双AMR电机位置传感器,适用于安全关键应用

摘要:北京时间20200401关于【双AMR电机位置传感器,适用于安全关键应用】的具体情况和说明,让www.zzgjjdl.com新闻频道以图文形式为您慢慢道来。

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图1.(a) BLDC阻塞换相控制和(b) BLDC正弦换相控制。

图2.ISO 26262 ASIL评级矩阵。

安全关键应用的功能安全(示例EPS)

ISO 26262于2011年引入,作为一种安全标准,用于解决与电气安全相关的系统故障可能造成的危害,之后被2018年版取代。

必须对系统实施安全和风险分析,以确定系统的ASIL等级。ASIL等级是通过审查系统在运行期间潜在危险的严重程度、暴露程度和可控性来确定的(见图2)。

例如,如果我们对EPS系统实施风险和危害分析,可能会得出以下结论:基于这些事件(例如转向卡滞和自动转向等)的严重程度、可控性和暴露性,将这些严重事件评定为ASIL D等级。同样,对于即将推出的电子制动系统,可以采用同样的逻辑确定不可控事件的严重程度,如制动卡滞或自动制动。

根据EPS或制动系统示例,ASIL D系统的评级可以通过分解子系统来实现,如图3a、图3b和图3c所示。

图3.针对ASIL D系统的ASIL分解方案。

图4.典型的EPS拓扑。

电机轴位置(MSP)角结合相电流测量信息,用于对EPS电机驱动器实施换相和控制。基本的典型EPS电机控制环路如图5所示。所需的扭矩辅助等级因驾驶条件而异,由车轮速度传感器和扭矩传感器决定,扭矩传感器测量驾驶员或无人驾驶汽车中的电机执行器施加到方向盘上的扭矩。然后,微控制器使用MSP数据和相电流数据来控制提供给电机(提供所需的辅助)的电流负载。

图5.典型的EPS电机控制环路。

EPS电机位置和相电流传感器

MPS传感器故障可能导致或加重系统故障,例如转向锁止或自动转向,因此MPS是EPS系统中的关键组件。所以,重要的是,系统要能够综合全面地诊断传感器故障和冗余,以确保在MPS传感器出错或发生故障时能够确保继续正常运行,确保不会发生严重的系统故障,或者在出错时,系统能以安全地方式停止运行。

电流检测放大器通常用于间接精确测量电机负载,一般应用于三个电机相位中的两个相位,提供额外的诊断信息(可以作为整体系统安全保障措施的一部分)。

此外,高度准确的电机位置和相电流测量可以从系统层面改善EPS电机的控制性能,实现非常高效、安静、平稳的转向,从而改善整个驾驶体验,因此它是系统中的关键组件。

图6.适用于安全性至关重要的应用的电机位置和相电流检测结构示例。

如果我们查看这个传感器架构示例中所有可能的传感器故障模式,可以看出,应该始终有两个位置传感器输入可用于进行可靠性检查。即使在两个AMR通道都由于常见的故障原因导致同时故障这种极不可能的极端示例中,仍然可以使用来自辅助传感器通道的降级位置检测信息和电流传感器在动态状态下提供的反电动势信息进行交叉比对,以确保系统的基本功能继续正常运行。

这种系统级别的诊断功能将确保不会发生严重的故障模式,并且保证系统实现ISO 26262 ASIL D合规性。之后,可以安全关闭系统的电源,或者转入跛行回家模式,以返回经销商处进行维修。

总结

随着用于提高汽车安全性的ADAS推出,以及全自动和半自动驾驶车辆的出现,人们开始要求获得更可靠、更智能、性能更高的冗余电子执行器解决方案,且要求该方案符合ISO 26262功能安全标准。ADI公司提供的电机轴位置和相电流检查产品不仅能满足提高性能,实现更顺畅、更高效的电机控制的要求,还提供了在EPS或制动系统等安全性至关重要的应用中实现高ASIL要求所需的冗余。

ADI提供的ADA4571-2双AMR传感器专为需要冗余和独立检测通道的这类安全性至关重要的应用而设计。它是一款双通道AMR传感器,集成了信号调理放大器和ADC驱动器。该产品包括两个AMR(Sensitec AA745)传感器和两个放大器信号调理ASIC。该传感器提供非常低的角度误差信号,通常在0.1度范围内,具备可忽略的迟滞、高带宽、低延迟和良好的线性度。这些特性能够帮助减少转矩波动和可听到的噪声,帮助实现顺畅、高效的BLDC电机控制。此外,AMR传感器在饱和>30 mT条件下工作,没有磁场窗口上限,而且传感器在高磁场条件下运行,因此解决方案能够经受严苛环境下的杂散磁场。

ADI提供的AD8410电流检测放大器能够在EPS和其他BLDC电机控制系统中的分流电阻上进行双向电流测量。这是一个高电压、高分辨率和高带宽的分流放大器,用于在严苛环境下提供所需的准确测量,在安全性至关重要的应用中提供诊断,帮助减少转矩波动和可听到的噪声,实现顺畅、高效的BLDC电机控制(例如EPS或制动),并改善整个驾驶体验。


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