नई ऊर्जा मेन ड्राइव मोटर रिज़ॉल्वर सेंसर चयन: पांच इंजीनियरिंग निर्णय जिन्हें कम आंकना आसान है

मुख्य ड्राइव मोटर्स में स्थिति सेंसर चयन के लिए, रिज़ॉल्वर लगभग अपरिहार्य है। लेकिन ''रिज़ॉल्वर चुनना'' अपने आप में मुश्किल नहीं है। डेटाशीट के पीछे कुछ निर्णय लेना मुश्किल है जो वास्तव में बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं: क्या पोल जोड़े मोटर से मेल खाते हैं, सटीकता के आंकड़े पर कितना भरोसा करना है, तापमान और कंपन सत्यापन के लिए कौन सी परिचालन स्थितियों का उपयोग करना है, क्या डिकोडिंग श्रृंखला ठीक से मेल खाती है, और कौन सा कार्यात्मक सुरक्षा स्तर हासिल किया जाना चाहिए। इन पांच मुद्दों में से प्रत्येक बड़े पैमाने पर उत्पादन या चरम स्थितियों में समस्याओं को उजागर करते हुए प्रोटोटाइप चरण में एक परियोजना को पूरी तरह से सामान्य बनाने के लिए पर्याप्त है।

सबसे पहले, स्पष्ट करें: क्यों मुख्य ड्राइव एप्लिकेशन अभी भी रिज़ॉल्वर से बच नहीं सकते हैं

उच्च तापमान, तेल संदूषण और मोटर डिब्बे में मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के सामने, ऑप्टिकल एनकोडर के कोड डिस्क और ऑप्टोकॉप्लर स्वाभाविक रूप से नाजुक होते हैं, जबकि हॉल-आधारित समाधान मुख्य ड्राइव नियंत्रण की सटीकता और स्थिरता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संघर्ष करते हैं। रिज़ॉल्वर का सार एक विद्युत चुम्बकीय ट्रांसफार्मर है: रोटर पर कोई इलेक्ट्रॉनिक घटक नहीं होते हैं। यह पूरी तरह से स्टेटर उत्तेजना वाइंडिंग और रोटर की क्षमता के बीच आउटपुट साइन और कोसाइन लिफाफे संकेतों के बीच चुंबकीय युग्मन भिन्नता पर निर्भर करता है, जिसमें स्टेटर साइड और डिकोडिंग सर्किट में सभी सिग्नल प्रोसेसिंग पूरी हो जाती है। यह 'निष्क्रिय रोटर' संरचना यह निर्धारित करती है कि तापमान प्रतिरोध, तेल प्रतिरोध और कंपन प्रतिरोध के लिए इसकी निचली सीमाएं उन समाधानों की तुलना में कहीं अधिक हैं जो रोटर पर सक्रिय घटकों पर निर्भर हैं।

लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि रिज़ॉल्वर हर आयाम में इष्टतम है। इसकी कमियाँ भी समान रूप से स्पष्ट हैं: यह मोटर डिज़ाइन में परिवर्तन से काफी प्रभावित है, और इसकी प्लेटफ़ॉर्म अनुकूलता एड़ी वर्तमान समाधानों से कमतर है। 800V सिस्टम और अल्ट्रा-हाई स्पीड जैसे उभरते परिदृश्यों में, एड़ी वर्तमान स्थिति सेंसर धीरे-धीरे कर्षण प्राप्त कर रहे हैं। इसलिए, रिज़ॉल्वर चुनने का आधार यह है कि मुख्य ड्राइव एप्लिकेशन 'प्लेटफ़ॉर्म पुन: उपयोग लचीलेपन' की तुलना में 'कठोर वातावरण के तहत निरंतर विश्वसनीयता' पर अधिक जोर देता है। यदि यह आधार सही है, तो निम्नलिखित पांच निर्णय वास्तव में सार्थक हैं।

निर्णय 1: ध्रुव-जोड़ी मिलान केवल 'मिलान' के बारे में नहीं है

रिज़ॉल्वर पोल जोड़े का मोटर पोल जोड़े के साथ एक स्पष्ट संबंध होना चाहिए, लेकिन 'संरेखण' में स्वयं काफी भिन्न लागतों के साथ दो बहुत अलग कार्यान्वयन रणनीतियाँ हैं।

पसंदीदा समाधान आरपीपी = एमपीपी (रिज़ॉल्वर पोल जोड़े बराबर मोटर पोल जोड़े) है।  यात्री-कार मुख्य ड्राइव मोटर में आमतौर पर 4 से 10 पोल जोड़े होते हैं। रिज़ॉल्वर पोल जोड़े को उनके साथ मिलाने से मशीनिंग और असेंबली त्रुटियों को मोटर पोल जोड़े द्वारा बढ़ने से रोका जा सकता है और एफओसी नियंत्रण के लिए उच्च स्थिर-स्थिति सटीकता प्रदान की जा सकती है। प्रत्येक मोटर के लिए रिज़ॉल्वर को अनुकूलित करने की आवश्यकता की कीमत पर यह सटीकता-पहला मार्ग है, जिसके परिणामस्वरूप कम प्लेटफ़ॉर्म समानता होती है।

दूसरा है RPP = 1 (सिंगल-पोल-पेयर रिज़ॉल्वर, एक प्लेटफ़ॉर्म समझौता)।  लाभ यह है कि एक रिज़ॉल्वर कई मोटरों को कवर कर सकता है, लेकिन यांत्रिक विलक्षणता और असेंबली विचलन जैसी त्रुटियां मोटर पोल जोड़े द्वारा कई गुना बढ़ जाती हैं और विशेष रूप से उच्च गति वाले क्षेत्र-कमजोर क्षेत्र में टॉर्क तरंग के रूप में दिखाई देने की संभावना होती है। यदि यह मार्ग चुना जाता है, तो प्रवर्धन प्रभाव को 'अवशोषित' करने के लिए संरचनात्मक सहिष्णुता और असेंबली प्रक्रियाओं में पर्याप्त सटीकता मार्जिन आरक्षित किया जाना चाहिए। अन्यथा, डेटाशीट पर विद्युत सटीकता चाहे कितनी भी अच्छी क्यों न दिखे, मोटर पर स्थापित होने के बाद यांत्रिक त्रुटियों के कारण इसकी खपत हो जाएगी।

निर्णय 2: सटीकता के आंकड़े को तोड़ें; यांत्रिक त्रुटि अक्सर मुख्य योगदानकर्ता होती है

डेटाशीट में 'विद्युत त्रुटि ±X आर्कमिनट' को आदर्श स्थापना और संरेखण स्थितियों के तहत मापा जाता है। मोटर पर वास्तविक स्थापना के बाद, त्रुटि स्रोतों में कम से कम स्थापना विलक्षणता, अक्षीय खेल और स्टेटर-रोटर मिसलिग्न्मेंट भी शामिल है, जिनमें से प्रत्येक कुल त्रुटि में जोड़ता है।

इसका मतलब यह है कि एक सामान्य चयन गलती रिज़ॉल्वर की सटीकता की बार-बार तुलना करना है, जबकि माउंटिंग इंटरफ़ेस पर सहिष्णुता श्रृंखला की समान रूप से कठोर समीक्षा का अभाव है। अलग-अलग स्थापित स्टेटर और रोटर के साथ स्प्लिट रिज़ॉल्वर, संरचनात्मक डिजाइन और असेंबली प्रक्रियाओं पर उच्च मांग रखते हैं लेकिन अधिक स्थान-कुशल होते हैं; एकीकृत रिज़ॉल्वर को असेंबल करना आसान होता है लेकिन इसकी लागत अधिक होती है। इस ट्रेड-ऑफ को संरचनात्मक समीक्षा चरण के दौरान लॉक किया जाना चाहिए, न कि टूलींग के बाद 'उच्च-सटीकता वाले रिज़ॉल्वर पर स्विच करके' इसका समाधान करने का प्रयास किया जाना चाहिए। जब ​​यांत्रिक सटीकता अपर्याप्त होती है, तो कोई भी डिकोडिंग चिप परिणाम को सहेज नहीं सकती है।

उद्योग तुलना परिप्रेक्ष्य से, मुख्यधारा ऑटोमोटिव-ग्रेड वैरिएबल अनिच्छा रिज़ॉल्वर की विद्युत त्रुटि मोटे तौर पर ±25′ से ±30′ रेंज में है, और कुछ अनुकूलित डिज़ाइन वास्तविक माप में कम मान प्राप्त कर सकते हैं। चयन के दौरान असली सवाल यह है: यह आंकड़ा किस स्थापना शर्तों के तहत प्राप्त किया गया था? क्या मेरी संरचनात्मक सहिष्णुता श्रृंखला समान स्थितियाँ बनाए रख सकती है?

निर्णय 3: ''सबसे खराब परिचालन स्थितियों'' के तहत तापमान और कंपन को मान्य करें, लेकिन उच्च-विफलता वाला क्षेत्र अक्सर रिज़ॉल्वर निकाय नहीं होता है

ड्राइव मोटर रिज़ॉल्वर के लिए निचली ऑपरेटिंग तापमान सीमा को आमतौर पर -40 डिग्री सेल्सियस को कवर करने की आवश्यकता होती है, जबकि ऊपरी सीमा मोटर आवास के औसत तापमान से निर्धारित नहीं की जा सकती है। वाइंडिंग्स के नजदीक के स्थान आवास की तुलना में अधिक गर्म होते हैं। उद्योग में मुख्यधारा के ऑटोमोटिव-ग्रेड उत्पादों की तापमान ऊपरी सीमा 150 डिग्री सेल्सियस से 155 डिग्री सेल्सियस रेंज में वितरित की जाती है, और गर्मी स्रोतों के करीब के परिदृश्यों को उच्च मार्जिन के साथ सत्यापन की आवश्यकता होती है। ऑटोमोटिव रैंडम कंपन और मैकेनिकल शॉक प्रोफाइल के खिलाफ कंपन और झटके की भी आइटम दर आइटम जांच की जानी चाहिए, न कि केवल कमरे के तापमान के स्थैतिक परीक्षणों को पास करने से संतुष्ट होना चाहिए।

लेकिन शरीर के तापमान प्रतिरोध की तुलना में जो अधिक आसानी से कम आंका जाता है वह  कनेक्शन भाग है । वास्तविक परियोजनाओं में जहां सिग्नल विसंगतियां होती हैं, उनमें से एक बड़ा हिस्सा रिज़ॉल्वर वाइंडिंग या चुंबकीय सर्किट की विफलता नहीं है, बल्कि तापमान चक्र और कंपन के तहत सील गिरावट, खराब संपर्क, या लीड हार्नेस और कनेक्टर्स में अंतर-तार हस्तक्षेप है। यदि चयन केवल रिज़ॉल्वर बॉडी के तापमान रेटिंग को सत्यापित करता है, जबकि हार्नेस सामग्री चयन, कनेक्टर सीलिंग और तनाव राहत को बाद में 'आवश्यकतानुसार' संभालने के लिए छोड़ दिया जाता है, तो विश्वसनीयता श्रृंखला में सबसे कमजोर लिंक बहुत अंत तक छोड़ दिया जाता है।

निर्णय 4: विद्युत मापदंडों और डिकोडिंग श्रृंखला की तुलना एक ही तालिका में की जानी चाहिए

रिज़ॉल्वर एक वाहक पर आयाम-संग्राहक साइन और कोसाइन सिग्नल आउटपुट करता है। कोण की जानकारी लिफाफे में छिपी हुई है और एमसीयू द्वारा प्रयोग करने योग्य डिजिटल कोण बनने से पहले इसे डिमोड्युलेट किया जाना चाहिए। डिकोडिंग योजना का चुनाव सीधे रिज़ॉल्वर बॉडी के विद्युत मापदंडों पर विपरीत बाधाएं डालता है।

हार्ड डिकोडिंग (आरडीसी चिप)  समर्पित रिज़ॉल्वर-टू-डिजिटल कनवर्टर मार्ग का अनुसरण करता है, जिसमें 12 से 16 बिट्स का विशिष्ट रिज़ॉल्यूशन और दसियों से सैकड़ों माइक्रोसेकंड की सीमा में ट्रैकिंग विलंबता होती है। इसमें एक अंतर्निहित परिपक्व पीएलएल लूप है और लगभग कोई एमसीयू कंप्यूटिंग शक्ति का उपभोग नहीं करता है, जो इसे तंग अंशांकन शेड्यूल के साथ बड़े पैमाने पर उत्पादन प्लेटफार्मों के लिए उपयुक्त बनाता है। लागत निश्चित लूप बैंडविड्थ है, जिसे किसी विशिष्ट मोटर की गतिशील विशेषताओं के लिए गहराई से अनुकूलित नहीं किया जा सकता है।

सॉफ्ट डिकोडिंग (डीएसएडीसी + सॉफ्टवेयर एल्गोरिदम)  बाहरी आरडीसी को समाप्त कर देता है और आयाम-संग्राहक संकेतों का सीधे नमूना लेने के लिए एमसीयू के ऑन-चिप डेल्टा-सिग्मा एडीसी का उपयोग करता है, जिसके बाद सॉफ्टवेयर पूरी गणना पूरी करता है। डीएसएडीसी का उच्च ओवरसैंपलिंग अनुपात और डिजिटल फ़िल्टरिंग, परिमाणीकरण शोर को उच्च आवृत्तियों पर धकेल सकता है और मोटर गतिशील विशेषताओं के लिए गणना मापदंडों को समायोजित करने के लिए लचीलेपन को बनाए रखते हुए, 5-10 kHz वाहक पर कम-आवृत्ति लिफाफे के लिए उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात प्राप्त कर सकता है। लागत एमसीयू कंप्यूटिंग शक्ति और विकास संसाधनों पर निर्भर करती है, और समाधान की गुणवत्ता सॉफ्टवेयर परिपक्वता पर काफी हद तक निर्भर करती है।

जो भी मार्ग लिया जाता है, चयन के दौरान जिन मापदंडों को संरेखित किया जाना चाहिए उनमें कम से कम शामिल हैं: उत्तेजना आवृत्ति (मुख्यधारा आरडीसी 2 kHz से 20 kHz की उत्तेजना सीमा को कवर करते हैं, और विशिष्ट रिज़ॉल्वर 10 kHz के करीब रेट किए जाते हैं), परिवर्तन अनुपात (आमतौर पर 0.286 से 0.5 रेंज में), उत्तेजना प्रतिबाधा, और डिकोडिंग चिप की ड्राइव क्षमता और इनपुट रेंज। लाभ बेमेल के परिणाम प्रत्यक्ष हैं: अपर्याप्त आयाम सिग्नल-टू-शोर अनुपात को खराब कर देता है, जबकि आयाम संतृप्ति तरंग रूप क्लिपिंग का कारण बनती है। दोनों ही मामलों में, कोण की जानकारी विकृत है। हार्डवेयर योजनाबद्ध चरण में डिकोडिंग चिप मैनुअल आइटम के साथ रिज़ॉल्वर डेटाशीट की तुलना करने में केवल आधे दिन का खर्च आता है और बाद में अंतहीन डिबगिंग रीवर्क की बचत होती है।

निर्णय 5: कार्यात्मक सुरक्षा ''एएसआईएल-रेटेड मॉडल चुनने'' के साथ समाप्त नहीं होती है

मुख्य ड्राइव स्थिति सेंसर टॉर्क नियंत्रण बंद लूप का प्रारंभिक बिंदु है। एक बार जब कोण सिग्नल विफल हो जाता है, तो परिणाम टॉर्क के उतार-चढ़ाव से लेकर बिजली रुकावट या अनपेक्षित टॉर्क तक होते हैं। इसलिए, कार्यात्मक सुरक्षा संबंधी विचार 'आपूर्तिकर्ता एएसआईएल एक्स के लिए समर्थन का दावा करता है' के स्तर पर नहीं रुक सकते; उन्हें के विशिष्ट डिजाइन में लागू किया जाना चाहिए एकल-बिंदु दोषों और निरर्थक वास्तुकला .

उद्योग-मानक अभ्यास रिज़ॉल्वर बॉडी या सेंसिंग एलिमेंट स्तर पर ASIL C (SEooC) को प्राप्त करना है, और सिस्टम-स्तरीय रिडंडेंसी डिज़ाइन के माध्यम से ASIL D तक पहुंचने में समग्र प्रणाली का समर्थन करना है - दोहरे चैनल वाइंडिंग्स, दोहरी डिकोडिंग चेन, या 'भौतिक सेंसर + सेंसर रहित अनुमान' का समानांतर सत्यापन। चयन के दौरान पूछे जाने वाले प्रश्नों में शामिल हैं: आपूर्तिकर्ता का सुरक्षा मैनुअल किस विफलता मोड को कवर करता है? डायग्नोस्टिक कवरेज क्या है? यदि दोहरे चैनल योजना का उपयोग किया जाता है, तो दोनों चैनलों की स्वतंत्रता कैसे सुनिश्चित की जाती है, और सामान्य कारण विफलताओं को कैसे बाहर रखा जाता है? ये प्रश्न आमतौर पर विनिर्देश तुलना तालिकाओं में अदृश्य होते हैं, फिर भी वे सीधे निर्धारित करते हैं कि कार्यात्मक सुरक्षा तर्क को बंद किया जा सकता है या नहीं।

चयन में क्रम की भावना पर लौटना

इन पांच निर्णयों को एक साथ जोड़ने पर, चयन का तर्क वास्तव में स्पष्ट है:  पहले पोल-जोड़ी रणनीति (सटीकता-पहले या प्लेटफ़ॉर्म-पहले) निर्धारित करें, फिर संरचनात्मक रूप और स्थापना सहिष्णुता श्रृंखला को लॉक करें, फिर सबसे खराब स्थिति में तापमान और कंपन को मान्य करें और कनेक्शन भाग को एक ही विश्वसनीयता चेकलिस्ट में शामिल करें, फिर विद्युत मापदंडों और डिकोडिंग श्रृंखला को एक सिस्टम के रूप में मिलान करें, और अंत में कार्यात्मक सुरक्षा आवश्यकताओं का उपयोग करके रिवर्स-चेक करें कि क्या अनावश्यक वास्तुकला वैध है।  इन पांच चरणों के बाद, आमतौर पर केवल एक या दो उम्मीदवार मॉडल ही बचते हैं, और उन एक या दो के बीच का अंतर वास्तव में प्रोटोटाइप तुलना के लिए समय बिताने लायक हिस्सा है।

रिज़ॉल्वर मुख्य ड्राइव स्थिति सेंसर के लिए एकमात्र विकल्प नहीं है, लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादन वाली मुख्य ड्राइव परियोजनाओं में जहां विश्वसनीयता और पर्यावरणीय सहिष्णुता सर्वोच्च प्राथमिकता है, रिज़ॉल्वर अभी भी एक घटक है जिसे 'आकस्मिक रूप से चयनित' के बजाय 'सही ढंग से चुना जाना चाहिए'।