Uue energia põhiajami mootori resolveranduri valik: viis tehnilist otsust, mida on lihtne alahinnata

Asendianduri valimiseks peaajami mootorites on lahendaja on peaaegu vältimatu. Kuid 'lahendaja valimine' iseenesest pole keeruline. Keeruline on teha andmelehe taga olevaid väheseid hinnanguid, mis määravad tõeliselt masstootmise jõudluse: kas pooluste paarid vastavad mootorile, kui palju usaldada täpsust, milliseid töötingimusi kasutada temperatuuri ja vibratsiooni valideerimiseks, kas dekodeerimisahel on õigesti sobitatud ja milline funktsionaalne ohutustase tuleb saavutada. Kõigist neist viiest probleemist piisab, et projekt näeks prototüübi staadiumis täiesti normaalne, paljastades samal ajal probleeme masstootmises või äärmuslikes tingimustes.

Esiteks selgitage: miks põhidraivi rakendused ei saa ikka veel lahendusi vältida

Kõrgete temperatuuride, õlisaaste ja mootoriruumi tugevate elektromagnetiliste häirete tõttu on optiliste kodeerijate koodikettad ja optronid oma olemuselt haprad, samas kui Halli-põhised lahendused näevad vaeva põhiajami juhtimise täpsuse ja järjepidevuse nõuete täitmisega. Lahendaja olemus on elektromagnetiline trafo: rootoril pole elektroonilisi komponente. Siinus- ja koosinusmähisjoone signaalide väljastamiseks tugineb see puhtalt magnetilise sidestuse variatsioonile staatori ergutusmähise ja rootori silmapaistvuse vahel, kusjuures kogu signaalitöötlus on lõpetatud staatori poolel ja dekodeerimisahelas. See 'passiivse rootori' struktuur määrab, et selle temperatuurikindluse, õlikindluse ja vibratsioonikindluse alumised piirid on palju kõrgemad kui lahendustel, mis tuginevad rootori aktiivsetele komponentidele.

Kuid see ei tähenda, et lahendus oleks igas mõõtmes optimaalne. Selle puudused on sama selged: seda mõjutavad oluliselt mootori konstruktsiooni muudatused ja selle platvormi ühilduvus on kehvem kui pöörisvoolulahendused. Tekkivates stsenaariumides, nagu 800 V süsteemid ja ülisuured kiirused, hakkavad pöörisvooluasendiandurid järk-järgult jõudma. Seetõttu on lahendaja valimise eelduseks see, et põhidraivirakendus paneb suurema kaalu 'püsivale töökindlusele karmides keskkondades' kui 'platvormi taaskasutamise paindlikkusele'. Kui see eeldus kehtib, on järgmised viis otsust tõeliselt tähendusrikkad.

Kohtuotsus 1: pooluste paaride sobitamine ei tähenda ainult 'sobitamist'

Lahendaja pooluste paaridel peab olema selge seos mootori pooluste paaridega, kuid 'joondumisel' endal on kaks väga erinevat rakendusstrateegiat, mille kulud on oluliselt erinevad.

Eelistatud lahendus on RPP = MPP (resolver pole paarid võrdsed mootori pooluste paaridega).  Sõiduautode peaajami mootoritel on tavaliselt 4 kuni 10 pooluste paari. Lahendaja pooluste paaride vastavusse viimine hoiab ära töötlus- ja montaaživigade võimendamise mootori pooluste paaride poolt ning tagab suurema püsioleku täpsuse FOC juhtimisel. See on täpsuse esimene marsruut, mille hinnaks on lahenduse kohandamine iga mootori jaoks, mille tulemuseks on madal platvormi ühtsus.

Teine on RPP = 1 (ühepooluseline paari lahendaja, platvormi kompromiss).  Eeliseks on see, et üks lahendaja võib katta mitut mootorit, kuid vead, nagu mehaaniline ekstsentrilisus ja koostu hälve, korrutatakse mootori pooluste paaridega ja need ilmnevad eriti suure tõenäosusega pöördemomendi pulsatsioonina kiirvälja nõrgenemise piirkonnas. Kui see tee valitakse, tuleb konstruktsiooni tolerantside ja montaažiprotsesside osas reserveerida piisav täpsusvaru, et võimendusefekti 'absorbeerida'. Vastasel juhul, olenemata sellest, kui hea elektriline täpsus andmelehel tundub, kulutavad seda mootorile paigaldatud mehaanilised vead.

Kohtuotsus 2: jaotage täpsuse näitaja; mehaaniline viga on sageli peamine põhjus

Andmelehel olevat 'elektrilist viga ±X kaareminutit' mõõdetakse ideaalsete paigaldus- ja joondustingimuste korral. Pärast tegelikku paigaldamist mootorile hõlmavad veaallikad ka vähemalt paigalduse ekstsentrilisust, aksiaalset lõtku ja staatori-rootori ebaühtlust, millest igaüks suurendab kogu viga.

See tähendab, et tavaline valikuviga on lahendaja enda täpsuse korduv võrdlemine, samas kui paigaldusliidese tolerantsiahela sama range ülevaatamine puudub. Eraldi paigaldatud staatori ja rootoriga jaotatud lahendajad seavad konstruktsiooni projekteerimisele ja montaažiprotsessidele kõrgemad nõudmised, kuid on ruumisäästlikumad; integreeritud lahendajaid on lihtsam kokku panna, kuid need maksavad rohkem. See kompromiss tuleks lukustada struktuuriülevaatuse etapis, selle asemel, et proovida seda pärast tööriistade töötlemist parandada, 'lülitades üle suurema täpsusega lahendajale'. Kui mehaaniline täpsus on ebapiisav, ei suuda ükski dekodeerimiskiip tulemust salvestada.

Tööstusharu võrdluse vaatenurgast on autotööstuse tavapäraste muutuva reluktantsi lahendajate elektriline viga ligikaudu vahemikus ±25′ kuni ±30′ ja mõned optimeeritud konstruktsioonid võivad tegelikel mõõtmistel saavutada madalamaid väärtusi. Tegelik küsimus valiku käigus on: millistel paigaldustingimustel see arv saadi? Kas minu struktuurne tolerantsusahel suudab säilitada samad tingimused?

Otsus 3: kontrollige temperatuuri ja vibratsiooni 'halvimatel töötingimustel', kuid suure rikkega piirkond ei ole sageli lahendaja

Ajamimootori lahendajate alumine töötemperatuuri piir peab tavaliselt katma -40 °C, samas kui ülemist piiri ei saa määrata mootori korpuse keskmise temperatuuri järgi. Mähiste lähedal asuvad kohad on palju kuumemad kui korpus. Tööstuses kasutatavate autotööstuse tavatoodete temperatuuri ülempiirid on jaotatud vahemikus 150 °C kuni 155 °C ning soojusallikatele lähedased stsenaariumid nõuavad suurema varuga valideerimist. Vibratsiooni ja lööki tuleks samuti ükshaaval kontrollida autode juhusliku vibratsiooni ja mehaaniliste löökide profiilide suhtes, mitte ainult toatemperatuuri staatiliste testide läbimisega.

Kuid mida on kergem alahinnata kui keha temperatuuritaluvust, on  ühendusosa . Tegelikes projektides, kus esineb signaalianomaaliaid, ei ole märkimisväärne osa lahendaja mähiste või magnetahela rikked, vaid tihendi halvenemine, halb kontakt või juhtmetevahelised häired juhtmerakmetes ja pistikutes temperatuuritsükli ja vibratsiooni mõjul. Kui valik kontrollib ainult lahendaja korpuse temperatuurimäära, jättes rakmete materjali valiku, pistiku tihendamise ja tõmbevabastuse hiljem 'vajaduse korral' käsitseda, jäetakse töökindlusahela nõrgim lüli päris lõpuni.

Otsus 4: Elektrilisi parameetreid ja dekodeerimisahelat tuleb võrrelda samas lauas

Lahendaja väljastab kandjale amplituudmoduleeritud siinus- ja koosinussignaale. Nurgateave on ümbrikusse peidetud ja seda tuleb demoduleerida, enne kui sellest saab MCU jaoks kasutatav digitaalne nurk. Dekodeerimisskeemi valik seab otseselt lahendaja keha elektrilistele parameetritele vastupidised piirangud.

Kõva dekodeerimine (RDC-kiip)  järgib spetsiaalset lahendaja-digitaalmuunduri marsruuti, tüüpilise eraldusvõimega 12–16 bitti ja jälgimislatentsusvahemikus kümneid kuni sadu mikrosekundeid. Sellel on sisseehitatud küps PLL-silmus ja see ei tarbi peaaegu üldse MCU arvutusvõimsust, mistõttu sobib see tihedate kalibreerimisgraafikutega masstootmisplatvormidele. Maksumus on fikseeritud ahela ribalaius, mida ei saa konkreetse mootori dünaamiliste omaduste jaoks põhjalikult kohandada.

Pehme dekodeerimine (DSADC + tarkvaraalgoritm)  kõrvaldab välise RDC ja kasutab MCU kiibil asuvat delta-sigma ADC-d amplituudmoduleeritud signaalide otse proovivõtmiseks, mille järel tarkvara lõpetab kogu arvutuse. DSADC kõrge ülediskreetimissuhe ja digitaalne filtreerimine võivad viia kvantimismüra kõrgetele sagedustele ja saavutada kõrge signaali-müra suhte madala sagedusega mähisjoone jaoks 5–10 kHz kandjal, säilitades samal ajal paindlikkuse mootori dünaamiliste omaduste arvutusparameetrite kohandamiseks. Maksumus on MCU arvutusvõimsuse ja arendusressursside hõivamine ning lahenduse kvaliteet sõltub suuresti tarkvara küpsusest.

Olenemata sellest, millise marsruudi valitakse, hõlmavad valiku ajal joondatud parameetrid vähemalt järgmist: ergastussagedus (peavoolu RDC-d katavad ergastusvahemiku 2 kHz kuni 20 kHz ja tüüpilised lahendajad on hinnanguliselt 10 kHz lähedal), teisendussuhe (tavaliselt vahemikus 0,286 kuni 0,5), ergastuse sisendvõimsus ja võimsuse sagedusvahemik. Võimenduse mittevastavuse tagajärjed on otsesed: ebapiisav amplituud halvendab signaali-müra suhet, samas kui amplituudi küllastus põhjustab lainekuju kärpimist. Mõlemal juhul on nurgateave moonutatud. Lahendaja andmelehe võrdlemine dekodeerimiskiibi käsitsi punkthaaval riistvaraskeemi etapis maksab vaid pool päeva ja säästab lõputut hilisemat silumistöötlust.

Otsus 5: funktsionaalne ohutus ei lõpe 'ASIL-reitinguga mudeli valimisega'

Peaajami asendiandur on pöördemomendi juhtimise suletud ahela alguspunkt. Kui nurga signaal ebaõnnestub, ulatuvad tagajärjed pöördemomendi kõikumisest kuni toitekatkestuse või tahtmatu pöördemomendini. Seetõttu ei saa funktsionaalse ohutuse kaalutlused piirduda sellega, et 'tarnija nõuab ASIL X-i toetust'; neid tuleb rakendada spetsiifilises disainis ühepunktiliste rikete ja üleliigse arhitektuuri .

Tööstusharu standardne tava on saavutada ASIL C (SEooC) lahendaja korpuse või anduri elemendi tasemel ja toetada kogu süsteemi ASIL D-ni jõudmisel süsteemitaseme redundantsusdisaini abil – kahe kanaliga mähised, kaks dekodeerimisahelat või 'füüsilise anduri + andurita hinnangu' paralleelne kontrollimine.' Tarnija valikul esitatavad tõrkerežiimid hõlmavad järgmisi küsimusi? Mis on diagnostiline katvus? Kui kasutatakse kahe kanaliga skeemi, siis kuidas on tagatud kahe kanali sõltumatus ja kuidas välistatakse ühise põhjusega tõrked? Need küsimused on spetsifikatsioonide võrdlustabelites tavaliselt nähtamatud, kuid määravad otseselt, kas funktsionaalse ohutuse argumendi saab sulgeda.

Tulles tagasi valiku korratunde juurde

Kui need viis otsust omavahel ühendada, on valiku loogika tegelikult selge:  esmalt määrake kindlaks pooluste paari strateegia (kõigepealt täpsus või platvorm), seejärel lukustage konstruktsioonivorm ja paigaldustolerantsi ahel, seejärel kinnitage temperatuur ja vibratsioon halvimatel tingimustel ning lisage ühendusosa samasse töökindluse kontroll-loendisse, järgmiseks sobitage elektrilised parameetrid ja kas funktsionaalse süsteemina taastage dekodeerimine ja lõpuks tühistage kasutusahela arhitektuur on kehtiv.  Pärast neid viit etappi jääb tavaliselt alles ainult üks või kaks kandidaatmudelit ja nende ühe või kahe erinevused on osa, millele tasub prototüüpide võrdlemiseks aega kulutada.

Lahendaja ei ole ainuke valik peaajami asendiandurite jaoks, kuid masstootmises peaajami projektides, kus töökindlus ja keskkonnataluvus on esikohal, on lahendaja siiski komponent, mida tuleb 'õigesti valida', mitte 'juhuslikult valida”. Õige valiku võti pole mitte kõige silmatorkavam täpsus, vaid see, kas ülaltoodud andmetel oli tõsine hinnang viiele andmelehele.