Melexis位置和速度傳感器營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Nick Czarnecki

隨著消費(fèi)者愈發(fā)注重環(huán)保、相關(guān)法規(guī)的日益增多以及燃料成本的不斷上漲，提高效率已然成為當(dāng)今汽車(chē)行業(yè)共同的“口號(hào)”。

無(wú)論是在最新的電動(dòng)汽車(chē) （EV）/混合動(dòng)力汽車(chē) （HEV） 的研發(fā)方面，還是在設(shè)法提高內(nèi)燃機(jī) （ICE） 車(chē)輛效率方面，汽車(chē)行業(yè)都在尋求技術(shù)革新以推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

縱使汽車(chē)行業(yè)風(fēng)云變幻，技術(shù)始終是其中的中流砥柱。

眾多車(chē)載應(yīng)用正在經(jīng)歷關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折時(shí)期：此前通過(guò)機(jī)械或液壓實(shí)現(xiàn)的功能正逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://m.sdkjxy.cn/v/tag/2364/" target="_blank">電氣或電子應(yīng)用。例如電子節(jié)氣門(mén)體、電動(dòng)流體泵、電子渦輪增壓器，以及由電池供電的 EV 和 HEV 中的電子傳動(dòng)系統(tǒng)。向電氣化的轉(zhuǎn)變不僅使汽車(chē)更加高效，同時(shí)還大幅提升了汽車(chē)的可靠性，并降低車(chē)重， 汽車(chē)重量的降低又能進(jìn)一步提升汽車(chē)效率。

然而，所有這些運(yùn)動(dòng)部件都需要準(zhǔn)確可靠地感應(yīng)位置，以便控制單元管理整個(gè)系統(tǒng)。只有實(shí)現(xiàn)高水平的精度，才能最大限度地提高效率。

運(yùn)動(dòng)部件位置感應(yīng)并非全新技術(shù)，電阻式或光學(xué)傳感器已在線性和旋轉(zhuǎn)位置感應(yīng)領(lǐng)域應(yīng)用多年。

這些方法雖然行之有效，但十分容易受到車(chē)輛中常見(jiàn)的灰塵、污垢和振動(dòng)影響，并且由于其本身采用機(jī)械構(gòu)造而難免遭受磨損。

現(xiàn)在，磁感應(yīng)技術(shù)正受到越來(lái)越多的關(guān)注。這種高精度技術(shù)既不會(huì)磨損，也不會(huì)受到污垢、灰塵和振動(dòng)等環(huán)境因素的影響。

雖然磁感應(yīng)在可靠性方面有大幅提高，但其通常較易受到雜散磁場(chǎng)的影響，這為車(chē)輛設(shè)計(jì)者帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)，尤其是在車(chē)輛內(nèi)部電子器件越來(lái)越多的如今。

驅(qū)動(dòng) EV 和 HEV 的電機(jī)需要大量電流，因此從電池或交流發(fā)電機(jī)向電機(jī)輸送電流的電纜周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。同樣，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)轉(zhuǎn)向 （EPS） 泵、開(kāi)啟車(chē)窗、開(kāi)啟/關(guān)閉天窗或其他電動(dòng)裝置等低電流需求應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

磁傳感器附近的任何雜散磁場(chǎng)都會(huì)影響傳感器精度，有可能導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤，甚至帶來(lái)更嚴(yán)重的后果。

無(wú)法正常關(guān)閉天窗會(huì)令人不快，而無(wú)法準(zhǔn)確感應(yīng)制動(dòng)踏板、油門(mén)踏板或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則可能危及駕乘人員和周邊人員的人身安全。

汽車(chē)行業(yè)高度重視安全性，因此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，以確定雜散磁場(chǎng)的影響。ISO81452-8 是其中一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容涵蓋磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試。 此外還有 ISO26262，定義了確保 IC 在正常運(yùn)行時(shí)和發(fā)生故障時(shí)的正常運(yùn)行和安全性的流程與程序。

由于傳統(tǒng)的平面和垂直霍爾效應(yīng)傳感器以及磁阻 （MR） 傳感器設(shè)計(jì)用于測(cè)量附近被測(cè)物所附磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，因此對(duì)車(chē)輛中的雜散場(chǎng)非常敏感。

電流（特別是主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的巨大電流）可產(chǎn)生龐大的雜散磁場(chǎng)，如不采取有效的抑制措施，將無(wú)法使用傳統(tǒng)感應(yīng)方式。此時(shí)旋轉(zhuǎn)傳感器的誤差可能會(huì)超過(guò) 10 度，而閥門(mén)或節(jié)氣門(mén)體等系統(tǒng)的最大旋轉(zhuǎn)角度僅為 90 度，踏板的旋轉(zhuǎn)角度更小，甚至可能只有 15 度，因此這個(gè)誤差十分嚴(yán)重。

在此情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)存在嚴(yán)重安全隱患時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 （ECU） 將無(wú)法有效管理發(fā)動(dòng)機(jī)功能，并且諸多其他功能也將受到顯著影響。

目前有兩種解決方案，可供需要（或希望）在現(xiàn)代車(chē)輛中應(yīng)用磁感應(yīng)的設(shè)計(jì)人員選擇。

第一種， 是為磁傳感器和相關(guān)磁體屏蔽雜散磁場(chǎng)。

此方案需要使用高磁導(dǎo)率材料，費(fèi)用較為復(fù)雜昂貴。 并且由于屏蔽會(huì)吸收部分磁場(chǎng)并改變磁通回路，還會(huì)對(duì)用于測(cè)量位置的磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)造成影響。

此影響雖然可以通過(guò)增加物理間距來(lái)規(guī)避，但物理間距的增加又會(huì)導(dǎo)致尺寸、重量和成本的增加，而這些恰恰是現(xiàn)代車(chē)輛設(shè)計(jì)中所極力避免的。

第二種，是使用本質(zhì)上無(wú)懼雜散磁場(chǎng)的磁傳感器 IC。

Melexis 的 MLX90372 Triaxis? 位置處理器正是此類(lèi)傳感器 IC。這款單片 IC 由一個(gè) Triaxis 霍爾磁性前端、一個(gè)模數(shù)信號(hào)調(diào)節(jié)器、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP） 和一個(gè)輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)器組成。MLX90372 對(duì)施加于 IC 的三個(gè)磁通分量（BX、BY 和 BZ）十分敏感，只要磁路正確，即可檢測(cè)任何運(yùn)動(dòng)磁體的絕對(duì)位置（旋轉(zhuǎn)或線性）。感應(yīng)過(guò)程完全無(wú)接觸，因此不會(huì)磨損；污垢、灰塵和液體也無(wú)法造成影響。

該器件內(nèi)置雜散磁場(chǎng)抗擾模式，可大幅降低甚至消除最高 4kA/m（或 5mT）的雜散磁場(chǎng)導(dǎo)致的任何誤差。因此可安裝于車(chē)輛中緊鄰載流導(dǎo)體或其他磁體的位置。只需 4 極磁體即可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的雜散磁場(chǎng)抗擾，線性運(yùn)動(dòng)僅需 2 極磁體。

憑借簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，傳感器 IC 可將雜散磁場(chǎng)導(dǎo)致的角度誤差降低至 0.4 度以下，這是多數(shù)主要車(chē)輛制造商可以接受的值。

此外，使用此傳感器 IC 可以大幅減少甚至無(wú)需使用以往必不可少的屏蔽，從而有效降低系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。

靈活的 MLX90372 提供可編程測(cè)量范圍以及可編程線性傳輸特性（基于 4/8 多點(diǎn)或 16/32 分段線性點(diǎn)），可在需要時(shí)提供更高的整體精度。

傳感器 IC 通過(guò)根據(jù) Secure Sensor 格式編碼的 SENT 幀實(shí)現(xiàn)與主處理器的通信，這些增強(qiáng)型串行消息可包含錯(cuò)誤代碼和用戶定義值。 如有需要，還可配置脈寬調(diào)制 （PWM） 輸出。 此器件的姊妹產(chǎn)品 MLX90371 可提供成比例模擬量電壓輸出。

MLX90372 具有高水平的 EMC 穩(wěn)健性，提供單芯片版本和全冗余雙芯片版本，適用于具有超高安全性需求的應(yīng)用。 單芯片版本采用 SOIC-8 封裝，雙芯片版本采用 TSSOP-16 封裝。 同時(shí)還為緊湊空間內(nèi)的無(wú) PCB 安裝和直接安裝于外殼內(nèi)的應(yīng)用需求提供單芯片 DMP-4 封裝。

憑此獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以及其可滿足 ISO26262 ASIL-C 要求的單芯片穩(wěn)健性和性能，此款傳感器 IC 正是要求苛刻的現(xiàn)代汽車(chē)應(yīng)用的理想之選。

無(wú)論汽車(chē)為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)還是仍依賴于內(nèi)燃機(jī)，技術(shù)始終處于提高現(xiàn)代汽車(chē)效率和可靠性的最前沿。為實(shí)現(xiàn)更出色的效率和可靠性，越來(lái)越多的汽車(chē)部件開(kāi)始轉(zhuǎn)向電氣化，因此傳感功能愈發(fā)重要。然而，現(xiàn)代車(chē)輛中高強(qiáng)度的雜散磁場(chǎng)為想要采用磁位置感應(yīng)功能的設(shè)計(jì)師帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

僅在不久之前，使用傳統(tǒng)磁傳感器時(shí)仍然需要復(fù)雜、繁瑣且昂貴的屏蔽措施。

幸運(yùn)的是，Melexis 的第 III 代 Triaxis 器件，特別是 MLX90371 和 MLX90372 位置處理器在本質(zhì)上就可以避免受到雜散磁場(chǎng)的影響。

這些堅(jiān)固耐用的器件是汽車(chē)應(yīng)用的理想選擇，并且無(wú)需屏蔽，讓設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，同時(shí)還有助于降低車(chē)輛尺寸、重量和成本，并有效提高效率和可靠性。