时关闭内燃机。该算法需要获取有关受监控的系统的输入数据（如车轮速度、制动以及电池状态），这对确保有足够的动力重启引擎和保持停止期间的电子组件状态而言很有必要。
为了实现重启引擎，系统依赖于一个启动发电机或大功率起动马达（以承受更多的使用）。此外，还应用来自曲轴位置传感器的信息将重启时间缩短至一瞬间。在典型的汽车内燃机中，采用有源传感器监控曲轴上的特定目标。为了使 ECU 能够确定绝对曲轴位置，从而提供活塞位置，传感器须提供目标旋转方向。方向检测功能让系统可以在停止过程中全程保持同步，即使出现引擎间隙也是如此。如不保持同步，重启可能需要更长时间。
传感技术
Allegro MicroSystems 公司提供好几款汽车级的轮齿霍尔效应集成电路 (IC), 专为满足启动/停止系统对曲轴速度及方向的传感要求而设计。这些设备基于成熟的霍尔技术，可针对铁磁目标提供数字化无接点传感。此 IC 系列产品包括 ATS658 和 ATS694，两款产品均可融入一种容易使用的过模压 IC 中，该 IC 整合了霍尔效应电路和稀土永磁 。小型封装和集成磁系统可轻松组装并与各种目标齿轮和安装气隙一起使用。将该传感器电路与 Allegro 工厂生产的反偏压磁配合使用可确保获得始终如一的设备性能，因为每个 IC 都可得到优化，以匹配已知磁路。
尽管这两种设备有细微的差别，但是 ATS658 和 ATS694 均含有三个霍尔元件，它们基于铁磁目标齿轮旋转产生的磁刺激而生成两种不同信号。然后，这两种信号的相对相会被用于确定目标旋转的方向。传感器 IC 提供数字电压输出信号，在设备的正面经过每个目标轮齿的中心时产生一个短脉冲。两种不同的输出脉冲宽度可区分目标在正转或反转。这样,引擎控制装置便能通过查看两个连续脉冲之间的间隔确定目标转速，并通过测量输出相的宽度确定目标旋转方向。
这些 IC 内部采用了大量获得专利的模拟和数字信号处理技术。还采用了先进的校准技术以提供最佳信号偏移和幅度。该校准技术结合了对信号的数字跟踪，因此，在各种安装气隙和目标速度条件下均能实现精确切换。
还采用了独特的信号跟踪方法，以保持长时间停车期间的信号完整性。数字化方向检测算法可确保在目标方向改变(引擎停止过程中会发生)时不会产生错误的输出脉冲。通过综合运用这些技术和算法，这些设备可以在整个引擎停止过程中跟踪曲轴目标的绝对位置，确保 ECU 了解曲轴(及凸轮轴)的准确位置，实现快速重启。
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