【導讀】隨著各國政府出台舉措來推動減少內燃機 (ICE) 汽車排放的溫室氣體，原始設備製造商 (OEM) 紛fen紛fen將jiang機ji械xie係xi統tong重zhong新xin設she計ji為wei電dian子zi控kong製zhi係xi統tong。高gao水shui平ping的de係xi統tong連lian接jie和he智zhi能neng技ji術shu使shi自zi動dong駕jia駛shi汽qi車che成cheng為wei現xian實shi
，因yin此ci市shi場chang對dui電dian子zi產chan品pin和he軟ruan件jian算suan法fa的de需xu求qiu不bu斷duan增zeng長chang，以yi符fu合he包bao括kuo國guo際ji標biao準zhun化hua組zu織zhi (ISO) 26262 在內的各項安全要求。

隨著各國政府出台舉措來推動減少內燃機 (ICE) 汽車排放的溫室氣體，原始設備製造商 (OEM) 紛fen紛fen將jiang機ji械xie係xi統tong重zhong新xin設she計ji為wei電dian子zi控kong製zhi係xi統tong。高gao水shui平ping的de係xi統tong連lian接jie和he智zhi能neng技ji術shu使shi自zi動dong駕jia駛shi汽qi車che成cheng為wei現xian實shi，因yin此ci市shi場chang對dui電dian子zi產chan品pin和he軟ruan件jian算suan法fa的de需xu求qiu不bu斷duan增zeng長chang
，以yi符fu合he包bao括kuo國guo際ji標biao準zhun化hua組zu織zhi (ISO) 26262 在內的各項安全要求。

傳(chuan)感(gan)器(qi)，尤(you)其(qi)是(shi)角(jiao)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，在(zai)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)。它(ta)有(you)助(zhu)於(yu)監(jian)控(kong)和(he)提(ti)供(gong)扭(niu)矩(ju)和(he)角(jiao)度(du)信(xin)息(xi)
，而(er)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)是(shi)高(gao)效(xiao)驅(qu)動(dong)或(huo)運(yun)行(xing)各(ge)種(zhong)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)。

設計 EPS 係統

電動助力轉向係統 (EPS) 由轉向柱、電子控製轉向電機以及電子感應與控製機製組成。當駕駛員轉動方向盤時，由電機（通常是無刷直流電機）協助轉向，這取代了傳統的機械和液壓係統。

EPS 係統的優點包括運行更快且更智能
、減少二氧化碳排放


、提(ti)高(gao)燃(ran)油(you)效(xiao)率(lv)並(bing)增(zeng)強(qiang)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)。駕(jia)駛(shi)員(yuan)在(zai)方(fang)向(xiang)盤(pan)界(jie)麵(mian)提(ti)供(gong)係(xi)統(tong)輸(shu)入(ru)。傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)電(dian)機(ji)軸(zhou)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)方(fang)向(xiang)盤(pan)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)
，並(bing)將(jiang)數(shu)據(ju)發(fa)送(song)到(dao)電(dian)子(zi)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan) (ECU)。圖 1 突出顯示了 EPS 係統的基本元素。

圖 1：EPS 係統

設計 EPS 係統所需的組件包括微控製器、傳感器、電源
、電機驅動器和晶體管。這些組件對於係統高效通信和運行至關重要。如圖 2 所示，控製器局域網是用於連接車輛 ECU 的總線標準。

圖 2：EPS 係統方框圖

德州儀器 (TI) 的 TMAG6181-Q1 是各向異性磁阻 (AMR) 角度傳感器。它具有集成信號調節放大器，能夠提供與所施加平麵磁場的方向相關的差分正弦和餘弦模擬輸出。

TMAG6181-Q1 的延遲低於 2µs

，角度誤差僅為 0.4 度，有助於大大提高係統性能和效率。傳感器的集成匝數計數器可以跟蹤電機在正常運行模式下最高 32,000 轉/分 (rpm) 的轉速和低功耗模式下最高 8,000 rpm 的轉速。它還能支持多種器件和係統級診斷功能，可檢測
、監控和報告器件運行期間的故障。例如，在睡眠或故障模式下，TMAG6181-Q1 AMR 傳感器的輸出將進入高阻抗狀態。建議使用下拉或上拉電阻，以確保微控製器能夠檢測故障。

要處理 AMR 輸出信號並提取 EPS 電機或方向盤的角度位置，通常需要外部微控製器。TMAG6181-Q1 中的 AMR 角度傳感器可用於單端或差分輸出模式；後一種模式可消除係統中的共模幹擾。來自 AMR 傳感器的差分輸出正弦和餘弦信號與所施加磁場的角度成正比。AMR 傳感器的輸出電壓與電源電壓成比例
，以確保外部 ADC 能夠參考電源電壓。

圖 3 展示了一個典型應用圖

，其中差分輸出信號 SIN_P、SIN_N、COS_P 和 COS_N 連接到外部微控製器中的四個單端模數轉換器，而外部微控製器與 EPS 係統中的 ECU 通信。

圖 3：單端輸出模式下的 TMAG6181-Q1

如果有的話
，建議使用差分 ADC，因為它能夠提高可靠性。要獲得高精度，負載電容器和電阻必須相互匹配。TMAG6181-Q1 可直接在 AMR 輸出引腳上驅動高達 10nF 的容性負載，並驅動拉電流和灌電流高達 1mA 的電阻負載。這可實現 EPS 係統的平穩可靠運行。

為簡化合規性，針對 TMAG6181-Q1 提供了 ISO 26262 係統設計文檔
，其中汽車安全完整性等級高達 B 級。

設計電動自行車和電動踏板車係統

電動自行車是包含五個關鍵組件的自行車：電機、電池、控製裝置
、傳感器和顯示屏。電機是電動自行車不可或缺的一部分，可用於在腳踏期間提供所需的額外電力。如圖 4 中的方框圖所示，若要高效可靠地旋轉電機（可安裝在前部
、中央或後部），需要角度傳感器。

電dian動dong踏ta板ban車che是shi從cong燃ran氣qi驅qu動dong轉zhuan換huan為wei電dian動dong的de踏ta板ban車che。它ta的de電dian機ji驅qu動dong係xi統tong設she計ji與yu電dian動dong自zi行xing車che非fei常chang相xiang似si
，隻zhi不bu過guo它ta沒mei有you那na麼me複fu雜za。電dian動dong踏ta板ban車che設she計ji隻zhi需xu在zai油you門men踩cai下xia時shi為wei電dian機ji供gong電dian即ji可ke，但dan電dian動dong自zi行xing車che設she計ji還hai必bi須xu監jian測ce騎qi手shou的de腳jiao踏ta動dong力li，以yi確que定ding向xiang電dian機ji的de供gong電dian量liang。不bu同tong地di區qu要yao求qiu電dian動dong自zi行xing車che和he電dian動dong踏ta板ban車che達da到dao與yu汽qi車che行xing業ye相xiang似si的de安an全quan水shui平ping。

圖 4 重點介紹了開發電動自行車係統所需的組件。角度傳感器可提供角度反饋，然後由微控製器計算角度反饋，從而有效可靠地旋轉電機。AMR 傳感器通常限製為 180 度
，但 TMAG6181-Q1 在 X 和 Y 軸增加了兩個獨立的霍爾效應傳感器輸出，可將傳感器的角度範圍擴大到 360 度。

圖 4：電動自行車方框圖

結語

當今的汽車和電動自行車包含多個 ECU，用於驅動和控製高級功能。設計 EPS 係統
、電動自行車或電動踏板車需要 ECU 精確控製，以實現高效可靠的運行。TMAG6181-Q1 可實現更快
、更精確的電機控製，有助於提高係統性能。

其他資源

·  德州儀器 (TI)，TMAG6180-6181 評估模塊工具。

·  德州儀器 (TI)，‌汽車功能安全以及 TI 如何通過高精度位置傳感器幫助客戶技術白皮書。

·  德州儀器 (TI)，AMR 感應中低功耗匝數的優勢應用簡報。

關於德州儀器 (TI)

德州儀器 (TI)（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用於工業、汽車、個人電子產品、tongxinshebeiheqiyexitongdengshichang。womenzhiliyutongguobandaotijishurangdianzichanpingengjingjishiyong
，chuangzaoyigegengmeihaodeshijie。rujin，meiyidaichuangxindoujianlizaishangyidaichuangxindejichuzhishang，shiwomendejishubiandegengxiaoqiao、更快速
、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用
，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。

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