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新能源汽车几个关键设计解读

导读: 中国汽车行业继续稳坐全球汽车产销量第一的“宝座”,但随之而来的却是一连串的社会问题:原油对外依存度超过50%的国际公认安全警戒线;汽车尾气占城市废气超过65%....新能源汽车为全球解决传统能源汽车带来的环境问题和能源问题提供了最佳的机会,成为全球持续关注的热点。

  中国汽车行业继续稳坐全球汽车产销量第一的“宝座”,但随之而来的却是一连串的社会问题:原油对外依存度超过50%的国际公认安全警戒线;汽车尾气占城市废气超过65%....新能源汽车为全球解决传统能源汽车带来的环境问题和能源问题提供了最佳的机会,成为全球持续关注的热点。在近日举行的中国(重庆)汽车电子高峰论坛上,基于新能源汽车的电子设计也成为热点话题。

  “其实,除了不一样的驱动方式,新能源汽车与传统汽车并无本质的区别,更佳的驾驶与乘坐体验和更高安全性依然是汽车设计的主要挑战。”富士通半导体(上海)有限公司市场总监王钰指出,“在舒适性和安全性上,视频技术获得越来越广泛的应用,而电机作为新能源汽车的核心部件,高效率、高性能的控制技术是实现舒适性和安全性的重要保障。”在本届论坛上,富士通向中国汽车电子厂商和整车厂商展示了解决新能源汽车设计挑战的领先汽车电子系统解决方案。

 

  电机控制是新能源汽车的关键

 

  变频概念近年来成为包括空调、洗衣机、电冰箱等家电产品的绝对热点,其中的关键即是电机的控制技术。而作为新能源汽车的核心部件,电动汽车电机控制要求更高——电机的平稳运转、快速启动和制动以及电机效率背后都涉及到电机控制的关键技术,将直接关系到电能利用效率、整车性能、驾驶体验以及车辆行驶安全。

  作为传统消费和工业电机控制方案的全球主要供应商,富士通在新能源汽车电机控制上也走在了前列,其32位电机控制MCU MB91F267NA已经取得不少成功应用。日前,富士通再次针对新能源汽车对电机控制的独特需求,发布了3款电动汽车电机控制MCU MB91580系列。作为高性能32位闪存嵌入微控制器(MCU)的FR家族成员,该系列产品可广泛应用于电动汽车和混合动力汽车的电机控制。该系列节能汽车驱动电机控制芯片拥有专用嵌入旋转变压器感应器接口,能够开拓性地控制电动汽车和混合动力汽车中使用的三相电机。

 

  

  图1:电机控制MCU发展路线图

 

  随着新能源汽车技术逐渐成熟,电机控制系统面临越来越高的要求:用于无传感器矢量控制的复杂算法和高级建模需要出色的处理能力;需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的综合优势。MB91580系列就内置可适用于电动及混合汽车电机控制的CPU内核和外设功能,值得一提的是旋转变压器感应器内置了专用接口电路,可降低系统成本,并通过实现驱动电机必须的高转矩响应控制过程达到改善电机运行和降低能耗的目的。

  高效率、低成本地实现高转矩汽车电机的控制过程极具挑战性。MB91580系列通过集成关键外设功能实现了降低系统成本、高速反馈控制,达到改善电机运行和低能耗的目的。MB91580集成的主要功能特性还包括:具有高精度检测电流和电机位置的12位A/D转换器和R/D转换器,R/D转换器检测电角度,与检测三相电流的A/D转换器同步;集成专用计算电路,因此可自动计算内置R/D转换器检测到的电角度的正弦和余弦值。“除了解决方案本身的性能特性外,电机控制相关算法也非常关键。富士通可以提供包括成熟的180度变频控制在内的各种核心关键算法,因此在新能源汽车的电机控制领域具有特殊的技术优势。”王钰指出。

  高性能电机控制系统通常包括核心伺服功能、运动描述和主机通信功能,对处理器的处理能力提出了很高的要求。而MB91580系列内置高性能CPU内核,集成在160DMIPS高性能CPU内的专用浮点运算单元利用内置外设功能生成的信息处理向量转换和PID控制运算,该特性通过实现进一步快速反馈控制可以改善电机运行和降低能耗。

  作为新能源汽车的核心部件。电机控制不仅关系着整车性能还与行车安全息息相关。在富士通的电机控制MCU设计中充分考虑了安全特性,通过6大安全机制来保证系统运行的安全可靠,包括:在系统启动前进行MCU的自我诊断、总线自诊断、RAM的自诊断;程序非法运行时非法输出端口保护;系统运行期间进行总线诊断、RAM错误纠正、闪存错误纠正。据透露,富士通在未来的产品计划中,还将增加核心MCU的冗余设计(例如双核或多核)以实现更强的系统保护。

 

  

  图2:电机控制MCU融合了六大安全保障特性。

 

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