的MLX91377是Melexis公司最新发布的线性霍尔效应传感器IC。
在本文中，我们将研究mlx91377的一个主要用例——转向扭矩测量。我们将看到，通过使用可靠的霍尔效应传感器，您可以进行准确和稳健的扭矩测量——这在电动助力转向(EPAS)系统中至关重要。最后，我们将简要介绍MLX91377的一些重要特性。
液压动力辅助转向的简要历史
当你驾驶全手动转向系统时，有时你可能很难转向方向盘，特别是当你在低速驾驶一辆大型车辆时。为了解决这个问题，汽车制造商在20世纪50年代推出了第一个液压动力辅助转向(HPAS)系统。该系统的基本思想如下所示。
图1所示。HPAS系统的简化架构。图片(修改)由全球汽车解决方案
该系统使用由动力转向泵提供的高压流体来帮助驾驶员转向。流体可以通过流体管道输送到液压活塞的右侧或左侧。
当驾驶员顺时针或逆时针旋转方向盘时，增压流体被应用到液压活塞的适当一侧。这样，活塞(并因此)齿条被移动到所需的方向，而不需要驱动器的过多的体力努力。
虽然液压助力转向可以让驾驶员很容易地转向车辆，但它有几个缺点。该系统的一个主要问题是动力效率低，即使在不使用转向系统的情况下，发动机也必须不断驱动动力转向泵。为了克服HPAS的局限性，汽车工程师决定重新设计该系统，使用电动马达的动力。
电动助力转向的兴起
电动助力转向(EPAS)使用电动马达而不是液压系统来帮助驾驶员旋转方向盘。这里说明了基本思想。
图2。简化了EPAS系统的架构。图片由DCE Motorsport.
由于电动机仅在使用转向系统时，EPAS系统才能比HPAS系统更加高功效。为了控制电机，我们应该能够计算所需的辅助电源。确定所需辅助功率的重要参数是驱动器输入 - 即驾驶员适用于方向盘的扭矩。
非接触式扭矩传感器
在这里，你将看到一个基于霍尔效应传感器的非接触式扭矩传感机构。
图3。一种基于霍尔效应传感器的非接触式扭矩传感机构。图片由W.J.弗莱明提供，语义学者
它包括:
- 由铁磁材料制成的两个同向旋转定子环。定子环固定在与方向盘柱连接的扭力杆的输入端。我等下会解释什么是扭力杆。
- 具有南北磁交变的编码器环。这个编码器环连接到扭力杆的输出端。
- 一个或两个(冗余)霍尔效应传感器固定在定子环。
在解释这个扭矩传感器的操作之前，我们需要了解一下扭力杆的操作。
扭力棒基本上是一根具有弹簧特性的金属棒。如果我们固定扭力杆的一端，并对另一端施加一个扭矩，它将扭曲一个角θ，这是杆的长度和刚度的函数．扭力杆想要抵抗扭转效应，当扭矩被消除时，扭力杆将恢复到正常状态。下图显示了扭力杆在响应施加的扭矩时是如何扭转的。
图4。如何扭转扭转杆响应所施加的扭矩
现在，让我们看看这个扭矩传感器是如何工作的。关键是扭杆一端连接定子环，另一端连接编码器环。当驾驶员转动方向盘时，扭力杆轻微扭转，编码器环相对于定子环有角度移动。
当编码器环相对于定子环的位置发生变化时，霍尔效应传感器感知到的磁通也随之变化。这允许我们产生一个电信号，与驱动程序施加的扭矩有关。
有关此扭矩传感机构的更多信息，请参阅Moving Magnet Technologies S.A.的研究论文《电动助力转向用非接触式霍尔效应扭矩传感器的研制．”
Melexis的新型线性霍尔效应传感器集成电路
MLX91377由霍尔效应磁前端、模数转换器和一些内置的数字信号处理(DSP)模块组成。该器件测量垂直于IC的磁通密度，以不同的模式输出信息，即模拟模式、短PWM码(SPC)模式和单边小口传输(SENT)模式。
图5。MLX91377的框图。图片由Melexis
内置的信号处理资源允许设备提供高线性度和热稳定性。新设备支持高达160°C的宽工作温度。它采用双模、全冗余设计，适用于安全关键的汽车应用。
MLX91377可用于测量上述扭矩传感机构中的磁通量变化。现在我们熟悉使用霍尔效应传感器构建非接触式扭矩传感器的基础知识，让我们来看看MLX91377的一些重要特征。
MLX91377的DSP链
下图描述了新传感器的DSP链。
图6。DSP处理链从ADC到MLX91377的输出。图片由Melexis
这些块的几个参数是可编程的。这允许用户调整传感器的传递功能，并补偿由设计的磁和机械结构造成的误差。
例如，用户可以调整“偏移”值，将传感器的静态输出值放置在传递函数上的任何点上。
图7。默认抵消定位。图片由Melexis
为了补偿您在实践中可能遇到的非理想情况，MLX91377允许用户调整从图6中的节点Bz_DSP到传感器输出的传递函数。对于给定的应用，这可以显著增加传感器的线性度。MLX91377四点线性化的可编程参数如下所示。
图8。4点线性化参数的描述。图片由Melexis
如你所见，用户可以对上述传送曲线的七段进行编程。第一部分和最后一部分必须是平的。对于要求更高的应用程序，我们可以使用8点、17点或33点传递函数。33点传递函数如下图所示。
图9。33点线性化参数的描述。图片由Melexis
以上讨论的特性只是MLX91377的一些可编程参数。用户可以调整设计的其他几个方面。例如，用户可以调整系统的灵敏度漂移，以达到更高的热稳定性。
概括
在本文中，我们研究了MLX91377的一个主要使用案例:EPAS系统的扭矩测量。我们还简要介绍了该传感器的一些重要特性。
MLX91377可以实现可编程传递函数以增加系统的线性。这允许设计人员补偿可以从设计的磁性和机械结构中产生的非理想。此外，该装置可以被编程为校正传感器增益的热漂移。
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