運(yùn)動(dòng)控制引領(lǐng)汽車發(fā)展新方向

　　飛思卡爾的下一代55nm微控制器有望集成源自底盤控制器件的定制電機(jī)控制外設(shè)。這些底盤控制器件能夠驅(qū)動(dòng)帶電流測量與控制功能的三相電機(jī)，并將這些功能與高吞吐量微處理器和大內(nèi)存?zhèn)鲃?dòng)系結(jié)合在一起。Rober希望這些改變可以通過改進(jìn)控制信號來提高系統(tǒng)的可控性，并允許更高復(fù)雜度的電機(jī)控制算法，進(jìn)而降低成本。

　　Rober預(yù)測，許多低端至中端汽車設(shè)計(jì)將采用電子控制系統(tǒng)來控制IC引擎和牽引電機(jī)?！拔覀冃碌?5nm微控制器集內(nèi)存、吞吐量和控制外設(shè)于一身，非常適合這些汽車設(shè)計(jì)使用?！彼赋觥?P>　　德州儀器(TI)發(fā)現(xiàn)最近推出的雙子系統(tǒng)C2000 Concerto微控制器可在混合動(dòng)力汽車以及其它非汽車應(yīng)用中發(fā)揮重要使用。該系列微控制器整合了C28x內(nèi)核和ARM Cortex-M3內(nèi)核，是實(shí)時(shí)控制和連接的理想之選。

　　“C2000在汽車控制和數(shù)字電機(jī)控制中總是扮演著重要角色?！盩I公司C2000 MCUU營銷經(jīng)理Michael Wei表示，“鑒于我們擁有的能力，我們的價(jià)值在交流感應(yīng)設(shè)計(jì)得到了真正體現(xiàn)?！?P>　　根據(jù)為汽車系統(tǒng)開發(fā)的ISO 26262功能性安全標(biāo)準(zhǔn)，TI公司認(rèn)為未來電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車電機(jī)控制中的一大變化是更加全面的安全要求。

　　“TMS470M可以與起牽引電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)作用的C2000實(shí)現(xiàn)完美配合。”TI公司安全MCU部門營銷經(jīng)理Anthony Vaughan表示。

　　在這種架構(gòu)中，TMS470M提供安全功能。有位用戶的前代系統(tǒng)使用C2000實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。針對下一代系統(tǒng)，這位用戶將增加TMS470M?！袄?，所有閃存都有ECC(糾錯(cuò)碼)保護(hù)功能，因此它能檢測單個(gè)比特錯(cuò)誤，并實(shí)時(shí)進(jìn)行糾正。”據(jù)Vaughan介紹。

　　傳動(dòng)系所用產(chǎn)品的供應(yīng)商完全可以增加混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車用的電機(jī)控制產(chǎn)品。例如，Microsemi公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Minal Sawent指出，Microsemi公司已經(jīng)從最近收購Actel中獲得經(jīng)AEC Q100認(rèn)證的、為傳動(dòng)系應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

　　最新的SmartFusion產(chǎn)品包含了一款集成有硬ARM Cortex-M3和可編程模擬技術(shù)的FPGA。電機(jī)控制開發(fā)套件有助于用戶演示該產(chǎn)品在電機(jī)控制應(yīng)用方面的性能。雖然這些產(chǎn)品目前還沒有獲得汽車行業(yè)認(rèn)證，但這種認(rèn)證已經(jīng)成為Microsemi公司今后的追求目標(biāo)。

圖4：英飛凌電機(jī)控制模塊圖定義了電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中關(guān)鍵高層元件間的關(guān)系。

實(shí)際功率

　　逆變器中的功率半導(dǎo)體器件直接連接電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車中的永磁、感應(yīng)或其它電機(jī)。逆變器獲取電池中的直流能量，然后將這種能量轉(zhuǎn)換為運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)所需的交流能量。

　　“提高逆變器效率對電池尺寸有直接影響?！庇w凌科技公司(Infineon)混合與電動(dòng)汽車技術(shù)部門營銷經(jīng)理Carl Bonfiglio指出。

　　Bonfiglio發(fā)現(xiàn)，汽車制造商對更高功率電平的要求已經(jīng)達(dá)到頂峰。“我們不認(rèn)為他們能繼續(xù)提高逆變器的輸出功率，因此現(xiàn)在的目標(biāo)是縮小逆變器尺寸?！彼硎?。

　　在加州阿納海姆市舉行的SAE2011混合動(dòng)力汽車討論會暨電動(dòng)汽車討論會的演講中，英飛凌公司汽車事業(yè)部總裁Jochen Hanebeck介紹了在未來電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域中 功率半導(dǎo)體技術(shù)有望產(chǎn)生的許多變化。

　　與目前工作在200℃結(jié)點(diǎn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)相比，Hanebeck認(rèn)為在相同使用時(shí)間條件下每單位硅片面積可以增加60%以上的輸出功率，或者在相同輸出功率條件下每單位硅片面積可延長500%以上的使用時(shí)間。另外一種好處是，在相同使用時(shí)間和輸出功率條件下硅片面積可以減少40%以上，并且具有更強(qiáng)的溫度冷卻功能，甚至可以取消低溫散熱器(圖5)。

圖5：隨著封裝和硅技術(shù)的發(fā)展，英飛凌希望其電源模塊能輸出更大的功率，同時(shí)仍具有30年的使用壽命。

　　柵極驅(qū)動(dòng)IC的改進(jìn)對系統(tǒng)有很大的好處。現(xiàn)在的情況是能夠快速診斷不同的故障條件，然后采取措施，并與主要的微控制器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)正確的響應(yīng)。“在診斷要求不是太高的場合，業(yè)界一般采用面向工業(yè)電機(jī)控制開發(fā)的柵極驅(qū)動(dòng)器?！盉onfiglio指出。

　　僅車載診斷(OBD)要求就足以推動(dòng)這些進(jìn)步。通過修改和完善，目前的方法可以經(jīng)過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)更低的成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。

　　TT electronics公司為Protean Electric公司的輪內(nèi)電機(jī)開發(fā)了定制的微型逆變器/模塊。TT electronics公司全球技術(shù)部總監(jiān)Steve Jones認(rèn)為集成式輪內(nèi)電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有巨大優(yōu)勢，包括為更大的SUV汽車提供足夠的功率和扭矩，節(jié)省車輛內(nèi)的乘用空間等。他還看好交流電機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)。

　　“人們對混合動(dòng)力汽車的感應(yīng)控制很感興趣。這種混合動(dòng)力汽車在城市內(nèi)用電力驅(qū)動(dòng)，在其它地方則使用內(nèi)燃機(jī)?！盝ones表示，“這種改進(jìn)可以很快完成，因而能很快上市?！?P>　　TT electronics公司在為電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車市場開發(fā)新產(chǎn)品的過程中實(shí)現(xiàn)了多種新技術(shù)?！笆褂肧iC器件和兼容封裝可提供諸多應(yīng)用優(yōu)勢，包括更大的功率密度、更低的開關(guān)損耗、更高的工作頻率和更高的工作溫度?！盝ones表示。

　　交流電機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的半導(dǎo)體器件當(dāng)然不是推動(dòng)未來電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車發(fā)展的唯一潛在變化。Ioxus有限公司工程技術(shù)副總裁Dave Torrey認(rèn)為，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是可以從超級電容受益的汽車系統(tǒng)之一，這種超級電容可以在加速狀態(tài)下補(bǔ)充電池電壓。

　　“如果你使用超級電容，你就真正擁有了一個(gè)在電池和超級電容之間混用的能量系統(tǒng)?！盩orrey表示，“超級電容可以支持這種功率?！?P>正確的方向

　　汽車制造商正在努力向兩次充電之間實(shí)現(xiàn)更低燃油消耗、更長電動(dòng)行駛距離和更長時(shí)間的方向發(fā)展。因此，他們需要得到擁有關(guān)鍵技術(shù)的各家供應(yīng)商的幫助?？傊Ю镏惺加谧阆?，只要邁出第一步，就有成功的希望。

　　“我發(fā)現(xiàn)整個(gè)混合動(dòng)力汽車市場仍處于初級階段?！盇nsys公司的Stanton表示，“對我來說就像是100年前汽車產(chǎn)業(yè)的啟蒙時(shí)期。你所擁有的是這些小型供應(yīng)商和OEM以及試圖向汽車市場出售電機(jī)和設(shè)計(jì)的汽車修理人員。”