運(yùn)動(dòng)控制引領(lǐng)汽車(chē)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(pán)控制器件的定制電機(jī)控制外設(shè)。這些底盤(pán)控制器件能夠驅(qū)動(dòng)帶電流測(cè)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(guò)改進(jìn)控制信號(hào)來(lái)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(cè)，許多低端至中端汽車(chē)設(shè)計(jì)將采用電子控制系統(tǒng)來(lái)控制IC引擎和牽引電機(jī)。“我們新的55nm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(chē)設(shè)計(jì)使用。”他指出。

　　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(chē)以及其它非汽車(chē)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(chē)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(yíng)銷(xiāo)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(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的ISO 26262功能性安全標(biāo)準(zhǔn)，TI公司認(rèn)為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)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?！盩I公司安全MCU部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)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(hù)的前代系統(tǒng)使用C2000實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。針對(duì)下一代系統(tǒng)，這位用戶(hù)將增加TMS470M?！袄纾虚W存都有ECC(糾錯(cuò)碼)保護(hù)功能，因此它能檢測(cè)單個(gè)比特錯(cuò)誤，并實(shí)時(shí)進(jìn)行糾正?！睋?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(chē)和電動(dòng)汽車(chē)用的電機(jī)控制產(chǎn)品。例如，Microsemi公司產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Minal Sawent指出，Microsemi公司已經(jīng)從最近收購(gòu)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(kāi)發(fā)套件有助于用戶(hù)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(méi)有獲得汽車(chē)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(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)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(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)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(duì)電池尺寸有直接影響。”英飛凌科技公司(Infineon)混合與電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Carl Bonfiglio指出。

　　Bonfiglio發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)制造商對(duì)更高功率電平的要求已經(jīng)達(dá)到頂峰?！拔覀儾徽J(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硎尽?P>　　在加州阿納海姆市舉行的SAE2011混合動(dòng)力汽車(chē)討論會(huì)暨電動(dòng)汽車(chē)討論會(huì)的演講中，英飛凌公司汽車(chē)事業(yè)部總裁Jochen Hanebeck介紹了在未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)與混合動(dòng)力汽車(chē)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(zhǎng)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(duì)系統(tǒng)有很大的好處?，F(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)?！霸谠\斷要求不是太高的場(chǎng)合，業(yè)界一般采用面向工業(yè)電機(jī)控制開(kāi)發(fā)的柵極驅(qū)動(dòng)器。”Bonfiglio指出。

　　僅車(chē)載診斷(OBD)要求就足以推動(dòng)這些進(jìn)步。通過(guò)修改和完善，目前的方法可以經(jīng)過(guò)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(kāi)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(shì)，包括為更大的SUV汽車(chē)提供足夠的功率和扭矩，節(jié)省車(chē)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(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的感應(yīng)控制很感興趣。這種混合動(dòng)力汽車(chē)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)。”Jones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(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的過(guò)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(shì)，包括更大的功率密度、更低的開(kāi)關(guān)損耗、更高的工作頻率和更高的工作溫度。”Jones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(lái)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)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(jí)電容受益的汽車(chē)系統(tǒng)之一，這種超級(jí)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(jí)電容，你就真正擁有了一個(gè)在電池和超級(jí)電容之間混用的能量系統(tǒng)?！盩orrey表示，“超級(jí)電容可以支持這種功率。”

正確的方向

　　汽車(chē)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(zhǎng)電動(dòng)行駛距離和更長(zhǎng)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?，千里之行始于足下，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(chē)市場(chǎng)仍處于初級(jí)階段?！盇nsys公司的Stanton表示，“對(duì)我來(lái)說(shuō)就像是100年前汽車(chē)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(chē)市場(chǎng)出售電機(jī)和設(shè)計(jì)的汽車(chē)修理人員?！?P>