磁阻效应支撑轿车内的多种传感器运用。磁阻传感器首要用来丈量机械体系的速度和视点。这样，磁阻传感器就成为电气元件、磁性元件和机械元件所组成的杂乱体系的一部分。由于一切元件都会影响体系的反响，所以在规划体系及其操作时要十分重视对整个体系的仿真。下面要点评论这种体系的建模和仿真。
电子技能的运用日益广泛，对轿车的开展具有决议性的促进作用。未来的进一步开展也会在很大程度上由不断创新的电子元件驱动。传感器技能可检测车辆及其周围环境条件，因而具有特别含义。有多种传感器体系可用于此类意图，例如加速度传感器、温度传感器或转矩传感器等。磁场丈量传感器在轿车内特别常见，首要用于机械变量的非触摸式检测。一般这种传感器通过霍尔元件，或许依据各向异性磁阻 (AMR) 效应完结。与运用霍尔效应的处理方案比较，AMR 传感器有许多长处，例如颤动更少、灵敏度更高。但在进步精确性或下降全体体系本钱方面，二者不分伯仲。除了在电子罗盘中运用磁阻传感器丈量地球磁场之外，特别是凭借磁场指示机械体系的运动和方位时，可运用磁阻传感器承认视点和速度。防滑体系、引擎和传送操控都需求这种数据。发生磁场的永磁体的机械规划和挑选会在很大程度上影响丈量数据的获取。因而，在布置整个体系之前运用仿真技能进行深入剖析十分重要，以保证到达方针功用并下降本钱。因而，在前期开发进程中树立体系模型，之后用于支撑后续产品的开发，关于处理规划进程中发生的这类问题也能发挥重要作用。下文将评论新式速度传感器的全体体系建模和仿真。
图 1 AMR 传感器体系包含两个封装
图 2 各向异性磁阻效应
信号检测
现代传感器体系首要由两个元件组成 —根本传感器和信号处理专用集成电路 (ASIC)(图 1)。现已证明，后因由 Lord Klevin 于 1857 年发现的各向异性磁阻效应特别适用于检测磁场。首要考虑一般具有多种磁畴结构的铁磁性资料。这些称之为韦斯磁畴的结构，其内部磁化的方向互相不同。假如将这种资料平铺为一薄层，那么磁化矢量处于资料层平面方向。别的，可较精确地假定只存在一个磁畴。当这种元件露出于外部磁场中时，后者会改动内部磁化矢量的方向。假如一起一股电流通过该元件，就会发生电阻(图 2)，这取决于电流和磁化之间的视点。当电流和磁化方向互相成直角时，电阻最小，当二者平行时，电阻最大。电阻改动的巨细取决于资料。铁磁性资料的性质也决议对温度的依赖性。电阻最大改动为 2.2% 并且对温度改动反响杰出的最佳合金是 81% 的镍和 19% 的铁组成的合金。恩智浦一切传感器体系中的根本传感器都选用这种强磁铁镍合金。在惠斯登电桥电路中独自装备几个 AMR 电阻，以增强输出信号并改善温度反响特性。此电路也可在制作进程中进行微调。图 3 显现如安在裸片上装备 AMR 元件。
承认速度的设备八成由两个组件组成：编码器轮和传感器体系。编码器轮可所以自动式或被迫式。自动轮已磁化，因而 MR 传感器可检测北极和南极之间的改动。假如是被迫轮，则由一种齿状结构替代磁化。如图 1 所示，传感器头上也有必要有一块用于发生磁场的永磁体。接下来，咱们只评论因公役极小而著称的被迫编码器轮。当传感器对称地面临一个齿或许被迫轮两齿之间的空地时，这不会使 AMR 元件的磁化矢量发生任何偏斜。疏忽外部噪声场并考虑桥电路时，输出信号取得零值。可是，假如传感器头处于齿边际前面，则磁输入信号到达极值。齿/空地或空地/齿切换类型的函数成果与磁输入信号正弦曲线的最小值或最大值十分挨近。
信号处理
为了承认速度，将磁输入信号编码处理为电脉冲序列，并且一般通过 7/14 mA 协议传送。在最简略的状况下，可运用比较器发生脉冲序列。一般会向比较器电路添加磁滞以消除低噪声的影响。可是，这种施密特触发器在噪声水平较高的条件下不能保证其功用性。例如，传感器头和编码器轮之间空地呈现显着动摇会导致磁输入信号振幅发生动摇。假如振幅变得很小，乃至不再超越或低于磁滞临界值，则不论编码器轮的方位怎么，输出信号都坚持其有用作业时的终究状况。在检测 ABS 体系中的转速时，传感器和编码器轮之间的间隔或许会呈现这种改动。当存在负载改动(例如突然转向动作)，横向作用于轮上的离心力会在轮轴上发生曲折力矩。这将改动安装在与传感器相关的轴上的编码器轮的方位，这些传感器是与轮悬架相结合的。
磁位移也会影响体系的正常工作。例如，噪声场可使实践丈量信号加强或削弱，致使施密特触发器的临界值被高估或轻视。可是，位移不仅是由外部场引起的。被迫轮极高的速度可使轮中发生涡流，而这又会发生磁噪声场。所发生的位移会影响操作的可靠性。
为消除此噪声对输出信号的影响，另一封装中装入了信号处理专用%&&&&&%(ASIC)。后者也包含一个线路驱动器，以便为信号处理和高电压接口供给电源电压(图 1)。图 4 所示为信号处理架构。用于毛病扫除的中心元件为包含调式放大器、偏移抵消电路和智能比较器。依据传感器和编码器轮之间的间隔，可调式放大器能够与信号级匹配。关于偏移抵消电路，有一种操控体系(与高通滤波器不同)可消除偏移，一起将体系频率坚持为 0?Hz。不然，就不或许检测到中止不动的编码器轮。智能比较器的临界值是可变的，并且可设置，使磁滞处于信号振幅的 20% 和 45% 之间。这可保证充沛按捺噪声，并且振幅突降达 50% 也不会影响体系的正常工作。模仿前端的单个组件操控则通过数字接口完结。所述体系均运用仿真技能开发和验证。下文将概略介绍体系开发，一起论述怎么运用模型来改善规划。
图 3 裸片上的 AMR 元件装备
图 4 现代速度传感器的信号处理原理
图 5 网格 — 磁场有限元模仿的起点
体系仿真
要开发传感器体系，首要有必要对预期的磁输入信号有一个全体了解。首要要了解编码器轮和传感器头上永磁体的标准标准，以及预期尺度和公役。通过 ANSYS 办法进行 FEM 仿真可承认磁场。这儿就有对编码器轮、传感器元件和磁体进行建模的问题(图 5)。然后便可依据传感器元件和编码器轮之间的间隔，承认与之呈函数联系的磁场强度。图 6 是传感器桥上的磁输入信号与间隔呈函数联系的三维图示。很简略看出输入信号呈正弦曲线，信号振幅随间隔添加而显着减小。除了间隔之外，方位违背也会导致振幅减小。例如，假如传感器头不在编码器轮前面的中心方位，那么信号振幅也会减小。依据 FEM仿真办法，这样也可将机械标准转化成预期磁变量。与气隙改动不同，歪斜会导致偏移，这相同会影响体系的正常工作。FEM 仿真也能够预估其形成的影响(图 7)，并且成果可直接转化为可容许的方位公役。
承认磁场之后是传感器体系仿真。AMR 元件的电阻改动是各向异性磁阻效应的直接成果。这样，磁场仿真的成果会导致代表信号处理中输入信号的电阻发生改动。对模仿前端进行建模可选用 Simulink。这种行为模型是概念规划的产品，标志着产品开发的起点。每个 Simulink 块对应一个模仿信号处理组件，例如放大器或过滤器。可是，没有考虑模仿组件的操控部分，这由数字体系完结。HDL 规划则仿真通过数字办法完结的功用，并且在完结产品开发之后就会终究成形。因而，全体体系仿真是 Simulink 对模仿组件的行为模型以及 ModelSim 对 HDL 规划的一起仿真(图8)。可通过仿真从概念阶段顺畅过渡到 HDL 规划及后续阶段。在一起仿真中，可用 ModelSim 中布置的 Verilog 代码逐步替代 Simulink 参阅模型，然后可逐项验证 HDL 规划。可继续进行此进程，直到在 Verilog 中完结整个数字部件，而模仿体系部件仍坚持为 Simulink 模型。此东西组合也已证明对 IC 评价相同有用。从头到尾运用这种东西能够更简略了解 %&&&&&% 行为，并可创立用来剖析和解说任何过错的结构。这些东西的首要优点在于，能够更快速、更精确地答复客户的查询，以及更好地了解与环境条件相关的传感器功用。
图 6 与传感器头和编码器轮间间隔呈函数联系的磁输入信号模仿
图 7 为承认可容许的方位公役而进行的磁场核算
图 8 模仿前端和数字块的一起仿真
定论
通过此项建模，能够剖析与输入信号呈函数联系的体系行为。图 9 中的第一张图表显现通过改动传感器和编码器轮之间的间隔而发生的磁输入信号。此信号是有限元件仿真成果，之后 AMR 效应可将此信号转化成传感器桥的电输出信号。中心的图表是模仿信号处理的成果。下面一张图表显现输出信号。此器材运用 A 7/14/28 mA 协议。这种协议可用来传送额定信息，例如感测旋转或气隙长度。除了这些成果之外，也能够查看数字操控的运转状况。图 10 显现的是 ModelSim 中的信号图象实例。
通过MATLAB 进行仿真操控并结合其他仿真器可发明更多挑选。首要，例如可使模仿自动化。然后能够运用很多算法在 MATLAB 中进行信号仿真。例如，对所需体系和信号参数进行蒙特卡罗 (Monte Carlo) 仿真，随后进行自动化剖析。通过 FEM 仿真器(例如 NASYS)，能够扩展所仿真的体系组件，乃至包含 MR 传感器头和相关编码器，然后将体系视图扩展到传感器周围直接相关的区域。图 11 显现的是用于此意图的整个东西链。
图 9 模仿成果：电输出信号比对磁输入信号
图 10 数字体系元件的仿真
图 11 完好的仿真链
总结
许多轿车运用中都选用依据 AMR 效应的现代智能传感器。对传感器体系的要求自然会因运用而异。在布置整个体系之前先进行体系仿真可保证各项功用契合标准。假定发现磁变量、机械变量和电变量之间存在杂乱的相互影响，只用一件简略的仿真东西不能处理问题。此刻需求结合运用不同东西，每件东西都是针对特定使命的最佳处理方案。因而运用磁场仿真器来承认磁输入信号，一起Simulink对模仿输入进行仿真。HDL规划之后对模仿部件进行数字操控仿真。终究整个体系完结全面仿真。建模已成为预开发的一部分，并跟着产品开发的进程不断优化改善。终究就会得到通过验证承认契合产品标准的规划，以及可用来处理后续问题的模型，作为商场支撑的一部分。
