EV Resolver andurite kolm peamist valupunkti: keeruline kompromiss täpsuse, kalibreerimise ja kulude vahel

I. Mis on lahendusandur?

Elektrisõiduki ajamimootoris on vähenõudlik, kuid kriitiline komponent – ​​pöörlev trafo, mida tavaliselt tuntakse kui 'lahendaja .' Seda kirjeldatakse sageli kui mootori juhtimissüsteemi 'silmi' ja 'kõrvu'.

Lahendaja on analoognurkandur, mis töötab elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel. Selle struktuur on suhteliselt lihtne: see koosneb staatorist ja rootorist. Statoril on ergutusmähis ja siinus/koosinustuvastusmähised, samas kui rootor on koaksiaalselt paigaldatud mootori võllile. Kui mootorikontroller rakendab ergutusmähisele vahelduvvoolu signaali, muudab rootori pöörlemine magnetühendust, indutseerides siinus- ja koosinusmähises pingesignaale, mis varieeruvad sõltuvalt nurgast. Mõõtes nende kahe signaali amplituudid, saab täpselt välja arvutada rootori absoluutse asendi ja pöörlemissuuna.

Tänapäeval kasutatakse elektrisõidukite veoajamites laialdaselt püsimagnetilisi sünkroonmootoreid ja nende juhtimine sõltub suuresti rootori täpsest asendi tagasisidest. Sisuliselt mõjutab lahendaja iga väljundsignaal otseselt mootori pöördemomendi väljundit, kiiruse reguleerimist ning sõiduki üldist sõiduohutust ja sujuvust.

Lahusandurid seisavad aga praktilistes rakendustes silmitsi kolme vältimatu valupunktiga – täpsus, kalibreerimine ja maksumus –, mis moodustavad keeruka kompromissi.

II. Valupunkt 1: täpsus – preili on sama hea kui miil

Lahusti täpsus määrab otseselt mootori juhtimise kvaliteedi. Kui nurgaviga on liiga suur, võib see põhjustada mootori värisemist, aeglast kiirendust, ebatavalist müra või isegi tõsiseid probleeme, nagu kontrollimatu kiirendus või ebaõnnestumine käivitumisel. Kahjuks pole lahendaja täpsuse tagamine kaugeltki lihtne.

Esiteks on veaallikaid palju ja need on keerulised.  Lahendaja täpsusvead tulenevad kolmest peamisest tasemest: projekteerimisvead (nagu kvadratuuriviga ja amplituudiviga), tootmisprotsessi vead (nt nullpositsiooniviga) ja paigaldus-/kasutusvead (nt ekstsentrilisusest tingitud nullasendi viga). Nende hulgas on paigaldamise ekstsentrilisus tavaline probleem - kui lahendaja rootori ja staatori keskpunktid ei ühti mootori rootori keskpunktiga, muutuvad siinus-/koosinussignaalide tippväärtused pooltsüklite vahel ebaühtlaseks, kahjustades otseselt mõõtmistäpsust. Lisaks kipub mootori sees olev kõrge temperatuuriga keskkond ekstsentrilisuse probleeme veelgi teravdama.

Teiseks halveneb täpsus suurel kiirusel järsult.  Kuna EV mootorite kiirused tõusevad jätkuvalt, muutub lahendaja piiratus suurtel pöörlemiskiirustel üha ilmsemaks. Praegu on tavamootori kiirused vahemikus 16 000 kuni 21 000 pööret minutis ja kõrgepingeplatvormide tõus on viinud maksimaalsed kiirused üle 30 000 p / min. Lahusti ergastussignaali sagedus on tavaliselt 10 kHz. Ülisuurtel kiirustel langeb tabatud põhilainete tsüklite arv dramaatiliselt – kiirusel 20 000 p/min on saadaolev signaal vaid veerand sellest, mis on 5000 p/min juures. Paigaldatud nurga signaal erineb seejärel oluliselt tegelikust nurgast. Enamik praegusi lahendajaid nõuab nurga täpsust vahemikus ±33′ (mehaaniline nurk, 4 pooluspaari), samas kui tööstusharu nõudlus suure täpsuse järele on juba jõudnud ±22,5′.

Lisaks on elektromagnetilised häired täpsuse hävitaja.  Kiirmootori enda magnetväljad koos IGBT-de lülitustoimingutega elektrilises juhtseadmes tekitavad elektromagnetilist müra, mis häirib lahendaja signaaliedastust. Lahusti 10 kHz ergastussagedus langeb kokku IGBT lülitussagedusega, nii et IGBT lülitusmüra võib kergesti mõjutada algset kandelainet, põhjustades demoduleeritud signaali moonutusi ja veelgi halvendades nurga täpsust.

III. Valupunkt 2: kalibreerimine – iga mootor on ainulaadne

Kui täpsus on lahendaja kaasasündinud 'konstitutsioon', siis kalibreerimine on 'peenhäälestus' pärast sündi. Iga lahendaja tuleb pärast tootmist kalibreerida; muidu pole isegi parim täpsus kasutu.

Miks on kalibreerimine kohustuslik?  Lahendaja mõõdab mehaanilist nurka, kuid mootori väljale orienteeritud juhtimine nõuab elektrilist nurka. Lahusti 0° mehaaniline nurk ei võrdu mootori magnetpooluse 0° elektrilise nurgaga – vältimatute töötlemise ja montaaži tolerantside tõttu on suhteline asend mootoriti erinev. Ilma kalibreerimiseta arvutab kontroller vale nurga. Kalibreerimise põhiülesanne on lihtne: määrake fikseeritud nihe lahendaja nullasendi ja mootori rootori magnetpooluse nullasendi vahel, kirjutage see kontrollerisse ja saavutage täpne nulli joondamine.

Kalibreerimine ise on väljakutse.  Traditsiooniline kalibreerimine põhineb käsitsi töötamisel – ostsilloskoobi abil lahendatakse käsitsi, mis on aeganõudev ja sageli ebapiisavalt täpne. Tootmismahtude suurenedes on automatiseeritud reasisene kalibreerimine muutunud normiks: mootor kinnitatakse katsestendile ja hostarvuti saadab kalibreerimiskäsud automaatselt nullotsingu tegemiseks. Kuid automaatsel kalibreerimisel on ka raskusi: pikk kalibreerimisaeg ja ebaühtlane täpsus. Mõnes patendikirjanduses juhitakse selgesõnaliselt tähelepanu sellele, et olemasolevad lahendaja nullnihke kalibreerimismeetodid kannatavad 'pika kestuse ja halva täpsuse' tõttu. Kalibreerimise efektiivsuse parandamine, tagades samas täpsuse, on tootmisliinil praktiline dilemma.

Kalibreerimise täpsust piiravad ka mõõteseadmed.  Laherite staatilise ja dünaamilise nurga mõõtmise kalibreerimiseks on vaja ülitäpseid võrdlusseadmeid, nagu pöördlauad, ringikujulised restid ja fotoelektrilised autokollimaatorid. Need instrumendid on kulukad, suurendades veelgi investeeringuid kalibreerimisse. Viimastel aastatel on esile kerkinud integreeritud resolveranalüsaatorid, mis ühendavad mitmete traditsiooniliste instrumentide funktsioone, vähendades seadmekulusid 70%. Sellegipoolest on kalibreerimine lahendajarakendustes märkimisväärne aja- ja rahakulu.

IV. Valupunkt 3: Maksumus – mäng 400 jüaanist 100 jüaanini

Kolme valupunkti hulgas on kulu see, millel on kõige vahetum 'ärireaalsus'.

Eriline on lahendaja kulustruktuur.  Materjalikuludes domineerivad räniteraslehed. Seadet on keeruline konstrueerida ja seda on keeruline valmistada, kuna see hõlmab töömahukaid protsesse, nagu mähis ja jootmine, mistõttu on kulusid lihtne lihtsate vahenditega vähendada. Lisaks vajab lahendaja signaalide töötlemiseks spetsiaalset dekoodri kiipi (RDC, solver-to-digital converter), mis lisab märkimisväärseid kulutusi. Autotööstuses kasutatavate lahendaja dekoodrite kiipide aastane toodang ulatub kümnete miljonite ühikuteni, mille keskmine müügihind on umbes 3,6 USA dollarit kiibi kohta.

Varem domineerisid sellel turul pikka aega välisettevõtted.  Enne kodumaise asendamise levikut maksid imporditud resolverandurid üle 400 jüaani ühiku kohta, suurendades sõidukikulusid ja jättes tarneahelad haavatavaks. Viimastel aastatel on Hiina ettevõtted, nagu Huaxuan Sensing, saavutanud põhilisi tehnoloogilisi läbimurdeid, langetades andurite hindu enam kui 400 jüaanilt umbes 100 jüaanile, mis on vaid veerand varasemast hinnast. Kodumaised lahendajad on juba sisenenud suurte autotootjate, sealhulgas SAIC, BYD, Li Auto ja XPeng tarneahelatesse.

Kulude vähendamine jätkub.  Viimase kümnendi jooksul on lahendajate müügihinnad langenud keskmiselt umbes 10% aastas. Kulude vähendamine tuleb kahest peamisest suunast: esiteks tööstusautomaatika kasutuselevõtt tootmises, aastase efektiivsuse tõstmine 20% ja tootmiskulude alandamine; teiseks materjalide üleviimine Jaapani Nippon Steeli kõrgekvaliteedilisest räniterasest kodumaistele Baosteeli ja Shougangi terastele, kasutades madalama kvaliteediga asendajaid, mis vähendavad materjalikulusid 8–10% aastas. Lisaks on tekkimas tarkvarapõhised dekodeerimislahendused – sisseehitatud mikrokontrolleri moodulite ja tarkvaraalgoritmide kasutamine signaalide dekodeerimiseks ilma spetsiaalsete dekoodrikiipideta, vähendades märkimisväärselt riistvarakulusid. Mõned skeemid on vähendanud BOM-i kulusid enam kui 15 USA dollarilt umbes 1,5 dollarile.

V. Raske kompromiss kolme vahel

Täpsus, kalibreerimine ja maksumus ei ole sõltumatud; nad suhtlevad ja piiravad üksteist – ühe parandamine toimub sageli teise arvelt.

saavutamiseks  Suurema täpsuse  on tavaliselt vaja täpsemaid tootmisprotsesse, paremaid materjale ja keerukamaid konstruktsioone – kõik see viitab  suurematele kuludele . Samal ajal nõuab suure täpsusega lahendaja suuremat paigaldustäpsust, mis suurendab  kalibreerimise keerukust ja maksumust..

taotlemine  Madalamate kulude  võib sundida materjale 'alandama' (nt asendama kõrgekvaliteedilise räniterasega) või lihtsustama protsesse – mis paratamatult seab  ohtu täpsuse . Tootmisliinil võib  kalibreerimise efektiivsuse parandamine  (kulude vähendamiseks) ohverdada mõningase kalibreerimise täpsuse, samas kui kalibreerimise täpsuse tagamine nõuab rohkem aega ja seadmeid – see suurendab taas  kulusid ..

See moodustab omamoodi 'võimatu kolmnurga': täpsust, tõhusust (kalibreerimist) ja kulusid on raske korraga saavutada.

Seetõttu on tööstus uurinud erinevaid lahendusi. Näiteks 'madala täpsusega kahe resolutsiooniga üleliigne sidumine' skeem kasutab ülitäpse mõõtmise saavutamiseks koos kahte odavat lahendajat. Teine lähenemisviis – kahe diskreetiga diferentsiaalpositsiooni dekodeerimine – parandab asukoha dekodeerimise täpsust rohkem kui 80% ilma riistvarakulusid suurendamata. Samuti võimaldab lahendaja nullnurga iseõppimistehnoloogia kontrolleril automaatselt tuvastada ja korrigeerida nulli nihkeid. Kõik need katsed üritavad murda kolmnurga jäikadest piirangutest.

VI. Outlook: uued teed kolmnurga murdmiseks

Pikemas perspektiivis avatakse järk-järgult lahendaja andurite kolmnurk 'täpsus-kalibreerimine-kulu'.

osas  Täpsuse optimeeritakse pidevalt uusi magnetresistiivseid lahendaja konstruktsioone ning mõned tooted on juba edukalt lahendanud kiirete mootorite asendiandurite madala täpsusega probleemi, suurendades oluliselt mootori maksimaalset kiirust ja juhtimise täpsust. Kalibreerimisel  . liiguvad närvivõrgupõhised adaptiivsed prognoosimiskompensatsioonimeetodid ja automaatsed kalibreerimissüsteemid protsessi 'manuaalsest kogemusest' 'andmepõhisele' lähenemisele osas  Kulude ei ole kodumaise asendamise laine veel kaugeltki lõppenud – materjali lokaliseerimine, protsesside automatiseerimine ja tarkvarapõhine dekodeerimine arenevad paralleelselt, jättes täiendava ruumi kulude vähendamiseks.

Resolverandurite lugu on sisuliselt mikrokosmos uue energiasõidukite tööstuse teekonnast 'funktsionaalsest' 'suurepärasest' 'taskukohaseks'. Täpsuse, kalibreerimise ja kulude vahelisel kompromissil pole ideaalset vastust – on vaid üha lähedasemad lähenemised halastamatu inseneri optimeerimise kaudu. Ja just selles peitubki tehnoloogilise progressi tõeline võlu.