基于GMR的汽车车轮传感的未来

基于GMR的汽车车轮传感的未来

2月 23, 2022

罗斯·艾森贝斯著

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磁传感器广泛应用于现代车辆，用于测量运动部件的位置、旋转角度和电流流动。这些非接触式硅基传感器的多功能性、可靠性和经济性使它们特别适合汽车和工业应用。亚博尊贵会员

随着汽车电气化、计算机化控制系统和子系统可靠性监测的兴起，系统必须具有车辆每个车轮的准确旋转信息。几十年来，防抱死制动系统(ABS)一直依赖于这一信息。间接轮胎压力监测系统(iTPMS)通过计算轮胎之间车轮速度的相对差异来检测异常轮胎充气。牵引力控制系统(TCS)通过测量车轮速度和调整功率来保持车轮以一致的速度旋转来保持车辆的稳定性。扭矩矢量通过控制应用于每个车轮的动力，将动态车辆控制提高到令人难以置信的新水平。最后，先进的驾驶辅助系统(ADAS)，如自动泊车和防撞，使用轮速信息进行准确和安全的闭环控制。

霍尔效应车轮速度传感器

所有这些突破性的技术都依赖于基于半导体的集成电路(ic)，它可以测量磁场的变化，并产生与轮胎旋转相对应的增量编码输出。有两种常见的产生磁场的方案:一个具有交变磁极的环形磁铁可以贴在车轮上，或者一个后偏磁磁铁可以贴在传感器上，同时一个铁磁目标(如铁基齿轮)贴在车轮上，在车轮旋转时使磁场偏转。

霍尔效应是将磁场转换为可用电信号的最常用方法之一。霍尔效应传感器集成电路包含“霍尔元件”，由导体(通常是掺杂硅)组成，电流通过导体施加，而侧端子产生与磁场成正比的电压。集成电路中的其他电路放大霍尔电压，使用模数转换器(ADC)将其转换为数字信息，并应用数字处理来提取最准确的信号，并抵消温度和偏置效应带来的误差。轮速传感器IC产生的末端信号由一系列与车轮转动直接对应的数字脉冲组成。

霍尔效应轮速传感器通常提供0.5到2%的原始速度精度，允许的气隙范围为2到3毫米，这取决于所使用的目标。这些传感器长期以来满足了标准制动系统的需求，并在与后偏置磁铁配合使用时，提供了检测环形磁铁或铁磁目标的灵活性。

GMR技术的进展

在过去的几年中，我们在Allegro开发和完善了最先进的巨磁阻(GMR)技术，该技术在轮速应用方面表现出色。亚博尊贵会员当施加磁场时，我们的GMR设计产生的电压是霍尔元件的50倍以上，这意味着信噪比(SNR)的巨大提升。这使得IC能够在显著较大的气隙中感知并输出具有极低抖动的周期信号。Allegro GMR采用了所谓的“自旋阀”架构，其中包括具有固定磁方向的参考层和与施加的外部磁场对齐的自由层。

当磁场与参考层方向相同时，GMR元件的电阻相对较低。当施加的电场垂直于参考层时，元件的电阻变大。这种电阻的变化将施加的磁场转换为IC的电域。在物理层面上，元素的磁取向会影响电子的自旋状态，从而影响电子散射率，从而改变元素的电阻(Cadugan, 2019)。

根据所使用的环形磁铁目标，Allegro GMR轮速传感器可以使用大至4至8毫米的气隙。

这降低了机械装配公差要求，大大节省了成本。同样，传感器的额外间隙为车轮跳动和由颠簸路面引起的突然气隙变化提供了余量。

减少抖动量转化为代表车轮精确运动的极其精确的输出，低至原始速度精度的0.02%。这种精度提高了iTPMS信号处理算法，使得更好地区分正常轮胎充气和异常情况成为可能。其他先进的车辆控制系统也可以受益于低抖动速度信号。这项突破性的技术如今已经投入了大量生产。

与业内使用的其他磁阻ic不同，Allegro GMR元件与其余硅元件整体集成，以获得最大的可靠性和最小的内部键合线。与霍尔效应传感器一样，GMR轮速传感器也以不同的方式测量磁场，以提供共模噪声抗扰性和对系统环境变化的适应性。Allegro轮速传感器还可适应宽电压范围，可防止电池反向工况，并经过标准电磁兼容性(EMC)测试，并根据ISO 26262功能安全标准开发。

GMR感知未来

虽然巡航控制、前灯角度校正、车道偏离警告和后置摄像头等驾驶辅助系统如今很常见，但汽车行业正朝着未来的完全自动驾驶方向发展。这将以自动停车、免提自动驾驶以及最终无人驾驶出租车的形式出现。未来的系统将需要更高水平的安全审查和传感器精度，而Allegro团队正在不断开发新技术，以满足各行业和用例不断变化的需求。

我们最近推出了业界首款高分辨率轮速传感器A19360．通过使用GMR技术来捕捉精确的磁信号，IC以数字方式生成额外的增量，为车辆系统提供高分辨率的车轮旋转信息。这种新型IC产生的分辨率是标准轮速传感器的4倍(每个磁周期8个事件)，每增加5毫米的典型轮胎旋转。最重要的是，A19360还采用了专利算法，在振动和气隙突然变化时提供一致、稳定的输出。

我们还在齿轮齿速传感方面进行了创新，引入了后偏置GMR技术。提供无与伦比的大气隙性能和低抖动，这项新技术是在ATS19480(仅)和ATS19580(速度和方向)设备，这些设备完全集成了反向偏置磁铁和电容器，以实现EMC稳健性。这些一体化传感器直接测量黑色齿轮的旋转，专为苛刻的汽车可靠性而设计。

作品的引用

布莱恩Cadugan。(2019年7月2日)。基于巨磁电阻(GMR)的Allegro ic．检索自Allegro Micr亚博棋牌游戏osystems。