基于仿真三维霍尔传感器的线控换挡测试系统浅论
摘 要 随着汽车电子技术的发展，传统的机械挡杆已逐步被线控换挡所取代，线控换挡通过一个或多个三维霍尔传感器来感知换挡手柄的位置信息。因为三维霍尔传感器是基于磁场变化的传感器，在一般的系统测试系统中很难对磁场进行仿真，不易发现产品问题。本系统直接模拟三维霍尔传感器，仿真其与产品单片机的通信，在验证产品功能的同时也可以精确地完成故障注入，更好地满足产品的功能安全需求。
关键词 线控换挡；三维霍尔传感器；仿真系统
引言
随着科技的发展，汽车也变得越来越有科技感，换挡系统就是这其中重要的变革之一。线控换挡从字面解释是通过线缆来换挡，其实就是将换挡操纵机构端的挡位信号以电信号或串行帧的形式发送给变速箱控制单元[1]。线控换挡主要应用三维霍尔传感器来感知换挡杆的位置变换，因此一旦三维霍尔传感器出现故障，可能给驾驶员的生命财产带来不可估量的伤害。因为霍尔传感器是基于磁场变化的，在传统的系统测试中并不好精确仿真磁场的变化，难以完成产品功能的验证。但是，三维霍尔传感器通过SPI总线将挡杆的位置信息发送给线控换挡系统，相较于模拟磁场的细微变化，显然通过仿真SPI总线通信，直接通过仿真器将虚拟的挡杆信息发送给线控换挡来得更加容易。
1 三维霍尔传感器MLX90363工作原理
Melexis公司所生产的MLX90363系列三维霍尔传感器元件是目前普遍应用在线控换挡中的一款三维霍尔传感器。当驾驶员操作换挡手柄运动时，附着其上的小磁铁也跟着前后及上下小范围运动，引起霍尔传感器附近的磁场变化。MLX90363霍尔传感器可以实时感知三维方向磁场强度变化，其内部因霍尔效应所产生的三个方向的霍尔电压值Vx，Vy，Vz经过差分器、放大器和模数转换器处理后，传输给传感器内部的DSP模块进行位置的计算和修正，最后由串口SPI通信总线向外发送对应的位置数据值{X，Y，Z}给线控换挡的单片机。
2 仿真器系统结构
通过分析三维霍尔传感器MLX90363的工作原理，我们知道只要发送与其一样的串口SPI通信消息给线控换挡就可以仿真线控换挡的换挡手柄运动。因为汽车行业常用的测试软件CANoe对SPI总线的兼容性不是很好，不能直接进行SPI通信，所以为了更好地将仿真器集成到整个测试环境中，仿真器需要能够与线控换挡进行SPI总线通信的同时，也要能够与测试系统进行CAN消息交互。
如图1仿真器系统结构图所示，CAN通讯模块负责仿真器与整个测试系统的CAN消息交互，电源单元负责仿真器所有模块的电力供给，USB调试单元负责仿真器内部的软件烧录，仿真单元负责完成CAN消息和SPI消息的相互转换处理和信息存储，而SPI1/SPI2通讯单元负责与线控换挡的单片机进行通讯。
3 测试系统的数据流图
将仿真器集成到测试环境中完成基于仿真三维霍尔传感器的线控换挡测试系统，其数据流图如图2所示。测试工程师通过CANoe软件将想要模拟的挡杆位置信息{X，Y，Z}通过CAN总线发给仿真器，仿真器将接收到的位置信息存储在寄存器中。当仿真器接收到来自线控换挡的访问请求时，仿真器会将当前寄存器中的位置信息通过SPI总线发送个线控换挡，同时也会将该位置信息通过CAN总线发送到测试系统中作为监控。线控换挡接收到来自于仿真器的位置信息后，会对其进行运算处理，判断挡杆当前的位置对应的具体档位，并将该档位通过CAN/LIN消息发送到测试系统中。测试工程师可以根据线控换挡发出的檔位信息来判断线控换挡系统是否对其仿真的位置信息进行了正确的处理，从而验证线控换挡的功能正确性。
4 结束语
本系统基于仿真三维霍尔传感器的测试系统，将原本难以模拟的磁场强度转换为串口SPI的数字信号，通过CAN消息进行控制和监控，实现了对挡杆位置的精确仿真。另外，本系统只要通过简单的配置就可以用于多种应用霍尔传感器的线控换挡产品的测试当中，可适配性非常高。
参考文献
[1] 王春权.三维霍尔传感器技术在换挡手柄上的应用[J].传动技术， 2015，29（3）：22-24.
[2] 黄志瑛，李学武.三轴霍尔传感器MLX90316[J].轻工科技，2010， 26（4）：49-49.
[3] 秦嘉诚，陈炳林. 基于CAN总线的汽车电子换挡控制模块的设计[J]. 仪表技术，2017，（2）：11-14.