GMR汽车车轮传感的未来
2022年2月23日
GMR汽车车轮传感的未来
2022年2月23日
由罗斯Eisenbeis
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磁传感器广泛应用于现代汽车，用于测量运动部件的位置、旋转角度和电流流动。这些非接触式硅基传感器的多功能性、可靠性和经济性使它们特别适合汽车和工业应用。雷竞技最新网址
随着汽车电气化、计算机化控制系统和子系统可靠性监测的兴起，对系统来说，为车辆的每个车轮提供准确的旋转信息变得至关重要。几十年来，防抱死制动系统(ABS)一直依赖于这一信息。间接轮胎压力监测系统(iTPMS)通过计算不同轮胎车轮速度的相对差异来检测异常轮胎充气。牵引控制系统(TCS)通过测量车轮速度和调节功率来保持车轮以一致的速度旋转，从而保持车辆的稳定性。扭矩矢量通过控制应用于每个单独车轮的动力，使动态车辆控制达到令人难以置信的新水平。最后，先进的驾驶辅助系统(ADAS)，如自动停车和避碰，利用车轮速度信息进行精确和安全的闭环控制。
霍尔效应车轮速度传感器
所有这些突破性的技术都依赖于基于半导体的集成电路(ICs)，它可以测量磁场的变化，并生成与轮胎旋转相对应的增量编码输出。有两种常见的产生磁场的方案:可以在车轮上贴一个具有交变磁极的环形磁铁，或者在传感器上贴一个后偏压磁铁，同时在车轮上贴一个铁磁目标(如铁基齿轮)，在车轮旋转时使磁场偏转。
将磁场转化为可用电信号的最常用方法之一是霍尔效应。霍尔效应传感器集成电路包含了“霍尔元件”，其中包括一个导体(通常是掺杂硅)，电流通过导体和产生与磁场成比例的电压的侧端子。IC中的其他电路将霍尔电压放大，使用模数转换器(ADC)将其转换为数字信息，并应用数字处理来提取最精确的信号，并消除温度和偏移效应带来的误差。车轮速度传感器IC产生的终端信号由一系列与车轮转动直接对应的数字脉冲组成。
霍尔效应轮速传感器通常提供0.5%到2%的原始速度精度，允许的气隙范围为2到3毫米，这取决于所使用的目标。长期以来，这些传感器已经满足了标准制动系统的需求，并提供了与反向偏压磁铁配对时，感应环形磁铁或铁磁目标的灵活性。
GMR技术的进展
在过去的几年里，我们在Allegro已经开发和完善了最先进的巨磁电阻(GMR)技术，在车轮速度应用中表现出色。雷竞技最新网址当施加磁场时，我们的GMR设计产生的电压是霍尔元件的50倍以上，这转化为信噪比(SNR)的巨大提升。这允许IC在明显更大的气隙中感知，并输出具有极低抖动的周期信号。Allegro GMR采用了所谓的“自旋阀”架构，包括一个具有固定磁方向的参考层和一个与外部磁场对齐的自由层。
当磁场与参考层方向相同时，GMR元件具有相对较低的电阻。当施加的电场垂直于参考层时，元件的电阻变高。这种电阻的变化将应用磁场转换为IC的电畴。在物理层面上，元素的磁取向会影响电子的自旋状态，而电子自旋状态会影响电子散射率，从而改变元素的电阻(Cadugan, 2019)。
根据所使用的环形磁铁目标，Allegro GMR轮速传感器可以使用气隙大至4至8毫米。
这降低了机械装配公差要求，为大幅节约成本打开了大门。同样，传感器的额外间隙为车轮跳动和颠簸路面引起的突然气隙变化提供了余地。
减少抖动量转化为代表车轮精确运动的极其精确的输出，低至原始速度精度的0.02%。这种精度增强了iTPMS信号处理算法，使更好地区分适当的轮胎充气和异常情况成为可能。其他先进的车辆控制系统也可以从低抖动速度信号中受益。这项突破性的技术今天已经大量生产。
与业内使用的其他一些磁阻ic不同，Allegro GMR元件与其余硅整体集成，以获得最大的可靠性和最小的内部键合线。与霍尔效应的同类产品一样，GMR轮速传感器也可以测量磁场的差异，以提供共模噪声免疫和对系统环境变化的适应性。Allegro轮速传感器还可适应较宽的电压范围，可防止反向电池条件，经过标准电磁兼容(EMC)要求测试，并根据ISO 26262功能安全标准开发。
GMR感知未来
尽管巡航控制、前大灯角度校正、车道偏离警告和后置摄像头等驾驶辅助系统如今很常见，但汽车行业正朝着未来的完全自动驾驶迈进。这将以自动停车、免提自动驾驶，以及最终无人驾驶出租车的形式出现。未来的系统将需要更高水平的安全审查和传感器精度，Allegro团队正在不断开发新技术，以满足跨行业和用例不断变化的需求。
我们最近推出了业内首款高分辨率轮速传感器A19360．利用GMR技术捕获精确的磁信号，集成电路以数字方式生成额外增量，为车辆系统提供高分辨率的车轮旋转信息。这种新的IC产生的分辨率是标准轮速传感器的4倍(每个磁周期8个事件)，每增加5毫米的典型轮胎旋转。最重要的是，A19360还采用了专利算法，在振动和气隙突变时提供一致、稳定的输出。
我们还在齿轮齿速感知方面进行创新，引入了反向偏压GMR技术。提供无与伦比的大气隙性能和低抖动，这种新技术被发现在ATS19480(仅)和ATS19580(速度和方向)器件，它们具有完全集成的反偏压磁铁和电容，以增强EMC的鲁棒性。这些一体化传感器直接测量黑色齿轮的旋转，是为苛刻的汽车可靠性设计的。
作品的引用
布莱恩Cadugan。(2019年7月2日)。基于巨磁电阻(GMR)的Allegro ic．从Allegro微系统检索到的雷竞技竞猜下载。