ADI公司(ADI)提供磁阻(MR)位置傳感器產(chǎn)品和基于分流器的電流檢測(cè)放大器產(chǎn)品，它們可使EPS和電子制動(dòng)系統(tǒng)中使用的無(wú)刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能換相和安全運(yùn)行。

 

簡(jiǎn)介

 

近年來(lái)，因?yàn)槿藗兏又匾曁岣哕囕v安全，所以主動(dòng)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)不斷得到發(fā)展和推廣，它是對(duì)依賴安全氣囊來(lái)保護(hù)駕駛員和乘客安全的傳統(tǒng)被動(dòng)系統(tǒng)的一種補(bǔ)充。這些新出現(xiàn)的系統(tǒng)最初是為了幫助駕駛員在安全危急情況下做出正確決策，從長(zhǎng)期而言，則是替代駕駛員做出決策。這些技術(shù)進(jìn)步 也引領(lǐng)著汽車朝向半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)變。讓電子控制單元(ECU)代替駕駛員做出決策，讓執(zhí)行器負(fù)責(zé)進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)操作，如此，將駕駛車輛的任務(wù)移交給傳感器、ECU和電子執(zhí)行器。這一趨勢(shì)推動(dòng)我們開始開發(fā)更可靠、更智能、性能更高的冗余電子執(zhí)行器解決方案，這些解決方案需要符合ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)。這是一項(xiàng)基于風(fēng)險(xiǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)危險(xiǎn)操作情況的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性評(píng)估，并在組件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中融入安全措施，以避免或管控系統(tǒng)故障，以及檢測(cè)或控制隨機(jī)出現(xiàn)的硬件故障或減輕其影響。這些執(zhí)行器系統(tǒng)通常使用無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于這些系統(tǒng)對(duì)安全性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)解決方案的硬件和軟件時(shí)，必須保證系統(tǒng)能夠滿足汽車安全完整性等級(jí)(ASIL) D級(jí)的高標(biāo)準(zhǔn)。

 

BLDC電機(jī)換相和控制

 

顧名思義，無(wú)刷直流電機(jī)沒有電刷觸點(diǎn)，需要使用電機(jī)位置傳感器(MPS)來(lái)測(cè)量定子與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置，以確保定子線圈按正確順序通電。電機(jī)位置傳感器在啟動(dòng)時(shí)至關(guān)重要，因?yàn)榇藭r(shí)微控制器沒有可用的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置。

 

傳統(tǒng)上，阻塞換相（見圖1a）由三個(gè)霍爾開關(guān)組成，用于指示無(wú)刷直流電機(jī)中轉(zhuǎn)子的位置。由于人們要求提高BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（包括EPS系統(tǒng)）的性能，尤其是降低其噪聲、振動(dòng)和不平順性(NVH)，以及提高其運(yùn)行效率，所以阻塞換相逐步被正弦換相控制取代?；魻栭_關(guān)則可由安裝在電機(jī)軸末端的雙極磁鐵前面 的MR角度傳感器代替（見圖1b）。在典型的應(yīng)用中MPS也被安裝在ECU總成上，ECU則被集成到電機(jī)外殼中，并且安裝在電機(jī)軸的末端。

 

圖1. (a) BLDC阻塞換相控制和(b) BLDC正弦換相控制。

 

安全關(guān)鍵應(yīng)用的功能安全（示例EPS）

ISO 26262于2011年引入，作為一種安全標(biāo)準(zhǔn)，用于解決與電氣安全相關(guān)的系統(tǒng)故障可能造成的危害，之后被2018年版取代。

 

必須對(duì)系統(tǒng)實(shí)施安全和風(fēng)險(xiǎn)分析，以確定系統(tǒng)的ASIL等級(jí)。ASIL等級(jí)是通過審查系統(tǒng)在運(yùn)行期間潛在危險(xiǎn)的嚴(yán)重程度、暴露程度和可控性來(lái)確定的（見圖2）。

 

圖2. ISO 26262 ASIL評(píng)級(jí)矩陣。

 

例如，如果我們對(duì)EPS系統(tǒng)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)和危害分析，可能會(huì)得出以下結(jié)論：基于這些事件（例如轉(zhuǎn)向卡滯和自動(dòng)轉(zhuǎn)向等）的嚴(yán)重程度、可控性和暴露性，將這些嚴(yán)重事件評(píng)定為ASIL D等級(jí)。同樣，對(duì)于即將推出的電子制動(dòng)系統(tǒng)，可以采用同樣的邏輯確定不可控事件的嚴(yán)重程度，如制動(dòng)卡滯或自動(dòng)制動(dòng)。

 

根據(jù)EPS或制動(dòng)系統(tǒng)示例，ASIL D系統(tǒng)的評(píng)級(jí)可以通過分解子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3a、圖3b和圖3c所示。

 

圖3. 針對(duì)ASIL D系統(tǒng)的ASIL分解方案。

 

并不要求每個(gè)系統(tǒng)組件都按照ASIL D標(biāo)準(zhǔn)和流程進(jìn)行開發(fā)，以使ASIL D系統(tǒng)合規(guī)；但是，在進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的審核時(shí)，要求整個(gè)系統(tǒng)必須滿足要求，并且可以集成QM、ASIL A、B、C、D級(jí)別的子組件作為系統(tǒng)的組成部分。

 

系統(tǒng)分解還應(yīng)該確保充分的獨(dú)立性，并考慮到依賴或共因故障的可能性。

 

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