EV Resolver датчиктерінің үш негізгі ауыру нүктесі: дәлдік, калибрлеу және құн арасындағы күрделі сауда

I. Резолютор сенсоры дегеніміз не?

Электрлік көліктің жетекші қозғалтқышында қарапайым, бірақ маңызды құрамдас — айналмалы трансформатор, әдетте ' деп аталады.шешуші .' Ол көбінесе моторды басқару жүйесінің 'көздері' және 'құлақтары' ретінде сипатталады.

Резолвер - электромагниттік индукция принципі бойынша жұмыс істейтін аналогтық бұрыштық сенсор. Оның құрылымы салыстырмалы түрде қарапайым: ол статор мен ротордан тұрады. Статор қоздыру катушкасын және синус/косинусты анықтау катушкаларын алып жүреді, ал ротор қозғалтқыш білігіне коаксиалды түрде орнатылған. Қозғалтқыш контроллері қоздыру катушкасына айнымалы ток сигналын бергенде, ротордың айналуы магниттік муфтаны өзгертеді, бұрышқа қарай өзгеретін синус пен косинус катушкаларында кернеу сигналдарын индукциялайды. Осы екі сигналдың амплитудасын өлшеу арқылы ротордың абсолютті орны мен айналу бағытын дәл есептеуге болады.

Бүгінгі таңда тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар EV тартқыш жетектерінде кеңінен қолданылады және оларды басқару ротордың нақты кері байланысына қатты байланысты. Негізінде, шешуші шығаратын әрбір бұрыштық сигнал қозғалтқыштың айналу моментінің шығысына, жылдамдықты реттеуге және көліктің жалпы жүріс қауіпсіздігі мен тегістігіне тікелей әсер етеді.

Дегенмен, шешуші сенсорлар практикалық қолданбаларда - дәлдік, калибрлеу және құны - күрделі өзара қарым-қатынасты құрайтын үш сөзсіз ауыртпалыққа тап болады.

II. Ауырсыну нүктесі 1: Дәлдік - ару бір миль сияқты жақсы

Резолютордың дәлдігі қозғалтқышты басқару сапасын тікелей анықтайды. Бұрыштық қате тым үлкен болса, ол қозғалтқыштың дірілдеуін, баяу үдеуін, қалыптан тыс шуды немесе бақылаусыз жеделдету немесе іске қосылмау сияқты күрделі мәселелерді тудыруы мүмкін. Өкінішке орай, шешуші дәлдігін қамтамасыз ету оңай емес.

Біріншіден, қате көздері көп және күрделі.  Шешуші дәлдік қателері үш негізгі деңгейден туындайды: жобалау қателері (квадратура қатесі және амплитуда қатесі сияқты), өндіріс процесінің қателері (нөлдік позиция қатесі сияқты) және орнату/пайдалану қателері (экцентристік нөлдік позиция қатесі сияқты). Бұлардың ішінде орнату эксцентриктігі кең таралған мәселе болып табылады — шешуші ротор мен статордың орталықтары қозғалтқыш роторының орталығына сәйкес келмегенде, синус/косинус сигналдарының ең жоғары мәндері жарты циклдар арасында сәйкес келмей, өлшеу дәлдігіне тікелей нұқсан келтіреді. Сонымен қатар, қозғалтқыш ішіндегі жоғары температура ортасы эксцентристік мәселелерді күшейтеді.

Екіншіден, жоғары жылдамдықта дәлдік күрт нашарлайды.  Электр қозғалтқышының жылдамдықтары жоғарылаған сайын, жоғары айналу жылдамдықтарында шешуші шектеу барған сайын айқын бола түседі. Қазіргі уақытта негізгі қозғалтқыш жылдамдығы 16 000-нан 21 000 айн / мин-ге дейін ауытқиды, ал жоғары вольтты платформалардың өсуі максималды жылдамдықтарды 30 000 айн / мин-ден асырды. Резолвердің қозу сигналының жиілігі әдетте 10 кГц. Өте жоғары жылдамдықта түсірілген негізгі толқын циклдерінің саны күрт төмендейді — 20 000 айн/мин, қол жетімді сигнал 5 000 айн/миннің төрттен бір бөлігін ғана құрайды. Одан кейін орнатылған бұрыш сигналы шынайы бұрыштан айтарлықтай ауытқиды. Ағымдағы резолюторлардың көпшілігі ±33′ (механикалық бұрыш, 4 полюс жұбы) шегінде бұрыштық дәлдікті талап етеді, ал жоғары дәлдікке өнеркәсіп сұранысы қазірдің өзінде ±22,5′ жетті.

Сонымен қатар, электромагниттік кедергілер дәлдіктің негізгі факторы болып табылады.  Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың магниттік өрістері электрлік басқару блогындағы IGBT-тердің ауысу әрекеттерімен бірге, шешуші сигнал беру жолына кедергі келтіретін электромагниттік шуды тудырады. Резолвердің 10 кГц қозу жиілігі IGBT коммутация жиілігімен сәйкес келеді, сондықтан IGBT коммутация шуы бастапқы тасымалдаушы толқынға оңай әсер етіп, демодуляцияланған сигналдың бұрмалануына және одан әрі бұрыштық дәлдіктің төмендеуіне әкеледі.

III. Ауырсыну нүктесі 2: калибрлеу — әрбір қозғалтқыш бірегей

Егер дәлдік шешушінің туа біткен 'конституциясы' болса, онда калибрлеу туғаннан кейінгі 'нақты баптау' болып табылады. Әрбір шешуші шығарылғаннан кейін калибрленуі керек; әйтпесе, тіпті ең жақсы дәлдік те пайдасыз.

Неліктен калибрлеу міндетті?  Резолютор механикалық бұрышты өлшейді, бірақ қозғалтқыштың өріске бағытталған басқаруы электрлік бұрышты қажет етеді. Резолютордың 0° механикалық бұрышы қозғалтқыштың магниттік полюсінің 0° электрлік бұрышына тең емес — өңдеу мен құрастырудың сөзсіз рұқсат етілуіне байланысты, салыстырмалы позиция қозғалтқыштан қозғалтқышқа дейін өзгереді. Калибрлеусіз контроллер дұрыс емес бұрышты есептейді. Калибрлеудің негізгі міндеті қарапайым: шешуші нөлдік позиция мен қозғалтқыш роторының магниттік полюсінің нөлдік орны арасындағы бекітілген ауытқуды анықтаңыз, оны контроллерге жазып, дәл нөлдік туралауға қол жеткізіңіз.

Калибрлеудің өзі қиын.  Дәстүрлі калибрлеу қолмен жұмыс істеуге негізделген - осциллографты қолданып, резераторды қолмен нөлге келтіру, бұл көп уақытты қажет етеді және жиі дәл емес. Өндіріс көлемі ұлғайған сайын автоматтандырылған желілік калибрлеу қалыпты жағдайға айналды: қозғалтқыш сынақ стендісінде бекітілген және негізгі компьютер нөлдік іздеуді автоматты түрде орындау үшін калибрлеу пәрмендерін жібереді. Дегенмен, автоматтандырылған калибрлеу де қиындықтарға тап болады: калибрлеудің ұзақ уақыты және сәйкес келмейтін дәлдік. Кейбір патенттік әдебиеттерде қолданыстағы шешуші нөлдік офсеттік калибрлеу әдістерінің 'ұзақ ұзақтығы мен нашар дәлдігі' бар екені анық көрсетілген. Дәлдікке кепілдік бере отырып, калибрлеудің тиімділігін арттыру - өндіріс жолындағы практикалық дилемма.

Калибрлеу дәлдігі өлшеу жабдығымен де шектеледі.  Айналдырғыштарды статикалық және динамикалық бұрышты өлшеуді калибрлеу үшін айналмалы үстелдер, дөңгелек торлар және фотоэлектрлік автоколлиматорлар сияқты жоғары дәлдіктегі анықтамалық құрылғылар қажет. Бұл құралдар калибрлеуге инвестицияны одан әрі арттыра отырып, қымбатқа түседі. Соңғы жылдары бірнеше дәстүрлі аспаптардың функцияларын біріктіретін біріктірілген шешуші анализаторлар пайда болды, бұл жабдықтың құнын 70% төмендетеді. Дегенмен, калибрлеу шешуші қолданбаларда айтарлықтай уақыт пен ақша шығыны болып қала береді.

IV. 3-ші ауырсыну нүктесі: Құны — ойын 400 юаньнан 100 юаньға дейін

Үш ауырсыну нүктесінің ішінде құны ең жақын 'бизнес шындық' болып табылады.

Резолютордың шығындар құрылымы ерекше.  Материалдық шығындарда кремний болат парақтары басым. Құрылғының дизайны күрделі және өндіру қиын, ол орау және дәнекерлеу сияқты көп еңбекті қажет ететін процестерді қамтиды, бұл қарапайым құралдар арқылы шығындарды азайтуды қиындатады. Сонымен қатар, шешуші сигналдарды өңдеу үшін арнайы декодер чипін (RDC, шешуші-цифрлық түрлендіргіш) қажет етеді, бұл айтарлықтай шығындарды қосады. Автомобильдік деңгейдегі шешуші декодер чиптерінің жаһандық жылдық өндірісі ондаған миллион данаға жетеді, орташа сату бағасы бір чипке шамамен 3,6 АҚШ долларын құрайды.

Бұрын бұл нарықта ұзақ уақыт бойы шетелдік компаниялар басым болды.  Отандық алмастыру басталмай тұрып, импорттық шешуші датчиктер бірлігіне 400 юаньнан асады, бұл көлік құнын көтеріп, жеткізу тізбегін осал қалдырды. Соңғы жылдары Huaxuan Sensing сияқты қытайлық компаниялар негізгі технологиялық жетістіктерге қол жеткізіп, сенсорлардың бағасын 400 юаньнан 100 юаньға дейін төмендетті, бұл бұрынғы бағаның төрттен бір бөлігі ғана. Отандық шешушілер SAIC, BYD, Li Auto және XPeng сияқты ірі автоөндірушілердің жеткізу тізбегіне енді.

Шығындарды азайту жалғасуда.  Соңғы онжылдықта резолверлерді сату бағасы жыл сайын орта есеппен шамамен 10%-ға төмендеді. Шығындарды төмендету екі негізгі бағыттан туындайды: біріншіден, өндіріске өнеркәсіптік автоматтандыруды енгізу, жылдық тиімділікті 20%-ға арттыру және өндіріс шығындарын төмендету; екіншіден, материалдардың құнын жылына 8%-10%-ға төмендететін төменгі сортты алмастырғыштарды пайдалана отырып, материалдарды Жапонияның Nippon Steel-тен жоғары сапалы кремний болаттан отандық өндірілген Baosteel және Shougang болаттарына ауыстыру. Сонымен қатар, бағдарламалық құралға негізделген декодтау шешімдері пайда болуда — орнатылған микроконтроллер модульдері мен бағдарламалық алгоритмдерді пайдаланып, арнайы декодер чиптерінсіз сигналдарды декодтау, аппараттық құралдардың құнын күрт төмендетеді. Кейбір схемалар BOM шығындарын 15 АҚШ долларынан шамамен 1,5 АҚШ долларына дейін төмендетті.

V. Үштік арасындағы қиын сауда

Дәлдік, калибрлеу және құны тәуелсіз емес; олар өзара әрекеттеседі және бір-бірін шектейді — бірін жақсарту көбінесе екіншісінің есебінен болады.

ұмтылу,  Жоғары дәлдікке  әдетте, дәлірек өндіріс процестерін, жақсырақ материалдарды және неғұрлым күрделі құрылымдық конструкцияларды талап етеді - мұның бәрі  жоғары шығындарды көрсетеді . Сонымен қатар, дәлдігі жоғары шешуші орнатудың қатаң дәлдігін талап етеді, бұл  калибрлеудің қиындығы мен құнын арттырады..

ұмтылу  Төмен шығындарға  материалдарды 'төмендетуге' (мысалы, жоғары сортты төменгі сортты кремний болатпен ауыстыру) немесе процестерді жеңілдетуге мәжбүр етуі мүмкін - бұл сөзсіз  дәлдікке нұқсан келтіреді . Өндіріс желісінде  калибрлеудің тиімділігін арттыру (құнды азайту үшін) калибрлеу дәлдігін жоғалтуы мүмкін, ал калибрлеу дәлдігіне кепілдік беру көбірек уақыт пен жабдықты талап етеді, бұл тағы да өзіндік  арттырады. құнын .

Бұл «мүмкін емес үшбұрыштың» түрін құрайды: дәлдікке, тиімділікке (калибрлеу) және құнына бір уақытта қол жеткізу қиын.

Сондықтан сала әртүрлі шешімдерді зерттеді. Мысалы, 'дәлдігі төмен қос резолютордың артық қосылымы' схемасы жоғары дәлдікке қол жеткізу үшін екі төмен құны бар резолютерді бірге пайдаланады. Тағы бір тәсіл — қос таңдауды дифференциалды позицияны декодтау — аппараттық құрал құнын арттырмай, позицияны декодтау дәлдігін 80%-дан астамға жақсартады. Сондай-ақ, шешуші нөлдік бұрышты өздігінен үйрену технологиясы контроллерге нөлдік ауытқуларды автоматты түрде анықтауға және түзетуге мүмкіндік береді. Бұл әрекеттердің барлығы үшбұрыштың қатаң шектеулерін бұзуға тырысады.

VI. Болжам: үшбұрышты бұзудың жаңа жолдары

Ұзақ мерзімді перспективада шешуші сенсорлардың 'дәлдік-калибрлеу-құны' үшбұрышы біртіндеп ашылады.

тұрғысынан  Дәлдік жаңа магниттік резистивті шешуші конструкциялар үздіксіз оңтайландырылуда, кейбір өнімдер жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардағы позиция сенсорларының төмен дәлдік мәселесін сәтті шешіп, қозғалтқыштың максималды жылдамдығын және басқару дәлдігін айтарлықтай арттырады. Калибрлеуде нейрондық желіге негізделген адаптивті  болжау компенсация әдістері мен автоматтандырылған калибрлеу жүйелері процесті 'қолмен тәжірибе'-ден 'деректерге негізделген' тәсілдеріне жылжытады. түрде  Құнды отандық алмастыру толқыны әлі біткен жоқ — материалды оқшаулау, процестерді автоматтандыру және бағдарламалық қамтамасыз ету негізіндегі декодтау параллельді түрде дамып, шығындарды азайтуға қосымша орын қалдырады.

Шешуші датчиктердің тарихы шын мәнінде жаңа энергетикалық көлік өнеркәсібінің 'функционалдық'-дан 'тамаша'-дан 'қолжетімді'-ге дейінгі саяхатының микроәлемі болып табылады. Дәлдік, калибрлеу және құн арасындағы келіссөзге мінсіз жауап жоқ — тек тынымсыз инженерлік оңтайландыру арқылы жақынырақ жақындаулар ғана. Бұл, дәлірек айтсақ, технологиялық прогрестің нағыз сүйкімділігі.