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用于演示运动控制的EV:Monolithic Power Systems的mCar显示角度传感器

助工
2018-11-20 10:17:07    评分

Monolithic Power Systems希望为光学编码器提供资金支持。MPS mCar EV演示在电子2018展示了偏角位置传感器和运动控制。

在2018年的electronica展会上,有几个以汽车为中心的展台,有时甚至展示了由电子公司赞助的豪华F1汽车。其中包括一款独特的非汽车专用显示器:专为展示运动控制和角度传感器而设计的电动汽车。 

单片动力系统不一定是您在考虑电动汽车时首先想到的公司,特别是在电子广告或其他热门节目的电动汽车公告和汽车相关产品的真正海洋中。然而,在他们的摊位上坐着mCar,MPS的演示,这是一个无可否认的有趣电动汽车,旋转的车轮慢慢地穿过展厅。 

 

mCar在MPS的演示视频中免费漫游

 

MPS机械工程师和mCar Aaron Quitugua-Flores的主要设计师解释说,mCar是CEO Michael Hsing的心血结晶。据报道,Hsing喜欢车辆,并确定定制EV将成为MPS的关注者。当然,问题在于MPS没有必要的机加工车间来开发这样的项目。

所以,很简单,Quitugua-Flores被雇用来建造一个。

在过去一年半的时间里,一个团队在圣何塞建立了一个机加工车间,并与处理电机控制方面的中国团队合作,为mCar设计,制造和创建了电子集成。

总体而言,mCar代表了一个雄心勃勃的项目,旨在开发EV以演示不一定考虑EV的产品。

 

mCar做的甜甜圈轮胎在MPS视频中向内转动

 

因此,如果MPS不是人们想到汽车时想到的,那么mCar是如何融入electronica的呢?MPS对电力相关组件,信息娱乐系统和汽车照明并不陌生,但Quitugua-Flores称其为“宏观规模”。

“我们有几个人问,我半开玩笑地假设,'我们可以买车吗?'”他说。“这也是我们想要建立这样的事情的部分原因。我们希望那些不一定知道MPS能够进入并开始对话的人。”

虽然MPS并不试图出售汽车,但mCar展示了他们自己的应用程序中可能需要的几个功能。除了展示MPS的核心组件(功率调节器,稳压器,电压转换器等ICfans)之外,mCar还希望演示两个主要功能:

  • 电机控制元件

  • 角位置传感器

 

智能电机控制模块

mCar演示了几个智能电机模块。这些包括BLDC电机和已连接到电机的集成控制模块。“有了这个,”Quitugua-Flores补充说,“我们将转子位置传感器和磁场定向控制集成到同一芯片中。相关的电路板也安装在电机上,包括电机驱动器和本地MCU。目标是使应用程序的集成非常简化。“

 

mCar上的电机控制模块

 

mCar的最初发展仅包括磁角度传感,但是当前的迭代显示了集成磁角度传感和无刷直流电机(BLDC)的控制。从本质上讲,它展示了在一个包中“一起控制所有东西”的能力。

虽然智能电机尚未为汽车领域做好准备,但BLDC在许多其他应用中变得越来越占主导地位,例如机器人技术。

 

非接触式磁角传感

除了智能电机之外,角度传感是MPS希望人们从mCar演示中获取的,因为它们适用于当今的许多系统。

在mCar上,一个例子是线控驱动功能。“在我们的车里,”Quitugua-Flores说,“方向盘是完全线控的,因此方向盘和转动的实际轮胎之间没有机械连接。我们有一个可以检测方向盘角度的磁性角度传感器并将其转换为各种转向模式所需的轮胎角度。“

在下图中,由右侧蓝色LED指示的MPS角度传感器直接安装在仪表板另一侧的转向柱上,感应驾驶员何时转动车轮。 

 

从左到右,方向盘,仪表板和角度传感器测量转向柱的角度。

 

在这种情况下,传感器信息然后无线地馈送到汽车的其余部分以指示车轮转动等。这个,Quitugua-Flores说,这是mCar开发中的一个特征,其中转向命令需要在远程输入之前一个司机座位被添加。 

 

角度传感器连接到转向柱,以及板和天线无线发送信号到车轮等。

 

同样的旋转磁角传感器用于油门踏板和制动踏板,无线或有线信号发送数据。与方向盘类似,制动踏板和加速踏板直接在枢轴点上配备角度传感器,以测量踏板踩下的角度。

 

坐在踏板枢轴点上的角度传感器

 

“每个人都认为,在某些时候,所有东西都将是线控或无线的,无线的。在某种程度上,它有点展望未来,”Quitugua-Flores补充道。

但是,当然,mCar并不打算彻底改变EV空间。“由于这是一项研发申请,我们不必立即考虑NHTSA(国家公路交通安全管理局)类型的安全法规。” 

 

悬架控制:角度传感器和电机控制

mCar的另一个方面不太可能出现在传统的汽车设置中,这是Quitugua-Flores认为让演示变得如此酷的事情之一。汽车的驾驶舱/驾驶员座椅可自由转动,悬挂在前后悬架模块上。正如Quitugua-Flores所解释的那样,重心的位置使得当驾驶员绕转弯时,它们会转向转弯,基本上像飞机或摩托车一样倾斜。“[司机]被推到座位上而不是横向推出座位。” 

 

mCar下面的视图,上面的驾驶员座位转了一圈。Gif由Monolithic Power Systems提供

 

这是串联工作的传感器和电机控制系统的演示。

Quitugua-Flores解释了这样的系统:“我们可以连接我们的一个角度传感器并检测旋转位置。我们将这些信息发送到我们的悬架控制系统。我们采用BLDC电机和我们的智能设计来实现震动电机集成在那里,能够改变每个冲击的长度,从而改变外倾角,即每个车轮的垂直倾斜度。理想的情况是,当车架转弯时,悬架会发生变化,使得轮胎也会向同一个方向倾斜.......从本质上讲,它就像一辆四轮摩托车。“

 

上面的角度传感器直接连接到悬挂驾驶员座舱的轴上。该传感器告诉悬架如何表现以使驾驶员平稳行驶。

 

这显然不是典型车辆的一部分,但其中大多数都是概念性城市公用电动车,甚至是一些全地形车。

 

精确之战:磁传感器与光学编码器

mCar演示了有效实现演示EV运行所需的一些传感和运动控制,但这不一定是高精度应用。对于要求高精度的系统,MPS还有一个机架臂,在展位上有七个自由度。 

生产机器人公司的Jake Beahan解释说,手臂内部是16 MPS角度传感器,每个都用蓝色LED指示。该演示旨在表明当前一代MPS传感器确实可以实现精密应用。

 

机器人手臂花费时间在electronica上小心地将小足球从一个支架传递到另一个支架,以展示精确控制

 

然而,对于更高精度的应用程序,MPS将需要提升他们的游戏。 

目前的竞争对手Quitugua-Flores说,光学编码器可以实现与这些磁性角度传感器相同的功能。

“光学编码器需要光盘和光源,光盘安装在你所拥有的任何旋转元件上。一个常见的例子是电机轴。这个光盘将安装在转子轴上,相关的光源将通过狭缝照射光线通过不同的方法切割光盘中的狭缝......您可以获得非常高精度的位置感应。“

他说,与MPS的磁性解决方案相比:“我们所需要的只是一个简单的直径磁化盘,它连接到你拥有的任何旋转元件,然后我们有一个IC - 仅用于我们的简单角度传感器,它是一个3mm x 3mm的IC - 或者直接安装在磁盘的前面,或者安装在磁盘的侧面。所以我们根本没有接触旋转元件。“ 从这个角度来看,这是一个简化的问题,“简单的IC”与“整个光学设置之间的区别,包括光源,解释光线所需的任何东西,滤光,然后制作光盘,取决于所需的精确度。“

他说,MPS制造IC的能力“也可以降低成本”,这在比较这两种技术时可能是一个痛点。“成本,”他说,“而且,在某种程度上,实施[光学编码器]的复杂性可能成为一些障碍。利用MPS的背景和集成电路知识......我们觉得我们可以有所作为“。

 

通向更精确磁性解决方案的途径

为了说服客户用磁性解决方案替换他们的光学编码器,MPS需要展示生产能够进行高精度位置传感的产品的能力。Quitugua-Flores说,实现这些更精确解决方案的途径与处理和过滤数据有很大关系。从本质上讲,它归结为开发软件。

“有了磁性,”他说,“我们遇到的一些问题可能是磁铁不是完全对称的,或者磁铁相对于传感器的安装并不理想。所以我们与磁场有非线性关系 - 这是我们需要感知位置的主要因素。因此,通过我们的软件开发,我们可以克服所有各种组件的安装和生产中的缺陷。这是我们团队正在进行的工作之一 - 如何使处理变得可靠有效,以获得精确的收益。“




关键词: EV     显示角度传感器     半导体     ICfans     芯片    

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