【導(dǎo)讀】現(xiàn)代汽車集成了越來越多的技術(shù)和系統(tǒng)來輔助駕駛，測(cè)量汽車的角運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)因此變得越來越重要。為了精簡(jiǎn)用戶接口的數(shù)量，許多汽車都通過單個(gè)旋鈕選擇器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)選項(xiàng)控制。與此同時(shí)，很多之前的手動(dòng)功能（例如座椅位置調(diào)節(jié)、關(guān)門和尾門機(jī)械裝置）也逐步電動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)這些功能都需要控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)、位置和速度。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，磁性角度傳感器被用來提供高度可靠且無接觸的角度、旋轉(zhuǎn)位置或速度測(cè)量。本文介紹了MPS的MagAlpha MAQ470和 MAQ430汽車級(jí)角度傳感器在這個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
現(xiàn)代車輛可以為駕駛員提供娛樂、通信、導(dǎo)航和引擎系統(tǒng)的電子控制功能，車輛因此變得愈加復(fù)雜。而用戶接口必須非常簡(jiǎn)潔，才能保持駕駛座艙的整潔，并避免駕駛員分心。通常，車輛會(huì)采用單個(gè)中央旋轉(zhuǎn)控件，滾動(dòng)顯示車內(nèi)各系統(tǒng)的面板菜單并進(jìn)行選擇。這個(gè)用戶接口在每次駕駛中都會(huì)被用到，因此需要高可靠性的解決方案來保證較長(zhǎng)的使用壽命。機(jī)械或電位計(jì)旋轉(zhuǎn)開關(guān)存在機(jī)械磨損的問題，而且易受環(huán)境因素（例如潮氣或灰塵侵入）的影響而導(dǎo)致早期故障。而磁性角度傳感器為非接觸式，可以提供高度可靠的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)。他們還可以在按下或拉起選擇旋鈕時(shí)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，從而代替機(jī)械按鈕。
一些最新的高級(jí)用戶接口還可以針對(duì)所選的特定功能通過旋鈕提供觸覺反饋。例如，在電話接口模式下，數(shù)字0-9的選擇被電氣轉(zhuǎn)換為10個(gè)固定的旋鈕凹齒。而音量控制模式有更多的小齒，以便在轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí)產(chǎn)生平滑的齒輪感。這種觸覺系統(tǒng)采用鏈接至選擇器旋鈕的電機(jī)或螺管線圈在步長(zhǎng)之間調(diào)節(jié)機(jī)械閾值。他們需要結(jié)合所選功能進(jìn)行角度感應(yīng)和轉(zhuǎn)速測(cè)量，以控制凹齒的數(shù)量和反饋給用戶的觸覺效果。
MAQ470提供了許多便捷的接口來讀取角度位置信息并檢測(cè)速度或旋轉(zhuǎn)方向（見圖1）。它通過SPI / SSI或PWM接口以12位（3-sigma）精度輸出絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度信息。而PWM信號(hào)還可以在外部進(jìn)一步濾波轉(zhuǎn)換為模擬電壓，以模擬電位計(jì)系統(tǒng)。 MAQ470還提供了可編程脈沖計(jì)數(shù)的ABZ正交增量編碼器接口，以提供速度和旋轉(zhuǎn)方向信息，用于實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)菜單顯示或調(diào)整音量控制功能。MAQ470提供了8個(gè)可編程的磁場(chǎng)閾值，用來檢測(cè)磁體和傳感器之間距離的變化，從而通過非接觸式按鈕來選擇功能（參見圖2）。 MAQ470可以在30mT至150mT的寬磁場(chǎng)范圍內(nèi)工作。其8個(gè)閾值以大約15mT的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)。
圖1：MAQ470磁性角度傳感器功能框圖
圖2：帶按鈕的旋鈕示例
電機(jī)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用迅速增加，它們不僅可以提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的性能和效率，而且可以將以前的手動(dòng)功能自動(dòng)化，從而提高駕駛員的便利性和舒適性。這些手動(dòng)功能包括座椅位置調(diào)節(jié)、空調(diào)混合設(shè)置、彈出式門把手，以及用于車門、天篷和尾門的電動(dòng)輔助結(jié)構(gòu)，如圖3所示。隨著大型車輛（例如SUV）的普及，因?yàn)槌叽绾椭亓康脑?，其車門和尾門的開關(guān)也逐漸電動(dòng)化。除了感應(yīng)車門或尾門的完全打開或關(guān)閉，系統(tǒng)還需要符合安全要求，要能夠感應(yīng)到是否有障礙物（例如駕駛員的手）卡住，并迅速停止或倒轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以避免造成傷害。這些都要求快速反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的細(xì)微變化。從這方面來說， MAQ430等傳感器實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能。首先，它可以通過SPI / SSI總線或ABZ增量編碼器接口監(jiān)測(cè)絕對(duì)角度、速度、方向或轉(zhuǎn)數(shù)（請(qǐng)參見圖4）。其次，對(duì)于無刷電機(jī)系統(tǒng)， MAQ430傳感器可以模擬傳統(tǒng)的3霍爾傳感器UVW換向信號(hào)，以通知電機(jī)驅(qū)動(dòng)器何時(shí)為各相繞組通電。通過添加 MAQ430傳感器，可以實(shí)現(xiàn)全無刷伺服電機(jī)。汽車中的此類電機(jī)有時(shí)也稱為緊湊型無刷電機(jī)控制器（CBA）。
圖3：電動(dòng)和自動(dòng)化控制
圖4：MAQ430磁性角度傳感器功能框圖
在這類電機(jī)控制器設(shè)計(jì)中，尺寸通常很關(guān)鍵，它可以最小化車輛重量并滿足嚴(yán)格的機(jī)械結(jié)構(gòu)限制。 MAQ470或MAQ430采用小尺寸QFN（3mmx3mm）封裝，在同軸拓?fù)渲?，典型的盤式磁體尺寸僅為3mm（直徑） x 2mm（高度），這使得解決方案緊湊且具經(jīng)濟(jì)效益。
這些傳感器還可以在多種磁體和傳感器位置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下運(yùn)行。除了常見的同軸磁體位置以外， MAQ470和MAQ430還支持兩種類型的側(cè)軸配置（請(qǐng)參見圖5）。
圖5：MAQ430 / MAQ 470磁性角度傳感器磁感應(yīng)拓?fù)?/p>
側(cè)軸配置增加了可選的機(jī)械選件，并使設(shè)計(jì)更加緊湊。對(duì)于需要冗余以確保安全的系統(tǒng)，側(cè)軸模式還允許將兩個(gè)傳感器圍繞磁體軸線相對(duì)于彼此布置在90°或180°的位置。
對(duì)于不需要絕對(duì)位置的應(yīng)用，可以采用多極環(huán)形磁體來提高傳感器的有效分辨率。傳感器檢測(cè)磁環(huán)上每個(gè)磁極對(duì)的360°磁旋轉(zhuǎn)。 例如，在電機(jī)換向應(yīng)用中，磁環(huán)上的極數(shù)可以與轉(zhuǎn)子的極數(shù)匹配。傳感器可以存儲(chǔ)可調(diào)偏移量，這樣，在電機(jī)生產(chǎn)期間，傳感器磁極可以與轉(zhuǎn)子磁極對(duì)齊。
MAQ470和 MAQ430磁性角度傳感器均符合AECQ 等級(jí)1標(biāo)準(zhǔn)，并支持-40至+ 125°C的工作溫度，可以滿足上述典型的汽車座艙和車身系統(tǒng)要求。這些器件采用16引腳QFN 3mmx3mm塑料封裝，側(cè)面鍍錫以輔助生產(chǎn)焊點(diǎn)檢查。
MagAlpha MAQ470和 MAQ430傳感器提供了高度可靠且無接觸的方法來測(cè)量汽車系統(tǒng)中的角度、位置和速度。其尺寸緊湊、角度輸出格式多樣、磁體位置拓?fù)潇`活，可以輕松實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的角度傳感器和電機(jī)控制器。
來源：MPS，作者：Dave Baker, MPS Sensor Division
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