【導讀】隨著(zhù)各國政府出臺舉措來(lái)推動(dòng)減少內燃機 (ICE) 汽車(chē)排放的溫室氣體，原始設備制造商 (OEM) 紛紛將機械系統重新設計為電子控制系統。高水平的系統連接和智能技術(shù)使自動(dòng)駕駛汽車(chē)成為現實(shí)，因此市場(chǎng)對電子產(chǎn)品和軟件算法的需求不斷增長(cháng)，以符合包括國際標準化組織 (ISO) 26262 在內的各項安全要求。
隨著(zhù)各國政府出臺舉措來(lái)推動(dòng)減少內燃機 (ICE) 汽車(chē)排放的溫室氣體，原始設備制造商 (OEM) 紛紛將機械系統重新設計為電子控制系統。高水平的系統連接和智能技術(shù)使自動(dòng)駕駛汽車(chē)成為現實(shí)，因此市場(chǎng)對電子產(chǎn)品和軟件算法的需求不斷增長(cháng)，以符合包括國際標準化組織 (ISO) 26262 在內的各項安全要求。
傳感器，尤其是角度傳感器，在需要滿(mǎn)足功能安全標準的系統中不可或缺。它有助于監控和提供扭矩和角度信息，而這些信息是高效驅動(dòng)或運行各種汽車(chē)系統所必需的。
設計 EPS 系統
電動(dòng)助力轉向系統 (EPS) 由轉向柱、電子控制轉向電機以及電子感應與控制機制組成。當駕駛員轉動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，由電機（通常是無(wú)刷直流電機）協(xié)助轉向，這取代了傳統的機械和液壓系統。
EPS 系統的優(yōu)點(diǎn)包括運行更快且更智能、減少二氧化碳排放、提高燃油效率并增強用戶(hù)體驗。駕駛員在方向盤(pán)界面提供系統輸入。傳感器檢測電機軸的位置和方向盤(pán)的旋轉，并將數據發(fā)送到電子控制單元 (ECU)。圖 1 突出顯示了 EPS 系統的基本元素。
圖 1：EPS 系統
設計 EPS 系統所需的組件包括微控制器、傳感器、電源、電機驅動(dòng)器和晶體管。這些組件對于系統高效通信和運行至關(guān)重要。如圖 2 所示，控制器局域網(wǎng)是用于連接車(chē)輛 ECU 的總線(xiàn)標準。
圖 2：EPS 系統方框圖
德州儀器 (TI) 的 TMAG6181-Q1 是各向異性磁阻 (AMR) 角度傳感器。它具有集成信號調節放大器，能夠提供與所施加平面磁場(chǎng)的方向相關(guān)的差分正弦和余弦模擬輸出。
TMAG6181-Q1 的延遲低于 2μs，角度誤差僅為 0.4 度，有助于大大提高系統性能和效率。傳感器的集成匝數計數器可以跟蹤電機在正常運行模式下最高 32,000 轉/分 (rpm) 的轉速和低功耗模式下最高 8,000 rpm 的轉速。它還能支持多種器件和系統級診斷功能，可檢測、監控和報告器件運行期間的故障。例如，在睡眠或故障模式下，TMAG6181-Q1 AMR 傳感器的輸出將進(jìn)入高阻抗狀態(tài)。建議使用下拉或上拉電阻，以確保微控制器能夠檢測故障。
要處理 AMR 輸出信號并提取 EPS 電機或方向盤(pán)的角度位置，通常需要外部微控制器。TMAG6181-Q1 中的 AMR 角度傳感器可用于單端或差分輸出模式；后一種模式可消除系統中的共模干擾。來(lái)自 AMR 傳感器的差分輸出正弦和余弦信號與所施加磁場(chǎng)的角度成正比。AMR 傳感器的輸出電壓與電源電壓成比例，以確保外部 ADC 能夠參考電源電壓。
圖 3 展示了一個(gè)典型應用圖，其中差分輸出信號 SIN_P、SIN_N、COS_P 和 COS_N 連接到外部微控制器中的四個(gè)單端模數轉換器，而外部微控制器與 EPS 系統中的 ECU 通信。
圖 3：?jiǎn)味溯敵瞿Ｊ较碌?TMAG6181-Q1
如果有的話(huà)，建議使用差分 ADC，因為它能夠提高可靠性。要獲得高精度，負載電容器和電阻必須相互匹配。TMAG6181-Q1 可直接在 AMR 輸出引腳上驅動(dòng)高達 10nF 的容性負載，并驅動(dòng)拉電流和灌電流高達 1mA 的電阻負載。這可實(shí)現 EPS 系統的平穩可靠運行。
為簡(jiǎn)化合規性，針對 TMAG6181-Q1 提供了 ISO 26262 系統設計文檔，其中汽車(chē)安全完整性等級高達 B 級。
設計電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)踏板車(chē)系統
電動(dòng)自行車(chē)是包含五個(gè)關(guān)鍵組件的自行車(chē)：電機、電池、控制裝置、傳感器和顯示屏。電機是電動(dòng)自行車(chē)不可或缺的一部分，可用于在腳踏期間提供所需的額外電力。如圖 4 中的方框圖所示，若要高效可靠地旋轉電機（可安裝在前部、中央或后部），需要角度傳感器。
電動(dòng)踏板車(chē)是從燃氣驅動(dòng)轉換為電動(dòng)的踏板車(chē)。它的電機驅動(dòng)系統設計與電動(dòng)自行車(chē)非常相似，只不過(guò)它沒(méi)有那么復雜。電動(dòng)踏板車(chē)設計只需在油門(mén)踩下時(shí)為電機供電即可，但電動(dòng)自行車(chē)設計還必須監測騎手的腳踏動(dòng)力，以確定向電機的供電量。不同地區要求電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)踏板車(chē)達到與汽車(chē)行業(yè)相似的安全水平。
圖 4 重點(diǎn)介紹了開(kāi)發(fā)電動(dòng)自行車(chē)系統所需的組件。角度傳感器可提供角度反饋，然后由微控制器計算角度反饋，從而有效可靠地旋轉電機。AMR 傳感器通常限制為 180 度，但 TMAG6181-Q1 在 X 和 Y 軸增加了兩個(gè)獨立的霍爾效應傳感器輸出，可將傳感器的角度范圍擴大到 360 度。
圖 4：電動(dòng)自行車(chē)方框圖
結語(yǔ)
當今的汽車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)包含多個(gè) ECU，用于驅動(dòng)和控制高級功能。設計 EPS 系統、電動(dòng)自行車(chē)或電動(dòng)踏板車(chē)需要 ECU 精確控制，以實(shí)現高效可靠的運行。TMAG6181-Q1 可實(shí)現更快、更精確的電機控制，有助于提高系統性能。
其他資源
· 德州儀器 (TI)，TMAG6180-6181 評估模塊工具。
· 德州儀器 (TI)，?汽車(chē)功能安全以及 TI 如何通過(guò)高精度位置傳感器幫助客戶(hù)技術(shù)白皮書(shū)。
· 德州儀器 (TI)，AMR 感應中低功耗匝數的優(yōu)勢應用簡(jiǎn)報。
關(guān)于德州儀器 (TI)
德州儀器 (TI)（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力于設計、制造、測試和銷(xiāo)售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車(chē)、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設備和企業(yè)系統等市場(chǎng)。我們致力于通過(guò)半導體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟實(shí)用，創(chuàng )造一個(gè)更美好的世界。如今，每一代創(chuàng )新都建立在上一代創(chuàng )新的基礎之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現半導體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數十年來(lái)乃至現在一直在做的事。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
Qorvo SiC FET與SiC MOSFET優(yōu)勢對比
加速汽車(chē)電氣化：釋放封裝創(chuàng )新的力量
意法半導體NFC標簽芯片擴大品牌保護范圍，新增先進(jìn)的片上數字簽名功能
