使用BLDC電機助力機械掃描激光雷達實(shí)現360度視場(chǎng)

我們都知道駕駛汽車(chē)時(shí)看清路面至關(guān)重要。而在實(shí)施自動(dòng)駕駛等技術(shù)時(shí)，對這點(diǎn)要求得更為嚴格。自動(dòng)駕駛汽車(chē)的“眼睛”被稱(chēng)為光檢測和測距（激光雷達）技術(shù)，可提供汽車(chē)周?chē)h(huán)境的精確圖像。激光雷達使用光源和傳感器來(lái)檢測物體。

激光雷達系統的視場(chǎng) (FOV) 決定了激光雷達能夠捕捉到的圖像的寬度，因此該視場(chǎng)對于自動(dòng)駕駛決策算法十分重要。擴大FOV的方法有很多種，其中之一就是利用機械掃描，使用電機幫助實(shí)現360度FOV。無(wú)刷直流 (BLDC) 電機可以實(shí)現此目標，且高效低噪，因此廣受歡迎。

 圖1展示了激光雷達模塊，圖2展示了配備激光雷達的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

圖1 激光雷達模塊

圖2 配備激光雷達的自動(dòng)駕駛汽車(chē)

配備機械掃描激光雷達的自動(dòng)駕駛汽車(chē)

典型的激光雷達模塊由光源和傳感器組成，可實(shí)現120度FOV。遺憾的是120度的視場(chǎng)對于自動(dòng)駕駛環(huán)境來(lái)說(shuō)遠遠不夠。要實(shí)現360度全方位FOV，需要用一個(gè)由置于旋轉平臺上的光源和傳感器組成的機械掃描激光雷達將汽車(chē)周?chē)男畔鹘o汽車(chē)的高級駕駛輔助系統。旋轉平臺以能讓光源和傳感器實(shí)現360度無(wú)縫掃描的速度旋轉，準確反饋圖像位置。鑒于平臺重量比較輕，可以使用約40W的電機。

BLDC電機非常適合這些旋轉平臺，并且可以使用霍爾效應傳感器實(shí)現BLDC電機換向。圖3顯示了機械掃描激光雷達的框圖。

圖3 機械掃描激光雷達框圖

如何驅動(dòng)BLDC電機

有幾種方法可以驅動(dòng)約40W的BLDC電機。您可以搭配使用具有梯形換向算法的微控制器 (MCU) 以及集成三相BLDC柵極驅動(dòng)器和外部金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)。如果您的設計需要應用尺寸較小的電路板和功率較低的電機，您可以考慮將具有集成MOSFET的三相柵極驅動(dòng)器（如DRV8316）和具有換向算法的MCU以及三個(gè)用于位置反饋的霍爾效應傳感器搭配使用。DRV8316集成了高側和低側相加導通狀態(tài)電阻 (RDS(on)) 為95mΩ的MOSFET，并提供全面的故障覆蓋范圍，以實(shí)現診斷目的。

也可以使用集成了控制算法的電機驅動(dòng)器（如MCT8316Z）來(lái)驅動(dòng)BLDC電機，該電機驅動(dòng)器集成了傳感器梯形控制，無(wú)需進(jìn)行電機控制軟件開(kāi)發(fā)。MCT8316Z集成了MOSFET，該MOSFET高側和低側相加RDS(on)與DRV8316一樣，也是95mΩ。外部搭配內務(wù)處理型MCU，可與MCT8316Z進(jìn)行通信以設置配置參數并提供簡(jiǎn)單的旋轉命令（如速度和方向）。

MCT8316Z具有直流/直流降壓轉換器，可為電路板上的內務(wù)處理型MCU或其他電路提供電流，這種配置有助于為機械掃描激光雷達電機驅動(dòng)器節省布板空間。DRV8316 和MCT8316Z的工作電壓均為4.5V至35V，非常適合汽車(chē)的12V電池應用。借助8A峰值電機繞組電流支持，這些驅動(dòng)器可以在24V電源下實(shí)現高達70W的電機功率，足以驅動(dòng)激光雷達系統的旋轉平臺。

 MCT8316Z提供串行外設接口 (SPI)，高度可配置，盡管系統設計人員可能會(huì )選擇使用硬件接口選項，而非SPI來(lái)配置常用設置?？赏ㄟ^(guò)SPI讀取的內部驅動(dòng)器寄存器提供詳細的故障診斷結果，萬(wàn)一旋轉平臺中的電機出現問(wèn)題，該結果可提供診斷幫助。圖4顯示了MCT8316Z的簡(jiǎn)化使用示例。

圖4 MCT8316Z電機控制示例

配備機械掃描激光雷達的自動(dòng)駕駛汽車(chē)是汽車(chē)領(lǐng)域一次令人振奮的進(jìn)展。自動(dòng)駕駛汽車(chē)帶來(lái)的便利提高了乘駕體驗，讓您渴望擁有這樣一輛汽車(chē)去州際公路旅行。