产品介绍

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　　传统的汽车油泵电机都是直流有刷电机，随着直流无刷电机在各行各业里使用越来越广泛，其低维修率和高稳定性所带来的优势，在汽车应用中也已经开始形成替代直流有刷电机的趋势，很多厂家也开始在汽车油泵上开发应用直流无刷电机。

　　汽车油泵的直流有刷电机控制方案已经非常成熟，而直流无刷电机在汽车油泵上的控制实现是现在比较热门的研发新应用。

　　目前汽车领域直流无刷电机控制方案中研发投入最多的是矢量控制方案（Vector Control），也常称作磁场导向控制（Field-Oriented Control，简称FOC），其原理是在直流无刷电机上通过坐标变换把电流矢量分解为互相垂直和互相独立的两个电流分量——产生磁通的电流分量Id和产生转矩的电流分量Iq——通过对这两个电流分量进行单独调节，实现双闭环控制。

　　直流无刷电机的梯形波控制方式虽然比FOC控制简单，但是梯形波控制比FOC控制的力矩波动大，而且随着现在高性能MCU的价格越来越便宜，实现FOC 控制的硬件成本也大大降低了。未来直流无刷电机的FOC控制会得到非常广泛的应用，是对直流无刷电机的最佳控制方式。

　　现在研究最热门的是直流无刷电机的无传感器FOC控制。因为无传感器方式可以减少故障点、便于集成安装、降低成本。但是在汽车油泵这个应用中，无传感器FOC控制有一些特别的难点。比如汽车油泵的工作要求比汽车水泵、风机要高，采用无传感器方式，电机转子初始的位置是未知的，会带来启动时有反转的可能，还可能启动失败，包括响应时间慢等情况，需要通过脉冲注入等方法来弥补解决。同时汽车油泵对启动性能有一定要求，不容许启动时失效、失步堵转等情况，汽车油泵工作对启动后能够达到最高转速的时间也有限制，所以无传感器FOC控制在汽车油泵上实现很不容易，需要研发设计人员结合电机参数、工况进行反复调试，难度非常大。

　　所以目前开发的汽车油泵直流无刷电机控制方案中，比较实际、容易达到量产要求的还是带位置传感器的FOC控制方案。

　　旋转变压器：抗恶劣工作条件能力最好，没有电子元件，但是输出是模拟量、成本高，不适用于汽车油泵这样小功率的场合。

　　光电编码器：精度和分辨率高，但是在汽车油泵应用中，抗震性差、怕油污及灰尘、不耐腐蚀，也不适合。

　　磁编码器：相比光电编码器，不需要复杂的码盘和光源，器件数量少、结构简单、安装方便，又抗震、耐腐蚀，所以只有磁编码器适合汽车油泵应用。

　　磁编码器是通过磁感应器件，利用磁场的变化来产生和提供电机转子的位置。其中“巨磁电阻”效应GMR（Giant Magneto Resistance），是指磁性材料的电阻率在外加磁场作用时比没有外磁场作用时产生很大变化的现象。

　　以安富利在方案中使用的英飞凌TLE5012B磁性角度编码器为例，其由两组惠斯通电桥构成，可检测平行于芯片表面磁场360度的变化，集成了温度补偿功能，在温度范围和寿命周期里可以达到1°精度，也符合汽车级认证，可工作在-40℃至150℃。该磁编码器内有一层感应材料作为参考层，具有固定磁化方向，另有一层感应材料作为自由层，其磁场方向会随着外界平行磁场方向的改变而改变，巨磁电阻的阻值由这两层之间磁场方向的夹角决定，从而得出角度值。

　　磁编码器采用英飞凌TLE5012B，采用IIF接口与MCU通讯，测量试验比SPI接口输出精度略高。

　　S32K144资源足够，可以在采用磁编码器的算法同时运行无传感器FOC算法，互相对照，因为磁编码器始终有一定测量误差，而无传感器FOC算法实时性强，没有测量误差，通过结果对照可以修正参考，使电机控制效果更好。

　　磁编码器的使用解决了无传感器FOC控制在汽车油泵启动方面的不足，可以避免启动时反转，大大提高可靠性，响应时间快，不会出现启动失效、失步堵转等情况，提升了安全性，最重要的是便于客户上手开发，降低研发难度，容易达到性能要求，加快进入量产的过程。FOC控制带来了更高的效率和更低的噪声，虽然该方案使用磁编码器增加一点成本，但是带来更高可靠性的同时还降低了产品开发的技术门槛，具有容易普及推广的优势。

　　随着时代的发展，电机控制技术在汽车领域也在不断发展，不仅直流无刷电机开始普及使用，FOC控制也开始登上舞台。

　　在汽车电机控制领域，有许多特别的要求，比工业领域更难实现，开发难度更高。我们就是考虑到无传感器FOC控制对于汽车油泵这种应用开发难度很大，所以在现阶段推出采用磁编码器的汽车油泵电机控制方案，可以满足设计的需求，对客户当前的量产设计都会非常有帮助，具有很积极的现实意义。