Pointi Tatu Kuu za Maumivu ya Sensorer za EV: Biashara Ngumu Kati ya Usahihi, Urekebishaji, na Gharama.

I. Sensor ya Kitatuzi ni nini?

Katika gari la kiendeshi la gari la umeme, kuna sehemu muhimu lakini isiyo na heshima - kibadilishaji kinachozunguka, kinachojulikana kama 'msuluhishi .' Mara nyingi hufafanuliwa kama 'macho' na 'masikio' ya mfumo wa udhibiti wa gari.

Kitatuzi ni sensor ya angular ya analogi inayofanya kazi kwa kanuni ya induction ya sumakuumeme. Muundo wake ni rahisi: inajumuisha stator na rotor. Stator hubeba coil ya msisimko na coil za kutambua sine/cosine, wakati rota imewekwa kwa kuunganishwa kwenye shimoni ya motor. Wakati mtawala wa motor anatumia ishara ya AC kwa coil ya msisimko, mzunguko wa rotor hubadilisha kuunganisha magnetic, inducing signaler voltage katika sine na cosine coil ambayo inatofautiana na angle. Kwa kupima amplitudes ya ishara hizi mbili, nafasi ya rotor kabisa na mwelekeo wa mzunguko inaweza kuhesabiwa kwa usahihi.

Leo, motors za synchronous za sumaku za kudumu hutumiwa sana katika anatoa za traction za EV, na udhibiti wao unategemea sana maoni sahihi ya nafasi ya rotor. Kimsingi, kila pato la mawimbi ya angular na kisuluhishi huathiri moja kwa moja toko ya injini, udhibiti wa kasi, na usalama wa jumla wa uendeshaji na ulaini wa gari.

Hata hivyo, vitambuzi vya kutatua vinakabiliwa na pointi tatu za maumivu zisizoweza kuepukika katika matumizi ya vitendo-usahihi, urekebishaji, na gharama-ambayo huunda uhusiano tata wa biashara.

II. Sehemu ya Maumivu ya 1: Usahihi—A Miss Ni Mzuri Kama Maili

Usahihi wa suluhisho huamua moja kwa moja ubora wa udhibiti wa magari. Ikiwa hitilafu ya angular ni kubwa mno, inaweza kusababisha msukosuko wa mwendo, kasi ya polepole, kelele isiyo ya kawaida, au hata matatizo makubwa kama vile kuongeza kasi isiyodhibitiwa au kushindwa kuwasha. Kwa bahati mbaya, kuhakikisha usahihi wa kisuluhishi ni mbali na moja kwa moja.

Kwanza, vyanzo vya makosa ni vingi na ngumu.  Hitilafu za usahihi wa kisuluhishi hutokana na viwango vitatu kuu: hitilafu za muundo (kama vile hitilafu ya quadrature na hitilafu ya amplitude), hitilafu za mchakato wa utengenezaji (kama vile hitilafu ya nafasi sifuri), na hitilafu za usakinishaji/utumiaji (kama vile hitilafu ya nafasi ya sifuri iliyosababishwa na usawaziko). Miongoni mwa haya, usawa wa usakinishaji ni tatizo la kawaida-wakati vituo vya rotor ya kutatua na stator hazifanani na kituo cha rotor ya motor, maadili ya kilele cha ishara za sine / cosine huwa haipatani kati ya nusu ya mzunguko, na kuathiri moja kwa moja usahihi wa kipimo. Zaidi ya hayo, mazingira ya joto la juu ndani ya injini huelekea kuzidisha masuala ya usawa.

Pili, usahihi huharibika kwa kasi kwa kasi ya juu.  Kadiri kasi za gari za EV zinavyoendelea kupanda, kizuizi cha kisuluhishi katika kasi ya juu ya mzunguko kinazidi kuonekana. Hivi sasa, kasi ya magari ya kawaida huanzia 16,000 hadi 21,000 rpm, na kupanda kwa majukwaa ya juu-voltage kusukuma kasi ya juu zaidi ya 30,000 rpm. Masafa ya ishara ya msisimko wa kisuluhishi kwa kawaida ni 10 kHz. Kwa kasi ya juu zaidi, idadi ya mizunguko ya msingi ya mawimbi iliyokamatwa inashuka kwa kasi-saa 20,000 rpm, ishara inayopatikana ni robo moja tu ya hiyo kwa 5,000 rpm. Ishara ya pembe iliyowekwa kisha inapotoka kwa kiasi kikubwa kutoka kwa pembe ya kweli. Vitatuzi vingi vya sasa vinahitaji usahihi wa angular ndani ya ±33′ (pembe ya mitambo, jozi 4 za nguzo), wakati mahitaji ya sekta ya usahihi wa juu tayari yamefikia ±22.5′.

Zaidi ya hayo, kuingiliwa kwa sumakuumeme ni muuaji mkuu wa usahihi.  Sehemu za sumaku za injini ya kasi ya juu yenyewe, pamoja na vitendo vya ubadilishaji wa IGBT katika kitengo cha kudhibiti umeme, hutoa kelele ya sumakuumeme inayoingilia njia ya upitishaji wa ishara ya kisuluhishi. Masafa ya msisimko ya kHz 10 ya kisuluhishi hutokea sanjari na masafa ya ubadilishaji wa IGBT, kwa hivyo kelele ya ubadilishaji wa IGBT inaweza kuathiri kwa urahisi wimbi la mtoa huduma asilia, na kusababisha upotoshaji katika mawimbi iliyopunguzwa na kudhalilisha zaidi usahihi wa angular.

III. Sehemu ya 2 ya Maumivu: Urekebishaji-Kila Motor Ni ya Kipekee

Ikiwa usahihi ni 'katiba' ya asili ya msuluhishi, basi urekebishaji ni 'urekebishaji mzuri' baada ya kuzaliwa. Kila kisuluhishi lazima kirekebishwe baada ya uzalishaji; vinginevyo, hata usahihi bora hauna maana.

Kwa nini calibration ni lazima?  Kitatuzi hupima pembe ya kimakanika, lakini udhibiti unaolenga uga wa injini unahitaji pembe ya umeme. Pembe ya kimakenika ya 0° ya kisuluhishi hailingani na pembe ya umeme ya nguzo ya 0° ya msuluhishi—kutokana na upangaji usioepukika na ustahimilivu wa kuunganisha, nafasi inayolinganishwa inatofautiana kutoka kwa injini hadi injini. Bila hesabu, mtawala huhesabu pembe isiyo sahihi. Kazi ya msingi ya urekebishaji ni rahisi: tambua suluhu isiyobadilika kati ya nafasi ya sifuri ya kisuluhishi na nafasi ya sifuri ya rota ya motor, iandike kwenye kidhibiti, na ufikie upatanishi sahihi wa sifuri.

Calibration yenyewe ni changamoto.  Urekebishaji wa kitamaduni unategemea utendakazi wa mikono—kutumia oscilloscope ili kuondoa kisuluhishi kwa mikono, jambo ambalo linatumia muda mwingi na mara nyingi si sahihi vya kutosha. Kadiri idadi ya uzalishaji inavyoongezeka, urekebishaji wa kiotomatiki wa mstarini umekuwa kawaida: injini imewekwa kwenye benchi ya majaribio, na kompyuta mwenyeji hutuma amri za urekebishaji ili kutafuta sifuri kiotomatiki. Hata hivyo, urekebishaji wa kiotomatiki pia unakabiliwa na matatizo: nyakati ndefu za urekebishaji na usahihi usiolingana. Baadhi ya fasihi za hataza zinaonyesha wazi kwamba mbinu zilizopo za urekebishaji za kisuluhishi cha sifuri zinakabiliwa na 'muda mrefu na usahihi duni.' Kuboresha ufanisi wa urekebishaji huku kuhakikisha usahihi ni tatizo la kivitendo kwenye mstari wa uzalishaji.

Usahihi wa urekebishaji pia unazuiliwa na vifaa vya kipimo.  Urekebishaji wa kipimo cha pembe tuli na dhabiti wa vitatuzi huhitaji vifaa vya marejeleo vya usahihi wa juu, kama vile majedwali ya mzunguko, gratiti za mduara na vikokotoo otomatiki vya fotoelectric. Vyombo hivi ni vya gharama, hivyo kuongeza uwekezaji katika urekebishaji. Katika miaka ya hivi karibuni, wachanganuzi wa suluhisho zilizojumuishwa ambazo huchanganya kazi za vyombo kadhaa vya jadi zimeibuka, na kupunguza gharama za vifaa kwa 70%. Hata hivyo, urekebishaji unasalia kuwa gharama kubwa ya muda na pesa katika utumaji maombi ya kisuluhishi.

IV. Sehemu ya 3 ya Maumivu: Gharama—Mchezo kutoka Yuan 400 hadi Yuan 100

Miongoni mwa pointi tatu za maumivu, gharama ndiyo yenye 'ukweli wa biashara' wa haraka zaidi.

Muundo wa gharama ya solver ni maalum.  Gharama za nyenzo zinaongozwa na karatasi za chuma za silicon. Kifaa hiki ni changamani kusanifu na ni vigumu kutengeneza, kikihusisha michakato inayohitaji nguvu kazi nyingi kama vile kukunja na kutengenezea, hivyo kufanya iwe vigumu kupunguza gharama kwa njia rahisi. Zaidi ya hayo, kisuluhishi kinahitaji chipu ya dekoda maalum (RDC, kibadilishaji kisuluhishi hadi dijitali) ili kuchakata mawimbi, ambayo huongeza gharama kubwa. Uzalishaji wa kila mwaka wa kila mwaka wa chip za vitatuzi vya ubora wa magari hufikia makumi ya mamilioni ya vitengo, na bei ya wastani ya mauzo ya takriban $3.6 kwa chip.

Hapo awali, soko hili lilitawaliwa kwa muda mrefu na makampuni ya kigeni.  Kabla ya ubadilishanaji wa ndani kuanza, vitambuzi vya visuluhishi vilivyoagizwa kutoka nje vinagharimu zaidi ya yuan 400 kwa kila uniti, hivyo kuongeza gharama za gari na kuacha minyororo ya ugavi kuwa hatarini. Katika miaka ya hivi karibuni, makampuni ya China kama vile Huaxuan Sensing yamepata mafanikio ya kimsingi ya kiteknolojia, yakipunguza bei ya vihisi kutoka zaidi ya yuan 400 hadi karibu yuan 100—robo moja tu ya bei ya awali. Visuluhishi vya ndani tayari vimeingia kwenye misururu ya ugavi ya watengenezaji otomatiki wakuu ikiwa ni pamoja na SAIC, BYD, Li Auto, na XPeng.

Kupunguza gharama kunaendelea.  Katika kipindi cha muongo mmoja uliopita, bei za kuuza bidhaa zimepungua kwa takriban 10% kila mwaka kwa wastani. Kupunguza gharama kunatokana na pande mbili kuu: kwanza, kuanzishwa kwa mitambo ya viwandani katika uzalishaji, kuongeza ufanisi wa kila mwaka kwa 20% na kupunguza gharama za utengenezaji; pili, kuhamisha nyenzo kutoka chuma cha silicon ya kiwango cha juu kutoka Nippon Steel ya Japan hadi vyuma vinavyopatikana nchini kutoka Baosteel na Shougang, kwa kutumia vibadala vya daraja la chini ambavyo hupunguza gharama ya nyenzo kwa 8% -10% kwa mwaka. Kwa kuongezea, suluhu za uwekaji usimbaji kulingana na programu zinajitokeza-kwa kutumia moduli za kidhibiti kidogo kilichojengwa ndani na algoriti za programu ili kusimbua mawimbi bila chip za avkodare maalum, na hivyo kukata gharama za maunzi kwa kiasi kikubwa. Baadhi ya miradi imepunguza gharama za BOM kutoka zaidi ya Dola za Marekani 15 hadi takriban Dola za Marekani 1.5.

V. Biashara Ngumu Kati ya Watatu

Usahihi, urekebishaji, na gharama sio huru; wanaingiliana na kulazimishana—kuboresha moja mara nyingi huja kwa gharama ya mwingine.

Kufuatia  usahihi wa hali ya juu  kwa kawaida huhitaji michakato ya utengenezaji iliyo sahihi zaidi, nyenzo bora zaidi, na miundo changamano zaidi—yote haya yanaelekeza kwenye  gharama kubwa zaidi . Wakati huo huo, kisuluhishi cha usahihi wa hali ya juu kinadai usahihi zaidi wa usakinishaji, ambayo huongeza ugumu na gharama ya  urekebishaji..

Kufuatilia  gharama za chini  kunaweza kulazimisha nyenzo 'kushusha hadhi' (km, kubadilisha ubora wa juu na chuma cha silicon cha kiwango cha chini) au kurahisisha michakato—ambayo inahatarisha  usahihi bila shaka . Kwenye mstari wa uzalishaji,  kuboresha ufanisi wa urekebishaji  (kupunguza gharama) kunaweza kutoa usahihi fulani wa urekebishaji, huku kuhakikisha usahihi wa urekebishaji kunahitaji muda na vifaa zaidi—tena kuongeza  gharama..

Hii inaunda aina ya 'pembetatu isiyowezekana': usahihi, ufanisi (urekebishaji), na gharama ni vigumu kuafikiwa kwa wakati mmoja.

Ndio maana tasnia imegundua suluhisho anuwai. Kwa mfano, mpango wa 'usahihi wa chini wa uunganishaji wa visuluhishi viwili' hutumia visuluhishi viwili vya gharama ya chini pamoja ili kufikia kipimo cha usahihi wa juu. Mbinu nyingine—usimbaji wa nafasi za sampuli mbili-tofauti—huboresha usahihi wa usimbaji nafasi kwa zaidi ya 80% bila kuongeza gharama ya maunzi. Pia, teknolojia ya kujifunzia binafsi ya kisuluhishi cha pembe-sifuri huruhusu kidhibiti kutambua kiotomatiki na kusahihisha vipunguzo sifuri. Majaribio haya yote yanajaribu kuvunja vizuizi vikali vya pembetatu.

VI. Mtazamo: Njia Mpya za Kuvunja Pembetatu

Kwa muda mrefu, pembetatu ya 'usahihi-urekebishaji-gharama' ya vitambuzi vya kitatuzi inafunguliwa hatua kwa hatua.

Kwa upande wa  usahihi , miundo mipya ya kisuluhishi cha magnetoresistive inaendelea kuboreshwa, huku baadhi ya bidhaa tayari zimeshughulikia kwa ufanisi suala la usahihi wa chini wa vitambuzi vya mkao katika injini za mwendo wa kasi, na hivyo kuimarisha kwa kiasi kikubwa kasi ya juu zaidi ya gari na usahihi wa udhibiti. Katika  urekebishaji , mbinu za fidia ya utabiri wa kubadilika kulingana na neural-mtandao na mifumo ya kiotomatiki ya urekebishaji inahamisha mchakato kutoka kwa 'uzoefu wa mwongozo' kuelekea 'mifumo inayoendeshwa na data'. Katika  gharama , wimbi la uingizwaji wa ndani halijaisha— ujanibishaji wa nyenzo, uwekaji otomatiki wa mchakato, na usimbaji kulingana na programu unaendelea sambamba, na hivyo kuacha nafasi zaidi ya kupunguza gharama.

Hadithi ya vitambuzi vya kisuluhishi kimsingi ni kiini kidogo cha safari ya tasnia ya magari mapya kutoka 'inayofanya kazi' hadi 'bora' hadi 'inayoweza kumudu.' Ubadilishanaji kati ya usahihi, urekebishaji, na gharama hauna jibu kamili—pekee makadirio ya karibu zaidi kupitia uboreshaji wa uhandisi bila kuchoka. Na hiyo, kwa hakika, ndiyo haiba ya kweli ya maendeleo ya kiteknolojia.