3D磁感应辅助汽车控制

感测汽车控制功能（例如档位选择器和转向信号指示器）的位置和移动是现代汽车设计中的一项重要要求。然而，感测 3 轴运动并不简单，传统的传感器技术给工程师带来了挑战。这些范围从物理设备尺寸和可靠性到功耗和成本。近推出的 3D 磁感应技术正在帮助工程师应对这些挑战。

机电开关是许多应用（包括车辆）中常见的故障源。随着时间的推移，触点可能会腐蚀或烧坏，从而导致故障和给车主带来不便，并可能损害汽车制造商的声誉。因此，制造商更喜欢固态技术，例如基于磁信号霍尔效应检测的开关，以尽可能提高可靠性并节省空间和成本。

我们在开车时常做的两件事是发出转弯信号和换档。过去，汽车依靠大电流线束在车辆周围传输信号和电力。如今，使用转向指示灯或移动变速杆向中央处理器发送高阻抗信号的可能性与物理切换某物的可能性一样大。

随着车辆控制变得更加复杂和多功能，趋势是它们在多个平面上移动。许多配备自动变速箱的现代汽车现在通过将变速杆移至不同的平面来提供顺序控制，从而使感测位置的任务更加复杂。

3D磁感应方法

有多种方法可以根据霍尔效应实现 3D 位置感测。如果要感测的运动有多个固定位置（在变速杆或转向信号灯的情况下），一种方法是为每个可能的位置添加单独的霍尔传感器，从而产生多达七个传感器元件，让控制器知道通过知道哪个传感器是“现场”的位置。

另一种方法也是基于霍尔但使用通量集中器，通过将两对正交传感元件集成到 CMOS IC 上来减少所需的传感器元件数量。增强磁场并提高灵敏度和信噪比的铁磁薄膜也沉积在 IC 表面上。

通过使用多种减法和加法算法，可以准确感测与 IC 水平运行的磁场分量（BX 和 BY 分量）以及垂直磁场分量 (BZ)。这些模拟电压然后通过模数转换器 (ADC) 转换为数字值。然后通过数字信号处理确定终的位置。

虽然从技术角度来看，这些解决方案中的每一个都是可行的，但它们在大规模生产中并不理想——尤其是在汽车应用中。使用多个传感器需要大量空间，并且随着更多组件的添加，可靠性将不可避免地受到影响。第二种方法有一些优点，但算法和后处理所涉及的复杂性——更不用说需要校准单个传感器——意味着它不是一个理想的解决方案。

第三种替代方案利用基于霍尔的传感器，该传感器能够同时确定磁源的 x、y 和 z 坐标，以构建传感器周围磁场的 3D 图像（图 1 ）。

图 1 与多传感器解决方案相比，3D 解决方案可节省空间、成本和时间。

TLE493D -A1B6 3D 传感器将垂直和水平霍尔板集成到单个 IC 中，从而在操作中检测平面和垂直面。当磁铁移动时，传感器会立即识别出至少一个磁场分量的变化。

传感器架构由图 2所示的三个主要构建块组成。

图 2 TLE493D-A1B6 3D 磁传感器框图

传感器单元包含霍尔板并测量所有三个方向的磁场。将垂直霍尔板用于平面组件可使传感器实现高磁调和精度 (±1%)，从而实现的角度测量。