Melexis位置和速度傳感器營銷經理 Nick Czarnecki

隨著消費者愈發(fā)注重環(huán)保、相關法規(guī)的日益增多以及燃料成本的不斷上漲，提高效率已然成為當今汽車行業(yè)共同的“口號”。

無論是在最新的電動汽車 （EV）/混合動力汽車 （HEV） 的研發(fā)方面，還是在設法提高內燃機 （ICE） 車輛效率方面，汽車行業(yè)都在尋求技術革新以推動行業(yè)的進一步發(fā)展。

縱使汽車行業(yè)風云變幻，技術始終是其中的中流砥柱。

眾多車載應用正在經歷關鍵的轉折時期：此前通過機械或液壓實現(xiàn)的功能正逐漸轉變?yōu)?a target="_blank">電氣或電子應用。例如電子節(jié)氣門體、電動流體泵、電子渦輪增壓器，以及由電池供電的 EV 和 HEV 中的電子傳動系統(tǒng)。向電氣化的轉變不僅使汽車更加高效，同時還大幅提升了汽車的可靠性，并降低車重， 汽車重量的降低又能進一步提升汽車效率。

然而，所有這些運動部件都需要準確可靠地感應位置，以便控制單元管理整個系統(tǒng)。只有實現(xiàn)高水平的精度，才能最大限度地提高效率。

運動部件位置感應并非全新技術，電阻式或光學傳感器已在線性和旋轉位置感應領域應用多年。

這些方法雖然行之有效，但十分容易受到車輛中常見的灰塵、污垢和振動影響，并且由于其本身采用機械構造而難免遭受磨損。

現(xiàn)在，磁感應技術正受到越來越多的關注。這種高精度技術既不會磨損，也不會受到污垢、灰塵和振動等環(huán)境因素的影響。

雖然磁感應在可靠性方面有大幅提高，但其通常較易受到雜散磁場的影響，這為車輛設計者帶來了全新的挑戰(zhàn)，尤其是在車輛內部電子器件越來越多的如今。

驅動 EV 和 HEV 的電機需要大量電流，因此從電池或交流發(fā)電機向電機輸送電流的電纜周圍會產生強磁場。同樣，驅動電動轉向 （EPS） 泵、開啟車窗、開啟/關閉天窗或其他電動裝置等低電流需求應用也會產生磁場。

磁傳感器附近的任何雜散磁場都會影響傳感器精度，有可能導致輸出錯誤，甚至帶來更嚴重的后果。

無法正常關閉天窗會令人不快，而無法準確感應制動踏板、油門踏板或轉向系統(tǒng)則可能危及駕乘人員和周邊人員的人身安全。

汽車行業(yè)高度重視安全性，因此制定了一系列標準，以確定雜散磁場的影響。ISO81452-8 是其中一項重要標準，內容涵蓋磁場抗擾度測試。 此外還有 ISO26262，定義了確保 IC 在正常運行時和發(fā)生故障時的正常運行和安全性的流程與程序。

由于傳統(tǒng)的平面和垂直霍爾效應傳感器以及磁阻 （MR） 傳感器設計用于測量附近被測物所附磁體產生的磁場，因此對車輛中的雜散場非常敏感。

電流（特別是主驅動電機的巨大電流）可產生龐大的雜散磁場，如不采取有效的抑制措施，將無法使用傳統(tǒng)感應方式。此時旋轉傳感器的誤差可能會超過 10 度，而閥門或節(jié)氣門體等系統(tǒng)的最大旋轉角度僅為 90 度，踏板的旋轉角度更小，甚至可能只有 15 度，因此這個誤差十分嚴重。

在此情況下，當轉向和制動存在嚴重安全隱患時，發(fā)動機控制單元 （ECU） 將無法有效管理發(fā)動機功能，并且諸多其他功能也將受到顯著影響。

目前有兩種解決方案，可供需要（或希望）在現(xiàn)代車輛中應用磁感應的設計人員選擇。

第一種， 是為磁傳感器和相關磁體屏蔽雜散磁場。

此方案需要使用高磁導率材料，費用較為復雜昂貴。 并且由于屏蔽會吸收部分磁場并改變磁通回路，還會對用于測量位置的磁鐵產生的磁場造成影響。

此影響雖然可以通過增加物理間距來規(guī)避，但物理間距的增加又會導致尺寸、重量和成本的增加，而這些恰恰是現(xiàn)代車輛設計中所極力避免的。

第二種，是使用本質上無懼雜散磁場的磁傳感器 IC。

Melexis 的 MLX90372 Triaxis? 位置處理器正是此類傳感器 IC。這款單片 IC 由一個 Triaxis 霍爾磁性前端、一個模數信號調節(jié)器、一個數字信號處理器 （DSP） 和一個輸出級驅動器組成。MLX90372 對施加于 IC 的三個磁通分量（BX、BY 和 BZ）十分敏感，只要磁路正確，即可檢測任何運動磁體的絕對位置（旋轉或線性）。感應過程完全無接觸，因此不會磨損；污垢、灰塵和液體也無法造成影響。

該器件內置雜散磁場抗擾模式，可大幅降低甚至消除最高 4kA/m（或 5mT）的雜散磁場導致的任何誤差。因此可安裝于車輛中緊鄰載流導體或其他磁體的位置。只需 4 極磁體即可實現(xiàn)旋轉運動的雜散磁場抗擾，線性運動僅需 2 極磁體。

憑借簡單的磁場設計，傳感器 IC 可將雜散磁場導致的角度誤差降低至 0.4 度以下，這是多數主要車輛制造商可以接受的值。

此外，使用此傳感器 IC 可以大幅減少甚至無需使用以往必不可少的屏蔽，從而有效降低系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。

靈活的 MLX90372 提供可編程測量范圍以及可編程線性傳輸特性（基于 4/8 多點或 16/32 分段線性點），可在需要時提供更高的整體精度。

傳感器 IC 通過根據 Secure Sensor 格式編碼的 SENT 幀實現(xiàn)與主處理器的通信，這些增強型串行消息可包含錯誤代碼和用戶定義值。 如有需要，還可配置脈寬調制 （PWM） 輸出。 此器件的姊妹產品 MLX90371 可提供成比例模擬量電壓輸出。

MLX90372 具有高水平的 EMC 穩(wěn)健性，提供單芯片版本和全冗余雙芯片版本，適用于具有超高安全性需求的應用。 單芯片版本采用 SOIC-8 封裝，雙芯片版本采用 TSSOP-16 封裝。 同時還為緊湊空間內的無 PCB 安裝和直接安裝于外殼內的應用需求提供單芯片 DMP-4 封裝。

憑此獨特優(yōu)勢，以及其可滿足 ISO26262 ASIL-C 要求的單芯片穩(wěn)健性和性能，此款傳感器 IC 正是要求苛刻的現(xiàn)代汽車應用的理想之選。

無論汽車為電動驅動還是仍依賴于內燃機，技術始終處于提高現(xiàn)代汽車效率和可靠性的最前沿。為實現(xiàn)更出色的效率和可靠性，越來越多的汽車部件開始轉向電氣化，因此傳感功能愈發(fā)重要。然而，現(xiàn)代車輛中高強度的雜散磁場為想要采用磁位置感應功能的設計師帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

僅在不久之前，使用傳統(tǒng)磁傳感器時仍然需要復雜、繁瑣且昂貴的屏蔽措施。

幸運的是，Melexis 的第 III 代 Triaxis 器件，特別是 MLX90371 和 MLX90372 位置處理器在本質上就可以避免受到雜散磁場的影響。

這些堅固耐用的器件是汽車應用的理想選擇，并且無需屏蔽，讓設計更加簡單，同時還有助于降低車輛尺寸、重量和成本，并有效提高效率和可靠性。