齒輪傳感器 PS-HR系列

兩輪車中FI化的發展

電子控制式FI（Fuel Injection：燃料噴射）系統以汽車及大型兩輪車為中心發展而來，如今，該系統的應用得到了迅猛發展。以往，250cc級輕型摩托車(126～250cc)從復雜的結構與成本兩方面考慮認為其難以實現FI化，但隨著限制的加強以及世界標準化的發展，該系統在其中的應用也得到了不斷的推進。
FI系統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、燃料供應量以及燃料噴射時間控制在理想狀態，該系統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范圍中，將混合氣與燃燒控制在接近理想的狀態。
此外，該系統還實現了啟動、低速行駛以及加速時燃料噴射的優化，同時，對于減速、高速時的燃料削減等也實現了精細控制。

125cc以下小型兩輪車所要求的環保設計

在FI技術不斷發展的背景下，適用于兩輪車的環保限制也逐漸向WMTC(世界摩托車測試循環)推進，其排放氣體的限值目標值比以往進一步降低了30%～60%，各國均面臨著全新的挑戰。
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"，其適用以城區行駛為對象的"PART 1"的試驗循環，同時對CO、THC、NOx等D排量削減也擁有嚴苛的要求。

要求低價格高精度傳感器的原因

兩輪車用發動機的油門傳動機構極為靈敏且直接，因此相比用于汽車用大型發動機的FI系統，其在FI化過程中對精細的制造技術以及細致的電子控制技術提出了更高的要求。
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FI系統的進一步小型輕量化、省電化以及低成本化，確立合理化設計以及量產體制不可或缺。
在國際共識下，為適應力度不斷強化，范圍不斷擴大的環保限制，新一代FI技術在取得不斷地發展，而各類傳感器作為FI系統的眼睛，在其設計及開發成果方面提出了更高的要求，使其能夠實現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。主要為用于農耕、狩獵、休閑等目的的四輪摩托車)，通過兼顧耐環境性與高精度感應能力的獨特合理化結構設計，實現世界頂級的齒輪傳感器并投入量產，同時，在使用成功案例以及長期穩定性方面也獲得了眾多好評。
ATV擁有極強的耐環境性能，其主要針對沼澤地、水田、砂礫、石粒飛蹦的嚴酷路面環境，以及雪中等惡劣環境進行設計，并且在油門全開的高溫狀態下進入嚴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，因此其與發動機處于同樣的惡劣環境中，時刻會受到水淹、飛濺物體的沖擊以及振動等影響。在此環境下使用的齒輪傳感器要求擁有比汽車中應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，在開發及量產體制中確立了獨特的領域，使其在感應能力及成本方面擁有更大的優勢。

齒輪傳感器PS-HR92系列的檢測方式與結構優勢

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系統的開發，產品以在ATV領域中通過實際驗證證實的耐環境結構以及耐噪音設計技術為基礎，實現了超越以往產品的小型輕量化及低成本化。
通過優化了高靈敏度差動霍爾IC與磁鐵配置的獨有磁路設計，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域中，也能實現抑制抖動的高精度零速(超低速)旋轉檢測。同時，依靠獨特的外殼結構，其不僅在振動、淋水以及浸水狀態下具備長期可靠性，同時還可應對-30°C的低溫至+150°C的高溫，具有十分優異的耐環境性，并且進行了低成本化。額定及電氣特性示例如表1所示。

表1齒輪傳感器PS-HR92系列的額定及電氣特性示例

驅動電源電壓Vcc	4.75 to 16V
輸出電路形式	集電極開路
輸出電壓Vout	V HIGH > Vcc-05V/V Low ≦ 0.4 V
輸出電流Iout	15mA max.
占空比	50±15%（根據齒輪形狀）
氣隙	2.0mm max.（根據齒輪形狀）
相應頻率	0 to 12kHz
使用溫度范圍	–30 to +l50°C

適用

最適合用于FI系統規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，設計提高燃油經濟性及發動機性能等方面，其優勢也遠遠大于以往同類傳感器。
凸輪角度傳感器的應用示例如圖1所示。

圖1齒輪傳感器PS-HR92系列應用示例(凸輪角度傳感器)

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

優勢、應用優點以及耐環境性

以下是關于TDK齒輪傳感器PS-HR92系列特點以及優勢的總結內容。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。

表2與模擬式的比較示例

檢測/輸出方式	數字式	模擬式
工作原理	差動型霍爾IC TDK差動霍爾IC型	電磁感應(電磁拾音器) 代表產品
操作溫度范圍	–30 to +150°C	–30 to +150°C
氣隙	2.0mm max.(根據齒輪形狀)	1.0mm max.(根據齒輪形狀)
檢測頻率	0 to 12kHz	參照"旋轉速度-輸出電壓比特性比較示例"(圖2)
其他	可在零速旋轉下進行檢測 浪涌噪音耐受性強	無法在零速旋轉時檢測 噪音耐受性弱 需要波形整形電路

差動霍爾IC輸出波形

電磁拾波器輸出波形

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

圖2旋轉速度-輸出電壓比特性比較示例

同時，如以下耐環境性一覽(表3)、占空比-溫度特性示例(圖3)所示，其不僅能夠適應溫度范圍在–30～+150°C的環境，同時在耐熱沖擊、耐沖擊、耐振動等嚴酷的可靠性試驗中表現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，也通過獨特設計的密封結構實現了行業頂級的長期可靠性。

表3PS-HR92系列的耐環境性

振動耐久	50 to 2000Hz(6分鐘/循環)、20小時、294m/s2、3方向
耐熱沖擊	–30°C(30分鐘) to 150°C(30分鐘)×500循環
淋水耐久	JIS D 0203 S2
高溫工作	150°C、500小時
低溫工作	–30°C、500小時
瞬時電壓特性	JASO D001-94 (A-1、A-2、B-1)
輻射場耐性	100V/m、1 to 200MHz

圖3占空比-溫度特性示例(氣隙:1.5mm/旋轉速度: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動線圈及繼電器等各種控制部位，因此會較為頻繁地產生破壞性浪涌噪音。
為了在如此嚴酷的電磁環境下保持高精度的感應能力，產品中內置了具有優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標準所規定的瞬時電壓特性D001-94(A-1、A-2、B-1)。

細致周全的Design-in設計支援體制

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格車輛中的發動機的4行程、FI化方面，雖然在解決成本及結構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，對磁場檢測部位的霍爾器件配置、內置磁鐵形狀、磁性等齒輪傳感器的設計規格進行優化的快速開發環境，而對于這樣的Design-in體制，TDK也通過全力發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，對于現行的量產車型，在通過改善抖動、提高感應精度等措施，滿足各類改善要求的同時，還針對發生問題等需要迅速采取應對措施的情況，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，積極開展對量產生產線產生直接作用的周全改良支援體制。

審核編輯：彭菁