Zgjedhja e sensorit të zgjidhësit të motorit kryesor me energji të re: Pesë gjykime inxhinierike që janë të lehta për t'u nënvlerësuar

Për zgjedhjen e sensorit të pozicionit në motorët kryesorë të ngasjes, zgjidhësi është pothuajse i pashmangshëm. Por vetë 'zgjedhja e një zgjidhësi' nuk është e vështirë. Ajo që është e vështirë është të bësh disa gjykime pas fletës së të dhënave që vërtet përcaktojnë performancën e prodhimit masiv: nëse çiftet e shtyllave përputhen me motorin, sa duhet besuar shifrës së saktësisë, cilat kushte funksionimi të përdoren për verifikimin e temperaturës dhe dridhjeve, nëse zinxhiri i dekodimit përputhet siç duhet dhe çfarë niveli funksional sigurie duhet të arrihet. Secila prej këtyre pesë çështjeve është e mjaftueshme për ta bërë një projekt të duket krejtësisht normal në fazën e prototipit, ndërsa ekspozon problemet në prodhimin masiv ose në kushte ekstreme.

Së pari, sqaroni: pse aplikacionet kryesore të diskut ende nuk mund t'i shmangin zgjidhësit

Përballë temperaturave të larta, ndotjes së vajit dhe ndërhyrjes së fortë elektromagnetike në ndarjen e motorit, disqet e kodit dhe çiftëzuesit optikë të koduesve optikë janë në thelb të brishtë, ndërsa zgjidhjet e bazuara në Hall luftojnë për të përmbushur kërkesat e saktësisë dhe konsistencës së kontrollit kryesor të makinës. Thelbi i një zgjidhësi është një transformator elektromagnetik: nuk ka përbërës elektronikë në rotor. Ai mbështetet thjesht në variacionin e bashkimit magnetik midis mbështjelljes së ngacmimit të statorit dhe spikatjes së rotorit për të nxjerrë sinjalet e mbështjelljes së sinusit dhe kosinusit, me të gjithë përpunimin e sinjalit të përfunduar në anën e statorit dhe në qarkun e dekodimit. Kjo strukturë 'rotori pasiv' përcakton që kufijtë e saj më të ulët për rezistencën ndaj temperaturës, rezistencën e vajit dhe rezistencën ndaj dridhjeve janë shumë më të larta se ato të solucioneve që mbështeten në komponentët aktivë në rotor.

Por kjo nuk do të thotë se zgjidhësi është optimal në çdo dimension. Mangësitë e tij janë po aq të qarta: ndikohet ndjeshëm nga ndryshimet në modelin e motorit dhe përputhshmëria e platformës së saj është inferiore ndaj zgjidhjeve të rrymës vorbull. Në skenarë në zhvillim si sistemet 800V dhe shpejtësitë ultra të larta, sensorët e pozicionit të rrymës vorbull po fitojnë gradualisht tërheqje. Prandaj, premisa për zgjedhjen e një zgjidhësi është që aplikacioni kryesor i diskut i kushton peshë më të madhe 'besueshmërisë së qëndrueshme në mjedise të vështira' sesa 'fleksibilitetit të ripërdorimit të platformës'. Nëse kjo premisë qëndron, pesë gjykimet e mëposhtme janë vërtet kuptimplotë.

Gjykimi 1: Përputhja e çifteve nuk ka të bëjë vetëm me 'përputhjen'

Çiftet e shtyllave të zgjidhësve duhet të kenë një marrëdhënie të qartë me çiftet e shtyllave motorike, por vetë 'radhitja' ka dy strategji shumë të ndryshme zbatimi me kosto dukshëm të ndryshme.

Zgjidhja e preferuar është RPP = MPP (çiftet e poleve të zgjidhjes janë të barabarta me çiftet e poleve motorike).  Motorët kryesorë të makinës së pasagjerëve zakonisht kanë 4 deri në 10 çifte shtyllash. Bërja e çifteve të shtyllave të zgjidhjes që të përputhen me to parandalon që gabimet e përpunimit dhe montimit të përforcohen nga çiftet e shtyllave motorike dhe siguron saktësi më të lartë të gjendjes së qëndrueshme për kontrollin FOC. Kjo është rruga e parë e saktësisë, me koston e kërkesës që zgjidhësi të personalizohet për secilin motor, duke rezultuar në ngjashmëri të ulët të platformës.

Tjetra është RPP = 1 (zgjidhës me një çift polesh, një kompromis për platformën).  Avantazhi është se një zgjidhës mund të mbulojë motorë të shumtë, por gabime të tilla si ekscentriciteti mekanik dhe devijimi i montimit shumëzohen me çiftet e poleve motorike dhe ka veçanërisht të ngjarë të shfaqen si valëzim çift rrotullues në rajonin e dobësimit të fushës me shpejtësi të lartë. Nëse zgjidhet kjo rrugë, diferenca e mjaftueshme e saktësisë duhet të rezervohet në tolerancat strukturore dhe proceset e montimit për të 'thithur' efektin e amplifikimit. Përndryshe, sado e mirë të duket saktësia elektrike në fletën e të dhënave, ajo do të konsumohet nga gabimet mekanike pasi të instalohet në motor.

Gjykimi 2: Zbërtheni figurën e saktësisë; gabimi mekanik shpesh është kontribuesi kryesor

'Gabimi elektrik ±X minuta hark' në një fletë të dhënash matet në kushtet ideale të instalimit dhe shtrirjes. Pas instalimit aktual në motor, burimet e gabimit përfshijnë gjithashtu të paktën ekscentricitetin e instalimit, lojën boshtore dhe mospërputhjen e statorit-rotorit, secila prej të cilave shton gabimin total.

Kjo do të thotë se një gabim i zakonshëm i përzgjedhjes është krahasimi i përsëritur i saktësisë së vetë zgjidhësit ndërsa mungon një rishikim po aq rigoroz i zinxhirit të tolerancës në ndërfaqen e montimit. Zgjidhësit e ndarë, me stator dhe rotor të montuar veçmas, vendosin kërkesa më të larta për projektimin strukturor dhe proceset e montimit, por janë më efikas në hapësirë; zgjidhësit e integruar janë më të lehtë për t'u montuar, por kushtojnë më shumë volum. Ky shkëmbim duhet të mbyllet gjatë fazës së rishikimit strukturor, në vend që të përpiqet ta korrigjojë atë pas veglave duke 'kaluar në një zgjidhës me saktësi më të lartë'. Kur saktësia mekanike është e pamjaftueshme, asnjë çip dekodues nuk mund ta ruajë rezultatin.

Nga këndvështrimi i krahasimit të industrisë, gabimi elektrik i zgjidhësve të ngurtësimit të ndryshueshëm të klasës kryesore të automobilave është afërsisht në intervalin ±25′ deri në ±30′, dhe disa modele të optimizuara mund të arrijnë vlera më të ulëta në matjet aktuale. Pyetja e vërtetë gjatë përzgjedhjes është: në cilat kushte instalimi është marrë kjo shifër? A mund të ruajë të njëjtat kushte zinxhiri im i tolerancës strukturore?

Gjykimi 3: Vërtetoni temperaturën dhe dridhjet në 'kushtet e funksionimit në rastin më të keq', por zona me dështim të lartë shpesh nuk është trupi i zgjidhjes

Kufiri i poshtëm i temperaturës së funksionimit për zgjidhësit e motorit të makinës zakonisht kërkohet të mbulojë -40°C, ndërsa kufiri i sipërm nuk mund të përcaktohet nga temperatura mesatare e kapakut të motorit. Vendndodhjet afër mbështjelljeve janë shumë më të nxehta se shtëpia. Kufijtë e sipërm të temperaturës së produkteve kryesore të kategorisë automobilistike në industri shpërndahen në intervalin 150°C deri në 155°C dhe skenarët afër burimeve të nxehtësisë kërkojnë vërtetim me diferencë më të lartë. Dridhja dhe goditja duhet gjithashtu të kontrollohen pika për artikull kundrejt profileve të dridhjeve të rastësishme dhe goditjeve mekanike të automobilave, jo thjesht të plotësohen duke kaluar teste statike të temperaturës së dhomës.

Por ajo që nënvlerësohet më lehtë sesa rezistenca ndaj temperaturës së trupit është  pjesa e lidhjes . Në projektet aktuale ku ndodhin anomali të sinjalit, një pjesë e konsiderueshme nuk janë dështimet e mbështjelljes së zgjidhësit ose qarkut magnetik, por degradimi i vulës, kontakti i dobët ose ndërhyrja ndërmjet telave në parzmoret e plumbit dhe lidhësit nën ciklin e temperaturës dhe dridhjet. Nëse zgjedhja verifikon vetëm vlerësimin e temperaturës së trupit të zgjidhësit ndërsa lë zgjedhjen e materialit të parzmores, mbylljen e lidhësit dhe lehtësimin e sforcimit për t'u trajtuar më vonë 'sipas nevojës', hallka më e dobët në zinxhirin e besueshmërisë lihet deri në fund.

Gjykimi 4: Parametrat elektrikë dhe zinxhiri i dekodimit duhet të krahasohen në të njëjtën tabelë

Zgjidhësi nxjerr sinjale të sinusit dhe kosinusit të moduluar nga amplituda në një bartës. Informacioni i këndit është i fshehur në zarf dhe duhet të demodulohet përpara se të bëhet një kënd dixhital i përdorshëm nga MCU. Zgjedhja e skemës së dekodimit imponon drejtpërdrejt kufizime të kundërta në parametrat elektrikë të trupit të zgjidhësit.

Dekodimi i fortë (çipi RDC)  ndjek rrugën e dedikuar nga zgjidhësi në konvertues dixhital, me rezolucion tipik prej 12 deri në 16 bit dhe vonesë gjurmuese në rangun nga dhjetëra deri në qindra mikrosekonda. Ka një lak të integruar PLL të pjekur dhe nuk konsumon pothuajse asnjë fuqi llogaritëse MCU, duke e bërë atë të përshtatshëm për platformat e prodhimit masiv me orare të shtrënguara kalibrimi. Kostoja është gjerësia e brezit fiks, e cila nuk mund të personalizohet thellësisht për karakteristikat dinamike të një motori specifik.

Dekodimi i butë (algoritmi i softuerit DSADC +)  eliminon RDC-në e jashtme dhe përdor ADC-në delta-sigma në çip të MCU për të kampionuar drejtpërdrejt sinjalet e moduluara nga amplituda, pas së cilës softueri përfundon të gjithë llogaritjen. Raporti i lartë i marrjes së mostrave dhe filtrimi dixhital i DSADC mund të shtyjë zhurmën e kuantizimit në frekuenca të larta dhe të arrijë një raport të lartë sinjal-zhurmë për mbështjellësin me frekuencë të ulët në një bartës 5–10 kHz, duke ruajtur fleksibilitetin për të rregulluar parametrat e llogaritjes për karakteristikat dinamike të motorit. Kostoja është zënia e fuqisë kompjuterike të MCU dhe burimeve të zhvillimit, dhe cilësia e zgjidhjes varet shumë nga pjekuria e softuerit.

Cilado rrugë që të ndërmerret, parametrat që duhet të radhiten gjatë përzgjedhjes përfshijnë të paktën: frekuencën e ngacmimit (RDC-të kryesore mbulojnë një gamë ngacmimi nga 2 kHz deri në 20 kHz dhe zgjidhësit tipikë vlerësohen afër 10 kHz), raporti i transformimit (zakonisht në rangun 0,286 deri në 0,5, diapazoni i impaktit dhe fuqisë së ngacmimit në diapazonin e ngacmimit dhe ngacmimit), Pasojat e mospërputhjes së fitimit janë të drejtpërdrejta: amplituda e pamjaftueshme përkeqëson raportin sinjal-zhurmë, ndërsa ngopja e amplitudës shkakton prerje të formës valore. Në të dyja rastet, informacioni i këndit është i shtrembëruar. Krahasimi i fletës së të dhënave të zgjidhësit me manualin e çipit të dekodimit, artikull për artikull në fazën skematike të harduerit kushton vetëm gjysmë dite dhe kursen ripunim të pafund të korrigjimit më vonë.

Gjykimi 5: Siguria funksionale nuk përfundon me 'zgjedhjen e një modeli të vlerësuar me ASIL'

Sensori kryesor i pozicionit të makinës është pika fillestare e lakut të mbyllur të kontrollit të çift rrotullues. Pasi sinjali i këndit dështon, pasojat variojnë nga luhatja e çift rrotullues deri te ndërprerja e fuqisë ose çift rrotullimi i padëshiruar. Prandaj, konsideratat e sigurisë funksionale nuk mund të ndalen në nivelin e 'furnizuesi pretendon mbështetje për ASIL X'; ato duhet të zbatohen në projektimin specifik të  gabimeve me një pikë dhe arkitekturës së tepërt.

Praktika standarde e industrisë është të arrihet ASIL C (SEooC) në nivelin e trupit të zgjidhësit ose të elementit ndijor, dhe të mbështetet sistemi i përgjithshëm në arritjen e ASIL D përmes dizajnit të tepricës në nivel sistemi - mbështjellje me dy kanale, zinxhirë të dyfishtë dekodimi ose verifikim paralel të 'sensorit fizik + vlerësimit pa sensor'.' përfshin pyetjet e sigurisë për të bërë nga furnitorët gjatë zgjedhjes së dështimit? Cili është mbulimi diagnostik? Nëse përdoret një skemë me dy kanale, si sigurohet pavarësia e dy kanaleve dhe si përjashtohen dështimet e shkakut të zakonshëm? Këto pyetje janë zakonisht të padukshme në tabelat e krahasimit të specifikimeve, megjithatë ato përcaktojnë drejtpërdrejt nëse argumenti i sigurisë funksionale mund të mbyllet.

Kthimi në sensin e rendit në përzgjedhje

Duke lidhur këto pesë gjykime së bashku, logjika e përzgjedhjes është në të vërtetë e qartë:  së pari përcaktoni strategjinë e çiftit të shtyllave (saktësia-së pari ose platforma-së pari), më pas mbyllni formën strukturore dhe zinxhirin e tolerancës së instalimit, më pas vërtetoni temperaturën dhe dridhjet në kushtet më të këqija dhe përfshini pjesën e lidhjes në të njëjtën listë kontrolli të besueshmërisë, më pas përputhni njërën me kërkesat e sistemit elektrik dhe funksionin e përdorimit si përdorimi i zinxhirit. kontrolloni nëse arkitektura e tepërt është e vlefshme.  Pas këtyre pesë hapave, zakonisht mbeten vetëm një ose dy modele kandidate, dhe ndryshimet midis atyre një ose dy janë pjesa që me të vërtetë ia vlen të harxhohet kohë për krahasimin e prototipit.

Zgjidhësi nuk është zgjedhja e vetme për sensorët e pozicionit kryesor të diskut, por në projektet e disqeve kryesore të prodhimit masiv, ku besueshmëria dhe toleranca mjedisore janë prioritetet kryesore, zgjidhësi është ende një komponent që duhet 'zgjedhur saktë' në vend që 'të zgjidhet rastësisht'.