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                        先進的電機解決方案應對汽車電氣化挑戰

                        作者:Rick Fennelly,Allegro MicroSystems, LLC 營銷經理時間:2019-06-28來源:電子產品世界收藏

                        為了減少排放,包括歐盟和美國在內的世界各國政府已對內燃機提出了強制的燃油經濟性標準。這些舉措需要技術方面的創新進步,因而推動對提高燃油效率的需求,但這會增大設計團隊的負擔,并可能影響開發循環時間。

                        本文引用地址:http://www.xinfa15808.cn/article/201906/402019.htm

                        著其中涉及的重點領域是開發相關戰略,以減少對車輛發動機的負載。有數據表明,在汽車消耗的所有燃油中,只有15%的能量用于在道路上驅動車輛,發動機和動力傳動系統低效率造成很大的能量浪費。因此,減輕負載能讓發動機更高效的工作,因此有利于減少燃料消耗。我們面臨的挑戰是在提供相同或更高性能的同時,保持或改善整體駕駛體驗。為了實現此目標,對汽車電氣化的需求不斷提高,其中包括使用電機代替傳統的皮帶傳動系統。為此,全球汽車市場中的電機應用正以 4.7% 的年復合增長率 (CAGR) 增長。 具體而言,汽車應用的直流無刷電機(BLDC)市場預計超出其他類型電機增長率的兩倍,從 2014 年到 2019 年,CAGR 達到 6.3%。

                        利用電氣解決方案改善這些系統為一級制造商帶來了新挑戰,這些新創新需要增加員工數量和開發時間。設計師也正在謀求縮短開發周期,同時保持高性能目標應用的技術途徑。因此,BLDC 電機控制的市場份額正在逐步增加。例如,通常采用皮帶傳動的汽車水泵已經過渡到電機。這是起停系統的需求,由此可提高效率并減少排放。為了保持發動機冷卻劑循環,使用電機替換皮帶傳動泵。其他受發動機起停系統影響而需要轉換為BLDC電機的應用包括液壓和油泵等等。

                        新一代集成有復雜交流算法的電機驅動器 IC 簡化了 BLDC 電機控制系統的工程設計。Allegro MicroSystems, LLC 等公司已經開發出成熟算法,用于傳感器和無傳感器 BLDC 電機的梯形和正弦控制,因此工程師不再具有編寫和驗證軟件的困難,幫助其滿足緊迫的時間要求。

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                        圖 1:Allegro 專有算法能夠縮短客戶設計和驗證時間。

                        在眾多 Allegro 高級電機驅動器中,換向算法(commutation algorithm)已經集成到了 IC,易用使用的軟件 GUI 通過 USB 將參數傳遞給片上 EEPROM,供片上算法使用。這使沒有軟件編程經驗的工程師可以設計并驗證電機系統,打破了軟件開發和驗證耗時的任務瓶頸。這種創新還可以降低微控制器的工作負載,可以讓開發者使用低功率(低成本)的MCU器件。對于一些應用,甚至可以取消微控制器,進一步節省成本。

                        Allegro能夠提供A4960和A4962等高度集成的無傳感器BLDC驅動器,這些器件集成有片上無傳感器梯形換向算法以及高功率柵極驅動器,以增強外部逆變器橋電路。高集成度功能通??捎傻轿⑻幚砥骶幊?,可以使這些器件通過集成閉環速度或力矩控制來實現獨立運行。全面的診斷反饋可發送給電子控制單元 (ECU),提供有關同步、過壓、欠壓或 MOSFET 短路條件等信息。通過PWM輸入發送故障診斷可以實現單線操作。

                        多功能算法提供豐富的編程參數,只需在片上 EEPROM 內修改參數,就可以使工程設計為不同的產品重新使用硬件等資源。因此,Allegro 可編程電機驅動器易于使用,并可重復用于多種電機、負載和其他應用。高集成度 IC 可與 Allegro 編程工具一起使用,簡化工作流程,并縮短設計周期,促進客戶創新。這些解決方案使制造商通過更高的電氣化來滿足嚴格的燃油經濟性要求,同時為最終客戶提供更高的性能。

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                        圖 2:Allegro 軟件能夠設置參數并直接將其加載至 EEPROM,實時評估變化。

                        展望未來,自動駕駛汽車的發展趨勢將繼續推動車輛電氣化程度的不斷提高。市場分析公司IHS Automotive 預計,到 2025 年,自動駕駛汽車銷量將接近 60 萬輛。此外,IHS預計,2025~2035年之間,自動駕駛汽車銷量的年復合增長率 (CAGR) 將達到43%,到2035年接近 2100 萬輛。這種高速增長將刺激電機控制應用的不斷增加,系統集成將不斷促使設計師尋找創新解決方案。自動駕駛汽車需要集成冗余系統,以便能夠更好地幫助消費者應對安全問題,汽車將為駕駛員做出更多決策,或借助一些新的功能,可以完全不用駕駛員參與決策流程。

                        Allegro MicroSystems, LLC等公司正在制造并不斷開發滿足 ISO 26262 安全標準的未來產品。 ISO 26262 標準定義了汽車安全完整性等級 (ASIL) 包括的相關要求,其中包括涉及公路汽車安全相關電子系統的開發流程和設計。這些標準需要集成電路元件供應商將更多功能集成到現有的解決方案,并要求器件能夠運行診斷和更新狀態的通信。這些創新產品能夠提供片上監控和驗證功能,從而幫助工程師簡化其設計,縮短設計周期。

                        隨著汽車市場不斷創新,以滿足對改善性能和提高燃油經濟性的需求,再加上自動駕駛汽車市場的未來預期發展,電機系統將持續發揮越來越大的作用,成為替代機械系統的更高效解決方案。因此,設計工程師需要利用先進的電機和相關產品,簡化設計流程,同時為客戶提供更多增值功能,以最終實現具有成本效益競爭力的產品。Allegro MicroSystems, LLC認識到這種需求,并提供業界領先的創新產品,滿足汽車市場未來的嚴格要求。



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