【導讀】現代汽車(chē)集成了越來(lái)越多的技術(shù)和系統來(lái)輔助駕駛，測量汽車(chē)的角運動(dòng)或旋轉因此變得越來(lái)越重要。為了精簡(jiǎn)用戶(hù)接口的數量，許多汽車(chē)都通過(guò)單個(gè)旋鈕選擇器來(lái)實(shí)現系統選項控制。與此同時(shí)，很多之前的手動(dòng)功能（例如座椅位置調節、關(guān)門(mén)和尾門(mén)機械裝置）也逐步電動(dòng)化。實(shí)現這些功能都需要控制電機的旋轉、位置和速度。在這些應用領(lǐng)域，磁性角度傳感器被用來(lái)提供高度可靠且無(wú)接觸的角度、旋轉位置或速度測量。本文介紹了MPS的MagAlpha MAQ470和 MAQ430汽車(chē)級角度傳感器在這個(gè)領(lǐng)域中的應用。
現代車(chē)輛可以為駕駛員提供娛樂(lè )、通信、導航和引擎系統的電子控制功能，車(chē)輛因此變得愈加復雜。而用戶(hù)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(chē)輛會(huì )采用單個(gè)中央旋轉控件，滾動(dòng)顯示車(chē)內各系統的面板菜單并進(jìn)行選擇。這個(gè)用戶(hù)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(lái)保證較長(cháng)的使用壽命。機械或電位計旋轉開(kāi)關(guān)存在機械磨損的問(wèn)題，而且易受環(huán)境因素（例如潮氣或灰塵侵入）的影響而導致早期故障。而磁性角度傳感器為非接觸式，可以提供高度可靠的旋轉位置檢測。他們還可以在按下或拉起選擇旋鈕時(shí)測量磁場(chǎng)強度的變化，從而代替機械按鈕。
一些最新的高級用戶(hù)接口還可以針對所選的特定功能通過(guò)旋鈕提供觸覺(jué)反饋。例如，在電話(huà)接口模式下，數字0-9的選擇被電氣轉換為10個(gè)固定的旋鈕凹齒。而音量控制模式有更多的小齒，以便在轉動(dòng)旋鈕時(shí)產(chǎn)生平滑的齒輪感。這種觸覺(jué)系統采用鏈接至選擇器旋鈕的電機或螺管線(xiàn)圈在步長(cháng)之間調節機械閾值。他們需要結合所選功能進(jìn)行角度感應和轉速測量，以控制凹齒的數量和反饋給用戶(hù)的觸覺(jué)效果。
MAQ470提供了許多便捷的接口來(lái)讀取角度位置信息并檢測速度或旋轉方向（見(jiàn)圖1）。它通過(guò)SPI / SSI或PWM接口以12位（3-sigma）精度輸出絕對旋轉角度信息。而PWM信號還可以在外部進(jìn)一步濾波轉換為模擬電壓，以模擬電位計系統。 MAQ470還提供了可編程脈沖計數的ABZ正交增量編碼器接口，以提供速度和旋轉方向信息，用于實(shí)現滾動(dòng)菜單顯示或調整音量控制功能。MAQ470提供了8個(gè)可編程的磁場(chǎng)閾值，用來(lái)檢測磁體和傳感器之間距離的變化，從而通過(guò)非接觸式按鈕來(lái)選擇功能（參見(jiàn)圖2）。 MAQ470可以在30mT至150mT的寬磁場(chǎng)范圍內工作。其8個(gè)閾值以大約15mT的步長(cháng)調節。
圖1：MAQ470磁性角度傳感器功能框圖
圖2：帶按鈕的旋鈕示例
電機在現代汽車(chē)中的應用迅速增加，它們不僅可以提高動(dòng)力傳動(dòng)系統的性能和效率，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節、空調混合設置、彈出式門(mén)把手，以及用于車(chē)門(mén)、天篷和尾門(mén)的電動(dòng)輔助結構，如圖3所示。隨著(zhù)大型車(chē)輛（例如SUV）的普及，因為尺寸和重量的原因，其車(chē)門(mén)和尾門(mén)的開(kāi)關(guān)也逐漸電動(dòng)化。除了感應車(chē)門(mén)或尾門(mén)的完全打開(kāi)或關(guān)閉，系統還需要符合安全要求，要能夠感應到是否有障礙物（例如駕駛員的手）卡住，并迅速停止或倒轉電機驅動(dòng)器，以避免造成傷害。這些都要求快速反饋電機轉速的細微變化。從這方面來(lái)說(shuō)， MAQ430等傳感器實(shí)現了兩個(gè)功能。首先，它可以通過(guò)SPI / SSI總線(xiàn)或ABZ增量編碼器接口監測絕對角度、速度、方向或轉數（請參見(jiàn)圖4）。其次，對于無(wú)刷電機系統， MAQ430傳感器可以模擬傳統的3霍爾傳感器UVW換向信號，以通知電機驅動(dòng)器何時(shí)為各相繞組通電。通過(guò)添加 MAQ430傳感器，可以實(shí)現全無(wú)刷伺服電機。汽車(chē)中的此類(lèi)電機有時(shí)也稱(chēng)為緊湊型無(wú)刷電機控制器（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(lèi)電機控制器設計中，尺寸通常很關(guān)鍵，它可以最小化車(chē)輛重量并滿(mǎn)足嚴格的機械結構限制。 MAQ470或MAQ430采用小尺寸QFN（3mmx3mm）封裝，在同軸拓撲中，典型的盤(pán)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)濟效益。
這些傳感器還可以在多種磁體和傳感器位置拓撲結構下運行。除了常見(jiàn)的同軸磁體位置以外， MAQ470和MAQ430還支持兩種類(lèi)型的側軸配置（請參見(jiàn)圖5）。
圖5：MAQ430 / MAQ 470磁性角度傳感器磁感應拓撲
側軸配置增加了可選的機械選件，并使設計更加緊湊。對于需要冗余以確保安全的系統，側軸模式還允許將兩個(gè)傳感器圍繞磁體軸線(xiàn)相對于彼此布置在90°或180°的位置。
對于不需要絕對位置的應用，可以采用多極環(huán)形磁體來(lái)提高傳感器的有效分辨率。傳感器檢測磁環(huán)上每個(gè)磁極對的360°磁旋轉。 例如，在電機換向應用中，磁環(huán)上的極數可以與轉子的極數匹配。傳感器可以存儲可調偏移量，這樣，在電機生產(chǎn)期間，傳感器磁極可以與轉子磁極對齊。
MAQ470和 MAQ430磁性角度傳感器均符合AECQ 等級1標準，并支持-40至+ 125°C的工作溫度，可以滿(mǎn)足上述典型的汽車(chē)座艙和車(chē)身系統要求。這些器件采用16引腳QFN 3mmx3mm塑料封裝，側面鍍錫以輔助生產(chǎn)焊點(diǎn)檢查。
MagAlpha MAQ470和 MAQ430傳感器提供了高度可靠且無(wú)接觸的方法來(lái)測量汽車(chē)系統中的角度、位置和速度。其尺寸緊湊、角度輸出格式多樣、磁體位置拓撲靈活，可以輕松實(shí)現經(jīng)濟高效的角度傳感器和電機控制器。
來(lái)源：MPS，作者：Dave Baker, MPS Sensor Division
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