雙AMR電機(jī)位置傳感器，適用于安全關(guān)鍵應(yīng)用

典型的EPS系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。EPS ECU根據(jù)駕駛員施加到方向盤上的轉(zhuǎn)向扭矩、方向盤的位置和車輛的速度來(lái)計(jì)算所需的輔助功率。EPS電機(jī)通過(guò)施加力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，減少駕駛員操縱方向盤所需的扭矩。

圖4.典型的EPS拓?fù)洹?

電機(jī)軸位置(MSP)角結(jié)合相電流測(cè)量信息，用于對(duì)EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)施換相和控制?；镜牡湫虴PS電機(jī)控制環(huán)路如圖5所示。所需的扭矩輔助等級(jí)因駕駛條件而異，由車輪速度傳感器和扭矩傳感器決定，扭矩傳感器測(cè)量駕駛員或無(wú)人駕駛汽車中的電機(jī)執(zhí)行器施加到方向盤上的扭矩。然后，微控制器使用MSP數(shù)據(jù)和相電流數(shù)據(jù)來(lái)控制提供給電機(jī)(提供所需的輔助)的電流負(fù)載。

圖5.典型的EPS電機(jī)控制環(huán)路。

EPS電機(jī)位置和相電流傳感器

MPS傳感器故障可能導(dǎo)致或加重系統(tǒng)故障，例如轉(zhuǎn)向鎖止或自動(dòng)轉(zhuǎn)向，因此MPS是EPS系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。所以，重要的是，系統(tǒng)要能夠綜合全面地診斷傳感器故障和冗余，以確保在MPS傳感器出錯(cuò)或發(fā)生故障時(shí)能夠確保繼續(xù)正常運(yùn)行，確保不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的系統(tǒng)故障，或者在出錯(cuò)時(shí)，系統(tǒng)能以安全地方式停止運(yùn)行。

電流檢測(cè)放大器通常用于間接精確測(cè)量電機(jī)負(fù)載，一般應(yīng)用于三個(gè)電機(jī)相位中的兩個(gè)相位，提供額外的診斷信息(可以作為整體系統(tǒng)安全保障措施的一部分)。

此外，高度準(zhǔn)確的電機(jī)位置和相電流測(cè)量可以從系統(tǒng)層面改善EPS電機(jī)的控制性能，實(shí)現(xiàn)非常高效、安靜、平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向，從而改善整個(gè)駕駛體驗(yàn)，因此它是系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。

EPS電機(jī)控制的功能安全

在EPS或其他安全性關(guān)鍵電機(jī)控制應(yīng)用中，我們可以采用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)ASIL D合規(guī)性。以下示例說(shuō)明：可以將雙重各向異性磁阻(AMR)電機(jī)位置傳感器和ADI的電流檢測(cè)放大器集成到這樣的系統(tǒng)中，提供所需的性能等級(jí)和冗余，從系統(tǒng)級(jí)別實(shí)現(xiàn)ISO 26262 ASIL D合規(guī)性。

在圖6所示的框圖中，用基于不同技術(shù)(例如霍爾、GMR或TMR)的另一個(gè)傳感器對(duì)雙AMR傳感器進(jìn)行了完善和補(bǔ)充。雙AMR傳感器用作主(高精度)傳感通道，第二個(gè)不同傳感器技術(shù)通道有三個(gè)用途：

? 啟用“三選二”(2oo3)比較，以驗(yàn)證當(dāng)與其他系統(tǒng)輸入組合時(shí)，其中一個(gè)傳感器通道是否出現(xiàn)故障。

? 在發(fā)生可能性極低的兩個(gè)AMR通道都出故障情況下，提供位置反饋。

? 在電機(jī)極數(shù)為奇數(shù)的情況下，為微控制器提供360?象限信息，用于電機(jī)換相。

準(zhǔn)確的角度測(cè)量將繼續(xù)由雙AMR傳感器的兩個(gè)通道提供。額外的系統(tǒng)診斷，例如電機(jī)負(fù)載和軸的位置，可以從準(zhǔn)確相位電流檢測(cè)放大器的動(dòng)態(tài)狀態(tài)(反電動(dòng)勢(shì))間接推斷得出。

圖6.適用于安全性至關(guān)重要的應(yīng)用的電機(jī)位置和相電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)示例。

如果我們查看這個(gè)傳感器架構(gòu)示例中所有可能的傳感器故障模式，可以看出，應(yīng)該始終有兩個(gè)位置傳感器輸入可用于進(jìn)行可靠性檢查。即使在兩個(gè)AMR通道都由于常見(jiàn)的故障原因?qū)е峦瑫r(shí)故障這種極不可能的極端示例中，仍然可以使用來(lái)自輔助傳感器通道的降級(jí)位置檢測(cè)信息和電流傳感器在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下提供的反電動(dòng)勢(shì)信息進(jìn)行交叉比對(duì)，以確保系統(tǒng)的基本功能繼續(xù)正常運(yùn)行。

這種系統(tǒng)級(jí)別的診斷功能將確保不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的故障模式，并且保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)ISO 26262 ASIL D合規(guī)性。之后，可以安全關(guān)閉系統(tǒng)的電源，或者轉(zhuǎn)入跛行回家模式，以返回經(jīng)銷商處進(jìn)行維修。

總結(jié)

隨著用于提高汽車安全性的ADAS推出，以及全自動(dòng)和半自動(dòng)駕駛車輛的出現(xiàn)，人們開(kāi)始要求獲得更可靠、更智能、性能更高的冗余電子執(zhí)行器解決方案，且要求該方案符合ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)。ADI公司提供的電機(jī)軸位置和相電流檢查產(chǎn)品不僅能滿足提高性能，實(shí)現(xiàn)更順暢、更高效的電機(jī)控制的要求，還提供了在EPS或制動(dòng)系統(tǒng)等安全性至關(guān)重要的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高ASIL要求所需的冗余。

ADI提供的ADA4571-2雙AMR傳感器專為需要冗余和獨(dú)立檢測(cè)通道的這類安全性至關(guān)重要的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它是一款雙通道AMR傳感器，集成了信號(hào)調(diào)理放大器和ADC驅(qū)動(dòng)器。該產(chǎn)品包括兩個(gè)AMR(Sensitec AA745)傳感器和兩個(gè)放大器信號(hào)調(diào)理ASIC。該傳感器提供非常低的角度誤差信號(hào)，通常在0.1度范圍內(nèi)，具備可忽略的遲滯、高帶寬、低延遲和良好的線性度。這些特性能夠幫助減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和可聽(tīng)到的噪聲，幫助實(shí)現(xiàn)順暢、高效的BLDC電機(jī)控制。此外，AMR傳感器在飽和>30 mT條件下工作，沒(méi)有磁場(chǎng)窗口上限，而且傳感器在高磁場(chǎng)條件下運(yùn)行，因此解決方案能夠經(jīng)受嚴(yán)苛環(huán)境下的雜散磁場(chǎng)。

ADI提供的AD8410電流檢測(cè)放大器能夠在EPS和其他BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)中的分流電阻上進(jìn)行雙向電流測(cè)量。這是一個(gè)高電壓、高分辨率和高帶寬的分流放大器，用于在嚴(yán)苛環(huán)境下提供所需的準(zhǔn)確測(cè)量，在安全性至關(guān)重要的應(yīng)用中提供診斷，幫助減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和可聽(tīng)到的噪聲，實(shí)現(xiàn)順暢、高效的BLDC電機(jī)控制(例如EPS或制動(dòng))，并改善整個(gè)駕駛體驗(yàn)。