運(yùn)動(dòng)控制將汽車(chē)發(fā)展推往新方向(下)

　　瑞薩業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Amrit Vivekanand觀察到了第一代電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)正顯著向著第二代設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移。Vivekanand 說(shuō)，“第一代設(shè)計(jì)中，成本對(duì)于汽車(chē)廠商來(lái)說(shuō)不是太大問(wèn)題，雖然也一直是個(gè)問(wèn)題。那時(shí)候產(chǎn)量較小，面市時(shí)間、打造環(huán)保的形象更重要。這些系統(tǒng)不是為馬達(dá)控制優(yōu)化的，更別提混合動(dòng)力車(chē)應(yīng)用了?！?/P>

　　2016-2018年將是一個(gè)新的時(shí)代，行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)朝著更大眾市場(chǎng)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。這使得汽車(chē)廠商不得不問(wèn)一些跟系統(tǒng)有關(guān)的問(wèn)題。Vivekanand問(wèn)到：“如何降低成本？如何提高效率？如何降低電池的尺寸？如何盡可能高效地轉(zhuǎn)換能量？”

　　Vivekanand注意到第一代到第二代計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)策略方面有了顯著的變化。他說(shuō)，“第一代全部是關(guān)于安全控制馬達(dá)，這是首要的關(guān)注點(diǎn)，但現(xiàn)在已經(jīng)變成了效率的問(wèn)題?，F(xiàn)在，馬達(dá)控制已經(jīng)非常成熟，可以確保能量轉(zhuǎn)化效率，解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)折衷的問(wèn)題?！?/P>

　　飛思卡爾半導(dǎo)體為一級(jí)供應(yīng)商和OEM提供用于馬達(dá)控制的微控制器技術(shù)。飛思卡爾半導(dǎo)體微控制器不恩運(yùn)營(yíng)經(jīng)理 Steven Rober說(shuō)，“現(xiàn)在為止，飛思卡爾和其他廠商一直在重用那些用于懸架控制和動(dòng)力總成中微控制器設(shè)計(jì)?！蔽磥?lái)，飛思卡爾計(jì)劃采用更加全面的系統(tǒng)方案。

　　飛思卡爾下一代55nm的微控制器將支持相關(guān)的定制外圍設(shè)備，確保能夠通過(guò)電流測(cè)試和控制驅(qū)動(dòng)三項(xiàng)馬達(dá)懸架來(lái)控制設(shè)備，并把這些能力和動(dòng)力總成的高輸出微指令和高存儲(chǔ)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)。Rober希望這些變化能夠提升控制信號(hào)，兼容更復(fù)雜的控制算法，改進(jìn)系統(tǒng)的可控性并降低成本。

　　Rober預(yù)計(jì)，很多低端和中端汽車(chē)都會(huì)采用電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以控制IC引擎和牽引馬達(dá)。他說(shuō)，“我們55nm微控制器正在結(jié)合存儲(chǔ)、吞吐量和控制外圍器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)。”TI最近也發(fā)布了用于混合動(dòng)力車(chē)和非汽車(chē)應(yīng)用的雙子系統(tǒng)C2000 Concerto微控制器，這一系列結(jié)合了C28x內(nèi)核和ARM Cortex-M3訥河，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和連接。

　　TI C2000 MCU市場(chǎng)經(jīng)理Michael Wei表示，C2000在汽車(chē)控制和數(shù)字馬達(dá)控制方面扮演著重要角色。“我們的價(jià)值來(lái)自交流感應(yīng)馬達(dá)，我們有這樣的能力?！?/P>

　　TI認(rèn)為電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)的馬達(dá)控制未來(lái)的一個(gè)變化是，汽車(chē)系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262對(duì)汽車(chē)提出了更多更廣泛的安全需求。

　　TI安全MCU部門(mén)市場(chǎng)經(jīng)理Anthony Vaughan 說(shuō)，“TMS 470M和C2000能很好地配合實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制驅(qū)動(dòng)?！边@種架構(gòu)下，TMS 470M提供安全功能，客戶前一代的系統(tǒng)使用C2000實(shí)現(xiàn)電動(dòng)馬達(dá)控制。下一代系統(tǒng)，用戶會(huì)加上TSM470M。例如所有的存儲(chǔ)都有ECC（糾錯(cuò)碼）做保證，確保能檢測(cè)出單一字節(jié)的錯(cuò)誤并及時(shí)糾正?！?/P>

　　產(chǎn)品能用于動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的廠商就可能延伸到混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)車(chē)的馬達(dá)控制中。例如，Mcirosemi的產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Minal Sawent說(shuō)，Microsemi通過(guò)收購(gòu)Actel獲得了經(jīng)過(guò)AEC Q100 認(rèn)證的產(chǎn)品，可以用于動(dòng)力總成應(yīng)用的設(shè)計(jì)中。

　　最新的SmartFusion產(chǎn)品包括帶有ARM Cortex-M3的硬核FPGA和可編程模擬技術(shù)。馬達(dá)控制開(kāi)發(fā)套件幫助用戶了解其馬達(dá)控制應(yīng)用方面的能力，這些產(chǎn)品雖然還沒(méi)有經(jīng)過(guò)汽車(chē)認(rèn)證，Microsemi未來(lái)將爭(zhēng)取獲得認(rèn)證。

真正的能量

　　逆變器中的功率半導(dǎo)體設(shè)備直接和永磁馬達(dá)、感應(yīng)馬達(dá)和其他電動(dòng)車(chē)或混合動(dòng)力車(chē)的馬達(dá)接觸，逆變器把電池里直流的能量轉(zhuǎn)換成帶動(dòng)馬達(dá)所需的交流電。

　　英飛凌北美地區(qū)混合和電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)市場(chǎng)區(qū)域經(jīng)理Carl Bonfiglio說(shuō)，“讓逆變器更有效率對(duì)電池尺寸有直接影響?！?/P>

　　Bonfiglio發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)廠商對(duì)功率等級(jí)的要求已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)母叨?，“我們不覺(jué)得他們會(huì)持續(xù)提升逆變器的功率，而是應(yīng)該減小逆變器功率。”

　　在美國(guó)加州阿納海姆召開(kāi)的SAE 2011電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力電機(jī)技術(shù)論壇上，英飛凌汽車(chē)電子部總裁Jochen Hanebeck探討了功率半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)未來(lái)電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)帶來(lái)的變化。

　　Hanebeck表示，和今天200°C運(yùn)行結(jié)溫的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)比，壽命不變的情況下，同等單位硅面積上增加60%以上的輸出功率，同等輸出功率下壽命增加500%以上都是有可能的。另外一個(gè)選擇是將硅片面積降低40%，同樣壽命和輸出功率下，耐溫更高，消除低溫散熱裝置(圖5)。

　　柵極驅(qū)動(dòng)IC的改進(jìn)對(duì)系統(tǒng)有和大的好處。能夠快速診斷不同的錯(cuò)誤情況，采取措施和主控MCU通信以確保當(dāng)下有可靠的響應(yīng)。Bonfiglio 說(shuō)，“整個(gè)行業(yè)都在對(duì)診斷需求不高的場(chǎng)合使用了原來(lái)為工業(yè)馬達(dá)控制開(kāi)發(fā)的柵極驅(qū)動(dòng)IC。”

　　單是通過(guò)車(chē)載自動(dòng)診斷系統(tǒng)（OBD）還不足以推動(dòng)這些進(jìn)步。通過(guò)改進(jìn)，現(xiàn)在的方法可以優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)耕地的成本，同時(shí)降低系統(tǒng)復(fù)雜性。TT電子為Protean Electric的IWM開(kāi)發(fā)了定制的微逆變器/模塊。TT Electronics 的全球技術(shù)總監(jiān) Stevbe Jones看到了集成輪式電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢(shì)，包括為更大型的SUV汽車(chē)提供足夠的功率和扭矩，節(jié)省車(chē)內(nèi)的封裝空間。他也曾參與了替代馬達(dá)和半導(dǎo)體技術(shù)的工作。

　　Jones說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)混合動(dòng)力車(chē)的感應(yīng)控制很有趣，汽車(chē)通過(guò)市電和已經(jīng)無(wú)處不在的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，這一改變能有助于快速面市?！?/P>

　　在電動(dòng)車(chē)/混合動(dòng)力車(chē)市場(chǎng)中，TT electronics實(shí)施并開(kāi)發(fā)了好幾種技術(shù)。Jones說(shuō)，“SiC器件的使用，兼容的封裝能提供很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，包括更高的功率密度、更低的開(kāi)關(guān)損耗、更高的運(yùn)行頻率和溫度?！?/P>

　　馬達(dá)的替代技術(shù)和先進(jìn)的半導(dǎo)體器件當(dāng)然不是未來(lái)電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)改變的唯一潛力所在。根據(jù)loxus公司的工程副總裁Dave Torrey的說(shuō)法，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)是整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)之中能夠得益于超級(jí)電容的一部分，超級(jí)電容能夠在加速的條件下補(bǔ)充電池的電壓。

　　Torrey說(shuō)，“如果你有超級(jí)電容，你就有了電池和超級(jí)電容組成的混合動(dòng)力能量系統(tǒng)，超級(jí)電容能夠成為動(dòng)力?！?/P>

正確的方向

　　汽車(chē)廠商正朝著更低的能源消耗、更高的電力驅(qū)動(dòng)范圍和更長(zhǎng)的充電周期而發(fā)展。為了引領(lǐng)方向，他們需要能夠提供相應(yīng)技術(shù)的供應(yīng)商，千里之行，始于足下。

　　Ansys的Stanton說(shuō)，“我仍認(rèn)為整個(gè)混合動(dòng)力市場(chǎng)仍處在起始階段，對(duì)我來(lái)說(shuō)就好象是100年前的西部的汽車(chē)市場(chǎng)。小的供應(yīng)商和OEM都在各自的車(chē)庫(kù)里想方設(shè)法推出新的馬達(dá)和設(shè)計(jì)，并努力銷售到汽車(chē)行業(yè)。”