1 引言

汽车系统（包括防抱死制动系统 (ABS)、里程表、速度表和牵引控制系统）中的许多关键功能都需要测量每个车轮的转速。同样，在电动自行车中，不仅需要使用此功能来测量自行车的行驶速度，还需要监测踏板曲柄组中的旋转速度。这些数据不仅对计算骑手能量输出的健身训练计算机有用，而且还能确认骑手是否在积极蹬踏。在微控制器启用电机输出之前需要该信号，该信号还用于根据已编程的骑手辅助设置来设定电机转速。

在许多踏频监测系统中，实现该功能的方法是在踏板曲柄组上安装一个带有多个嵌入式磁体的圆盘。图 1-1 展示了使用 12 个磁体的示例。以交替极性安装磁体后，可以使用 TMAG5110 等 2D 磁锁存器来跟踪每个磁体的通道，并在磁体旋转时提供一系列脉冲。

当配置为 2D 锁存器时，每对磁体可能会产生多达 4 个过渡状态，如图所示，每转共产生 24 个状态。或者，单个 1D 锁存器只能检测 12 种状态，每个磁极一种状态。如果旨在实现 50% 的占空比，则每种状态可以表示大约 15 度的旋转。虽然这只是一个相对较小的旋转量，但当较重的自行车停在上坡道上时，对骑手而言可能具有挑战性。此外，磁体成本和安装难度也导致此设计不太可取。

使用安装在底部支架上的电机时，另一种可能性是将踏频检测装置移至电机内部。在这些总成中，踏板通过离合器连接到电机输出端。骑手向前踩踏板之前，离合器是分离的，这样可以保护骑手，避免因迫使踏板与电机一起旋转而受伤。在该系统中，可使用光学传感器将踏频传感器移至电机总成内部。然而，即使在这种情况下，随着时间的推移，电机运行时产生的污垢和油脂仍有可能污染传感器。

无论是内置到系统中，还是作为外部模块连接，反向偏置磁传感器均可用于提供这一功能，其分辨率比传统设计更高，而且不会受到光污染物的影响。在反向偏置配置中，磁体相对于磁传感器保持在固定位置，如图 1-2 所示。

然后，永磁体产生的磁场可以自由地与周围环境相互作用。将静止磁体放置在铁磁齿轮或磁阻板附近时，该磁体产生的磁场会被吸入齿轮的齿中。齿轮的每个齿尖和齿根通过时，与磁体的距离会发生变化，因此传感器处的磁通密度强度会沿多个轴振荡。图 1-3 中的模拟磁场行为展示了这种相互作用。在这里，磁场向磁体右侧附近的链轮齿扭曲。