3D磁感應(yīng)輔助汽車控制

感測(cè)汽車控制功能（例如檔位選擇器和轉(zhuǎn)向信號(hào)指示器）的位置和移動(dòng)是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要要求。然而，感測(cè) 3 軸運(yùn)動(dòng)并不簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)給工程師帶來(lái)了挑戰(zhàn)。這些范圍從物理設(shè)備尺寸和可靠性到功耗和成本。近推出的 3D 磁感應(yīng)技術(shù)正在幫助工程師應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

機(jī)電開(kāi)關(guān)是許多應(yīng)用（包括車輛）中常見(jiàn)的故障源。隨著時(shí)間的推移，觸點(diǎn)可能會(huì)腐蝕或燒壞，從而導(dǎo)致故障和給車主帶來(lái)不便，并可能損害汽車制造商的聲譽(yù)。因此，制造商更喜歡固態(tài)技術(shù)，例如基于磁信號(hào)霍爾效應(yīng)檢測(cè)的開(kāi)關(guān)，以盡可能提高可靠性并節(jié)省空間和成本。

我們?cè)陂_(kāi)車時(shí)常做的兩件事是發(fā)出轉(zhuǎn)彎信號(hào)和換檔。過(guò)去，汽車依靠大電流線束在車輛周圍傳輸信號(hào)和電力。如今，使用轉(zhuǎn)向指示燈或移動(dòng)變速桿向中央處理器發(fā)送高阻抗信號(hào)的可能性與物理切換某物的可能性一樣大。

隨著車輛控制變得更加復(fù)雜和多功能，趨勢(shì)是它們?cè)诙鄠€(gè)平面上移動(dòng)。許多配備自動(dòng)變速箱的現(xiàn)代汽車現(xiàn)在通過(guò)將變速桿移至不同的平面來(lái)提供順序控制，從而使感測(cè)位置的任務(wù)更加復(fù)雜。

3D磁感應(yīng)方法

有多種方法可以根據(jù)霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn) 3D 位置感測(cè)。如果要感測(cè)的運(yùn)動(dòng)有多個(gè)固定位置（在變速桿或轉(zhuǎn)向信號(hào)燈的情況下），一種方法是為每個(gè)可能的位置添加單獨(dú)的霍爾傳感器，從而產(chǎn)生多達(dá)七個(gè)傳感器元件，讓控制器知道通過(guò)知道哪個(gè)傳感器是“現(xiàn)場(chǎng)”的位置。

另一種方法也是基于霍爾但使用通量集中器，通過(guò)將兩對(duì)正交傳感元件集成到 CMOS IC 上來(lái)減少所需的傳感器元件數(shù)量。增強(qiáng)磁場(chǎng)并提高靈敏度和信噪比的鐵磁薄膜也沉積在 IC 表面上。

通過(guò)使用多種減法和加法算法，可以準(zhǔn)確感測(cè)與 IC 水平運(yùn)行的磁場(chǎng)分量（BX 和 BY 分量）以及垂直磁場(chǎng)分量 (BZ)。這些模擬電壓然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理確定終的位置。

雖然從技術(shù)角度來(lái)看，這些解決方案中的每一個(gè)都是可行的，但它們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)中并不理想——尤其是在汽車應(yīng)用中。使用多個(gè)傳感器需要大量空間，并且隨著更多組件的添加，可靠性將不可避免地受到影響。第二種方法有一些優(yōu)點(diǎn)，但算法和后處理所涉及的復(fù)雜性——更不用說(shuō)需要校準(zhǔn)單個(gè)傳感器——意味著它不是一個(gè)理想的解決方案。

第三種替代方案利用基于霍爾的傳感器，該傳感器能夠同時(shí)確定磁源的 x、y 和 z 坐標(biāo)，以構(gòu)建傳感器周圍磁場(chǎng)的 3D 圖像（圖 1 ）。

圖 1 與多傳感器解決方案相比，3D 解決方案可節(jié)省空間、成本和時(shí)間。

TLE493D -A1B6 3D 傳感器將垂直和水平霍爾板集成到單個(gè) IC 中，從而在操作中檢測(cè)平面和垂直面。當(dāng)磁鐵移動(dòng)時(shí)，傳感器會(huì)立即識(shí)別出至少一個(gè)磁場(chǎng)分量的變化。

傳感器架構(gòu)由圖 2所示的三個(gè)主要構(gòu)建塊組成。

圖 2 TLE493D-A1B6 3D 磁傳感器框圖

傳感器單元包含霍爾板并測(cè)量所有三個(gè)方向的磁場(chǎng)。將垂直霍爾板用于平面組件可使傳感器實(shí)現(xiàn)高磁調(diào)和精度 (±1%)，從而實(shí)現(xiàn)的角度測(cè)量。