新能源汽車(chē)設計的核心技術(shù)

中國汽車(chē)行業(yè)繼續穩坐全球汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量第一的“寶座”，但隨之而來(lái)的卻是一連串的社會(huì )問(wèn)題：原油對外依存度超過(guò)50%的國際公認安全警戒線(xiàn);汽車(chē)尾氣占城市廢氣超過(guò)65%…..新能源汽車(chē)為全球解決傳統能源汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題提供了最佳的機會(huì )，成為全球持續關(guān)注的熱點(diǎn)。在近日舉行的中國(重慶)汽車(chē)電子高峰論壇上，基于新能源汽車(chē)的電子設計也成為熱點(diǎn)話(huà)題。

　　“其實(shí)，除了不一樣的驅動(dòng)方式，新能源汽車(chē)與傳統汽車(chē)并無(wú)本質(zhì)的區別，更佳的駕駛與乘坐體驗和更高安全性依然是汽車(chē)設計的主要挑戰。”富士通半導體(上海)有限公司市場(chǎng)總監王鈺指出，“在舒適性和安全性上，視頻技術(shù)獲得越來(lái)越廣泛的應用，而電機作為新能源汽車(chē)的核心部件，高效率、高性能的控制技術(shù)是實(shí)現舒適性和安全性的重要保障。”在本屆論壇上，富士通向中國汽車(chē)電子廠(chǎng)商和整車(chē)廠(chǎng)商展示了解決新能源汽車(chē)設計挑戰的領(lǐng)先汽車(chē)電子系統解決方案。

　　電機控制是新能源汽車(chē)的關(guān)鍵

　　變頻概念近年來(lái)成為包括空調、洗衣機、電冰箱等家電產(chǎn)品的絕對熱點(diǎn)，其中的關(guān)鍵即是電機的控制技術(shù)。而作為新能源汽車(chē)的核心部件，電動(dòng)汽車(chē)電機控制要求更高——電機的平穩運轉、快速啟動(dòng)和制動(dòng)以及電機效率背后都涉及到電機控制的關(guān)鍵技術(shù)，將直接關(guān)系到電能利用效率、整車(chē)性能、駕駛體驗以及車(chē)輛行駛安全。

　　作為傳統消費和工業(yè)電機控制方案的全球主要供應商，富士通在新能源汽車(chē)電機控制上也走在了前列，其32位電機控制MCU MB91F267NA已經(jīng)取得不少成功應用。日前，富士通再次針對新能源汽車(chē)對電機控制的獨特需求，發(fā)布了3款電動(dòng)汽車(chē)電機控制MCU MB91580系列。作為高性能32位閃存嵌入微控制器(MCU)的FR家族成員，該系列產(chǎn)品可廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的電機控制。該系列節能汽車(chē)驅動(dòng)電機控制芯片擁有專(zhuān)用嵌入旋轉變壓器感應器接口，能夠開(kāi)拓性地控制電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的三相電機。

圖1：電機控制MCU發(fā)展路線(xiàn)圖

　　隨著(zhù)新能源汽車(chē)技術(shù)逐漸成熟，電機控制系統面臨越來(lái)越高的要求：用于無(wú)傳感器矢量控制的復雜算法和高級建模需要出色的處理能力;需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的綜合優(yōu)勢。MB91580系列就內置可適用于電動(dòng)及混合汽車(chē)電機控制的CPU內核和外設功能，值得一提的是旋轉變壓器感應器內置了專(zhuān)用接口電路，可降低系統成本，并通過(guò)實(shí)現驅動(dòng)電機必須的高轉矩響應控制過(guò)程達到改善電機運行和降低能耗的目的。

　　高效率、低成本地實(shí)現高轉矩汽車(chē)電機的控制過(guò)程極具挑戰性。MB91580系列通過(guò)集成關(guān)鍵外設功能實(shí)現了降低系統成本、高速反饋控制，達到改善電機運行和低能耗的目的。MB91580集成的主要功能特性還包括：具有高精度檢測電流和電機位置的12位A/D轉換器和R/D轉換器，R/D轉換器檢測電角度，與檢測三相電流的A/D轉換器同步;集成專(zhuān)用計算電路，因此可自動(dòng)計算內置R/D轉換器檢測到的電角度的正弦和余弦值。“除了解決方案本身的性能特性外，電機控制相關(guān)算法也非常關(guān)鍵。富士通可以提供包括成熟的180度變頻控制在內的各種核心關(guān)鍵算法，因此在新能源汽車(chē)的電機控制領(lǐng)域具有特殊的技術(shù)優(yōu)勢。”王鈺指出。

　　高性能電機控制系統通常包括核心伺服功能、運動(dòng)描述和主機通信功能，對處理器的處理能力提出了很高的要求。而MB91580系列內置高性能CPU內核，集成在160DMIPS高性能CPU內的專(zhuān)用浮點(diǎn)運算單元利用內置外設功能生成的信息處理向量轉換和PID控制運算，該特性通過(guò)實(shí)現進(jìn)一步快速反饋控制可以改善電機運行和降低能耗。

　　作為新能源汽車(chē)的核心部件。電機控制不僅關(guān)系著(zhù)整車(chē)性能還與行車(chē)安全息息相關(guān)。在富士通的電機控制MCU設計中充分考慮了安全特性，通過(guò)6大安全機制來(lái)保證系統運行的安全可靠，包括：在系統啟動(dòng)前進(jìn)行MCU的自我診斷、總線(xiàn)自診斷、RAM的自診斷;程序非法運行時(shí)非法輸出端口保護;系統運行期間進(jìn)行總線(xiàn)診斷、RAM錯誤糾正、閃存錯誤糾正。據透露，富士通在未來(lái)的產(chǎn)品計劃中，還將增加核心MCU的冗余設計(例如雙核或多核)以實(shí)現更強的系統保護。

　　

　　圖2：電機控制MCU融合了六大安全保障特性。

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