MPS 實(shí)力挑戰(zhàn)光電編碼器，與之一決高下

　　2019年慕尼黑上海電子展上，MPS 演示的mCar電動(dòng)汽車(chē)向業(yè)界高調(diào)展示了其超炫酷的角度傳感器和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　在今年的電子展中，不乏以汽車(chē)為中心的演示攤位。然而，更讓人眼前一亮的卻是一項(xiàng)獨(dú)特、并不以汽車(chē)為中心的展品——專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于演示運(yùn)動(dòng)控制和角度傳感器的電動(dòng)車(chē)輛。

　　顯然，當(dāng)聊及電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，浮現(xiàn)在大家腦海中的第一個(gè)公司并不一定是 MPS，尤其當(dāng)你遨游在真實(shí)的電子展海洋中時(shí)，眼前到處充斥著琳瑯滿(mǎn)目的電動(dòng)汽車(chē)公告和汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)品。然而不可否認(rèn)的是，當(dāng) MPS 的電動(dòng)演示汽車(chē)mCar轉(zhuǎn)動(dòng)著車(chē)輪，緩緩穿過(guò)陳列室的地板時(shí)，幾乎所有的目光都被它奇特的設(shè)計(jì)和造型所吸引。

　　MPS’s演示視頻mCar自由馳騁在草地上

　　MPS 機(jī)械工程師兼mCar主設(shè)計(jì)師 Aaron Quitugua-Flores 解釋說(shuō)，mCar其實(shí)算是MPS CEO Michael Hsing的創(chuàng)意。據(jù)報(bào)道，Hsing 酷愛(ài)汽車(chē)，并斷言一款極具特色的定制電動(dòng)汽車(chē)必定會(huì)把 MPS 推向科技潮流的風(fēng)口浪尖，即使MPS 并沒(méi)有機(jī)械車(chē)間來(lái)開(kāi)發(fā)此種項(xiàng)目。

　　于是，便雇來(lái)大名鼎鼎的 Quitugua-Flores 親自操刀。

　　在過(guò)去的一年半里，這個(gè)團(tuán)隊(duì)在圣何塞建造了一間機(jī)械車(chē)間，協(xié)同負(fù)責(zé)電機(jī)控制方面的中國(guó)團(tuán)隊(duì)一起設(shè)計(jì)、制造并為mCar研發(fā)集成電路系統(tǒng)。

　　總而言之，mCar全然代表了一種對(duì)科技的勃勃野心——它只為演示產(chǎn)品而開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，根本無(wú)需被電動(dòng)汽車(chē)本身所束縛。

　　
MPS 視頻mCar使用內(nèi)向旋轉(zhuǎn)的輪胎畫(huà)圈圈

　　既然 MPS 并不是電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的首選，那么mCar又是如何將電子元器件融合到電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品中呢？在功率相關(guān)組件、影音娛樂(lè)系統(tǒng)和汽車(chē)照明方面，MPS是不陌生，但對(duì)于 Quitugua-Flores 所稱(chēng)的“宏觀(guān)規(guī)?！?，卻一無(wú)所知。

　　“有幾個(gè)人過(guò)來(lái)問(wèn)我，我猜他們也是半開(kāi)玩笑的，“我們能買(mǎi)這輛車(chē)嗎？”他說(shuō)。“這也是我們打造這輛車(chē)的部分原因。我們希望那些并不一定知道 MPS 是做什么的人能夠進(jìn)來(lái)搭訕?！?/p>

　　MPS 并不打算賣(mài)汽車(chē)，但mCar卻展示了一些他們?cè)趹?yīng)用中可能需要的功能。除了展示 MPS 的核心部件（功率調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器、電壓變換器等）之外，mCar還希望能演示它的另外兩個(gè)主要功能：

　　? 電機(jī)控制模塊

　　? 角度傳感器

　　智能電機(jī)控制模塊

　　mCar展示了幾個(gè)智能電機(jī)模塊，包含了直流無(wú)刷電機(jī)以及集成在電機(jī)內(nèi)部的控制模塊。“在這個(gè)集成模塊中，我們有一顆集成了位置檢測(cè)和磁場(chǎng)定向控制的芯片”Quitugua-Flores 補(bǔ)充道。其他相關(guān)電路板，也可以安裝在電機(jī)上，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及板上微控制器。我們力求能打造出精簡(jiǎn)可靠的集成解決方案。

　　mCar中的電機(jī)控制模塊

　　mCar的最初版本僅包含了磁角度傳感功能，而當(dāng)前的版本已更新迭代并集成了磁角度傳感功能和直流無(wú)刷電機(jī)（BLDC）控制系統(tǒng)，相當(dāng)于使用單個(gè)封裝來(lái)“控制一切”。

　　雖然智能電機(jī)還尚未完全準(zhǔn)備好進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域，但直流無(wú)刷電機(jī)在許多其他領(lǐng)域的主導(dǎo)地位已經(jīng)變得越來(lái)越明顯，例如機(jī)器人技術(shù)。

　　非接觸式磁角度傳感功能

　　除了智能電機(jī)，MPS 還希望mCar能展示給人們的另一種技術(shù)——角度傳感，因?yàn)樗鼈兊倪m用范圍更加廣泛。

　　mCar擁有全電控特性。Quitugua-Flores說(shuō)，“我們的方向盤(pán)完全由電子控制。還有一個(gè)磁角度傳感器，可以檢測(cè)到方向盤(pán)的角度，并將其轉(zhuǎn)換為各種轉(zhuǎn)向模式所需的輪胎角度?！?/p>

　　在下面的圖像中，MPS 角度傳感器（由右側(cè)藍(lán)色 LED 顯示）被直接安裝到儀表盤(pán)另一側(cè)的轉(zhuǎn)向柱上，在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪時(shí)進(jìn)行傳感。

　　從左到右，依次為方向盤(pán)、儀表盤(pán)和用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)向柱角度的角度傳感器。

　　在這種情況下，傳感器信息由無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳送至汽車(chē)其它部件，以指示車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)等。Quitugua-Flores 說(shuō)，mCar還需要開(kāi)發(fā)的地方是遠(yuǎn)程遙控功能。

　　安裝在轉(zhuǎn)向柱上的角度傳感器，連同電路板和天線(xiàn)一起向車(chē)輪發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號(hào)。

　　在油門(mén)和制動(dòng)踏板上也同樣使用了相同的旋轉(zhuǎn)磁角傳感器，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)。類(lèi)似于方向盤(pán)，在制動(dòng)和加速踏板的樞軸點(diǎn)上也直接安裝有角度傳感器，以測(cè)量踏板被壓下的角度。

　　角度傳感器安裝在踏板旋轉(zhuǎn)軸的正對(duì)位置

　　“每個(gè)人都會(huì)設(shè)想，在未來(lái)的某一天，一切都可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行操作?！边@也是對(duì)未來(lái)的一種期許。

　　當(dāng)然，mCar并不打算徹底改變電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。因?yàn)檫@只是一項(xiàng)研發(fā)，我們不必立即考慮 NHTSA（國(guó)家公路交通安全管理局）這類(lèi)的安全法規(guī)。

　　懸掛控制：角度傳感器和電機(jī)控制

　　作為mCar的另一個(gè)特性，它不太會(huì)出現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車(chē)環(huán)境中，但是 Quitugua-Flores 認(rèn)為，正是因?yàn)樗攀沟醚菔咀兊萌绱遂趴帷Ｆ?chē)的駕駛艙/駕駛員座椅可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從前后懸架模塊懸掛而下。正如 Quitugua-Flores 解釋的那樣，汽車(chē)的重心便是如此設(shè)置的，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)彎時(shí)，它們會(huì)傾斜到轉(zhuǎn)彎處，基本可以像飛機(jī)或摩托車(chē)一樣傾斜?！埃鬯緳C(jī)］被推到座位上，而不是被側(cè)向地推開(kāi)座位。”

　　從mCar的下方可以看到：駕駛員座椅在轉(zhuǎn)彎處發(fā)生的傾斜。圖片由MPS提供

　　這是傳感器和電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同工作的演示。

　　Quitugua-Flores 這樣解釋道： “我們可以安裝一個(gè)角度傳感器，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)位置。然后把這些信息發(fā)送到我們的懸掛控制系統(tǒng)中。對(duì)于減震裝置我們也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為其集成了直流無(wú)刷電機(jī)和智能電機(jī)，用來(lái)改變每次減震彈簧的長(zhǎng)度，從而改變車(chē)體傾斜角度，即每個(gè)車(chē)輪的垂直傾斜角度。理想的情況是，當(dāng)車(chē)拐彎，車(chē)架傾斜時(shí)，懸架就會(huì)隨之改變，這樣輪胎也會(huì)朝同一個(gè)方向傾斜。。..從本質(zhì)上說(shuō)，它相當(dāng)于一輛四輪摩托車(chē)?！?/p>

　　上面的角度傳感器直接連接到懸掛駕駛艙的軸上，

　　這個(gè)傳感器指引懸架如何工作，以使駕駛員平穩(wěn)行駛。

　　這顯然不是典型車(chē)輛的一部分，但大多數(shù)概念城市公共電動(dòng)汽車(chē)中，甚至在一些全地形車(chē)輛中，都有它的身影。

　　精度之戰(zhàn)： 磁角度傳感器對(duì)戰(zhàn)光電編碼器

　　雖然mCar演示的一些傳感功能和運(yùn)動(dòng)控制能有效地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)，但電動(dòng)汽車(chē)終究不屬于高精度應(yīng)用。Quitugua-Flores說(shuō)，當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)是光電編碼器，因?yàn)樗痛沤嵌葌鞲衅鞯墓δ芟嗤?/p>

　　“光電編碼器需要光盤(pán)和光源，光盤(pán)可安裝在任何旋轉(zhuǎn)元件上。常見(jiàn)的例子如電機(jī)軸。光穿過(guò)縫隙照射到安裝在轉(zhuǎn)子軸上的光盤(pán)上，通過(guò)不同的切割方法在光盤(pán)上切割不斷縫隙，從而得到超高精度的位置感測(cè)。”

　　相比之下，MPS 的磁角度傳感器則簡(jiǎn)單的多?！拔覀兯璧膬H僅是一個(gè)簡(jiǎn)單直徑磁化的圓盤(pán)，它可以連接到任何旋轉(zhuǎn)元件上，然后加上一個(gè)3mm×3mm的IC用于角度傳感器，此 IC 要么直接放在圓盤(pán)前面，要么安裝在磁盤(pán)的一側(cè)，所以我們根本接觸不到旋轉(zhuǎn)元件。”從這個(gè)角度來(lái)看，它是一種由繁入簡(jiǎn)的創(chuàng)新，“簡(jiǎn)單的IC”對(duì)抗“一整套光學(xué)裝置，包括光源、解釋光、濾光，以及制作光盤(pán)所需的部件，而這些部件又取決于所需的精度水平。”

　　他還說(shuō)道，MPS 制造集成電路的能力“也能夠大大降低成本”，這也許是比較這兩種技術(shù)優(yōu)劣的一個(gè)難點(diǎn)?！澳撤N程度上說(shuō)，成本和其復(fù)雜性可能會(huì)成為實(shí)現(xiàn)光電編碼器的障礙”他說(shuō)道。利用 MPS 專(zhuān)業(yè)的集成電路背景和知識(shí)，我覺(jué)得我們可以有所作為。”

　　通向更精確的磁編方案之路

　　為說(shuō)服客戶(hù)采用磁角度解決方案替代光電編碼器，MPS需要證明它有能力生產(chǎn)出高精度的位置感測(cè)產(chǎn)品。Quitugua-Flores 說(shuō)，實(shí)現(xiàn)更精確的解決方案與數(shù)據(jù)處理和濾波技術(shù)息息相關(guān)。從本質(zhì)上講，它歸結(jié)為軟件開(kāi)發(fā)的能力。

　　“關(guān)于磁學(xué)，”他說(shuō)，“我們遇到的一些問(wèn)題可能是磁體不完全對(duì)稱(chēng)或者磁體相對(duì)于傳感器的安裝還不夠理想。而磁場(chǎng)的非線(xiàn)性是我們用來(lái)檢測(cè)位置的主要影響。因此，通過(guò)我們的軟件開(kāi)發(fā)，我們可以克服不同組件在安裝和生產(chǎn)過(guò)程中的諸多缺陷。這也是我們的團(tuán)隊(duì)正在攻克的難題之一：如何研制出可靠而有效的工藝技術(shù)，以獲得更高的精度?！?/p>

　　mCar中所展示的一些概念在汽車(chē)工業(yè)中將具有深遠(yuǎn)的影響。它所展示的系統(tǒng)與當(dāng)今科技界正在研發(fā)的應(yīng)用程序息息相關(guān)——只是其演示方式比較獨(dú)特霸氣罷了。

　　那么，您對(duì)mCar的印象如何？對(duì)于光電編碼器和磁角度傳感器的比較，您有什么獨(dú)道見(jiàn)解嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享您的觀(guān)點(diǎn)！