От магнитного поля до управляющего сигнала: подробный анализ полной цепочки преобразования в датчике крутящего момента Холла 

Как механическое усилие, прилагаемое водителем к рулевому колесу, преобразуется в команду на включение усилителя руля? Датчик крутящего момента на эффекте Холла YEPS-C03Z формирует полную цепочку преобразования «механика — магнитное поле — электрический сигнал», причем каждый этап этого процесса проходит стандартизированную калибровку, что обеспечивает отзывчивость усилителя руля. Первый этап — механическая деформация: торсионная штанга между входным и выходным валами подвергается небольшому скручиванию под действием крутящего момента, причем угол скручивания линейно зависит от величины усилие, прилагаемого рукой; второй этап — индукция магнитного поля: магнитное кольцо на выходном валу генерирует стабильное радиальное магнитное поле, а зубчатое кольцо на входном вале направляет магнитные силовые линии; относительное вращение этих двух элементов изменяет интенсивность и направление магнитного поля в области датчика Холла.

В среднем положении без крутящего момента магнитное кольцо и зубчатое кольцо совмещены, и датчик Холла выдает опорный сигнал нулевого уровня; после приложения поворотного усилия смещение магнитного поля генерирует дифференциальное напряжение Холла, и исходный слабый сигнал поступает на встроенный чип ASIC для обработки. Чип синхронно выполняет три корректирующих вычисления: усиление сигнала для устранения фонового шума, температурную компенсацию в широком диапазоне температур для компенсации дрейфа при высоких и низких температурах, а также линеаризацию для коррекции нелинейных отклонений магнитного контура, в результате чего в конечном итоге выдаются два стандартизированных сигнала.

Версия с аналоговым выходом выдает напряжение в диапазоне 0,5–4,5 В, при этом среднее значение стабилизируется на уровне 2,5 В; версия с ШИМ-выходом характеризует крутящий момент посредством изменения коэффициента заполнения. Блок управления (ECU) считывает сигнал и в режиме реального времени рассчитывает необходимую силу помощи, управляя выходом двигателя EPS для обеспечения соответствующего вспомогательного крутящего момента. В процессе заводской настройки на среднее значение корректируется смещение нулевой точки, вызванное сборкой, что гарантирует точное попадание сигнала в средний диапазон при отсутствии нагрузки. Вся цепочка преобразования не имеет механических контактных потерь, поэтому при длительном использовании ощущение усиления не ухудшается.