運動控制引領(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控制外設(shè)。這些底盤控制器件能夠驅(qū)動帶電流測量與控制功能的三相電機，并將這些功能與高吞吐量微處理器和大內(nèi)存?zhèn)鲃酉到Y(jié)合在一起。Rober希望這些改變可以通過改進控制信號來提高系統(tǒng)的可控性，并允許更高復(fù)雜度的電機控制算法，進而降低成本。

　　Rober預(yù)測，許多低端至中端汽車設(shè)計將采用電子控制系統(tǒng)來控制IC引擎和牽引電機。“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，非常適合這些汽車設(shè)計使用?！彼赋?。

　　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，是實時控制和連接的理想之選。

　　“C2000在汽車控制和數(shù)字電機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，我們的價值在交流感應(yīng)設(shè)計得到了真正體現(xiàn)?！?P>　　根據(jù)為汽車系統(tǒng)開發(fā)的ISO 26262功能性安全標準，TI公司認為未來電動汽車和混合動力汽車電機控制中的一大變化是更加全面的安全要求。

　　“TMS470M可以與起牽引電機控制驅(qū)動作用的C2000實現(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實現(xiàn)電機控制。針對下一代系統(tǒng)，這位用戶將增加TMS470M?！袄?，所有閃存都有ECC(糾錯碼)保護功能，因此它能檢測單個比特錯誤，并實時進行糾正。”據(jù)Vaughan介紹。

　　傳動系所用產(chǎn)品的供應(yīng)商完全可以增加混合動力汽車和電動汽車用的電機控制產(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認證的、為傳動系應(yīng)用設(shè)計的產(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。電機控制開發(fā)套件有助于用戶演示該產(chǎn)品在電機控制應(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)認證，但這種認證已經(jīng)成為Microsemi公司今后的追求目標。

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

實際功率

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

　　“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)達到頂峰?！拔覀儾徽J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混合動力汽車討論會暨電動汽車討論會的演講中，英飛凌公司汽車事業(yè)部總裁Jochen Hanebeck介紹了在未來電動汽車與混合動力汽車領(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)點溫度的標準技術(shù)相比，Hanebeck認為在相同使用時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%以上的使用時間。另外一種好處是，在相同使用時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，同時仍具有30年的使用壽命。

　　柵極驅(qū)動IC的改進對系統(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行通信，實現(xiàn)正確的響應(yīng)?！霸谠\斷要求不是太高的場合，業(yè)界一般采用面向工業(yè)電機控制開發(fā)的柵極驅(qū)動器。”Bonfiglio指出。

　　僅車載診斷(OBD)要求就足以推動這些進步。通過修改和完善，目前的方法可以經(jīng)過優(yōu)化實現(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認為集成式輪內(nèi)電子驅(qū)動系統(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。他還看好交流電機和半導(dǎo)體技術(shù)。

　　“人們對混合動力汽車的感應(yīng)控制很感興趣。這種混合動力汽車在城市內(nèi)用電力驅(qū)動，在其它地方則使用內(nèi)燃機?！盝ones表示，“這種改進可以很快完成，因而能很快上市?！?P>　　TT electronics公司在為電動汽車/混合動力汽車市場開發(fā)新產(chǎn)品的過程中實現(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。”Jones表示。

　　交流電機技術(shù)和先進的半導(dǎo)體器件當(dāng)然不是推動未來電動汽車和混合動力汽車發(fā)展的唯一潛在變化。Ioxus有限公司工程技術(shù)副總裁Dave Torrey認為，電機驅(qū)動系統(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)下補充電池電壓。

　　“如果你使用超級電容，你就真正擁有了一個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現(xiàn)更低燃油消耗、更長電動行駛距離和更長時間的方向發(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。總之，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)整個混合動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和設(shè)計的汽車修理人員?！?P>