PUMBAA ელექტრომობილის ძრავის კონტროლერის ბლოკი (MCU) PMC10A

ავტომობილის ძრავის კონტროლერის მახასიათებლები:

(1) მაღალი ხარისხის: კონტროლერს აქვს მაღალი გადატვირთვის ტევადობა დაბალი სიჩქარით (ჩვეულებრივ, ნომინალურ დენის ორჯერ მეტი) და ფართო სუსტი მაგნიტური მუდმივი მანქანის ტევადობა მაღალი სიჩქარით.

(2) მაღალი ბრუნვის მომენტი: როდესაც საწყისი ბრუნვის მომენტი დიდია, კონტროლერს მოეთხოვება დაბალი სიჩქარით უფრო დიდი დენის გამომუშავება.

(3) დიდი სიჩქარე: უფრო მაღალი სიჩქარის დიაპაზონში, წამყვანი სისტემას სჭირდება უფრო დიდი მუდმივი სიმძლავრის არეალი, ამიტომ კონტროლერს უნდა ჰქონდეს ძლიერი, სუსტი მაგნიტური შესაძლებლობა.

(4) მაღალი ეფექტურობა: ახალი ენერგომოხმარების მქონე ავტომობილების ენერგია ფასდაუდებელია და წამყვანი სისტემის ეფექტურობა პირდაპირ გავლენას ახდენს დიაპაზონზე, ამიტომ წამყვანი სისტემის დანაკარგების მინიმიზაციისთვის საჭიროა წამყვანი სისტემის მაღალი ეფექტურობა.

შესავალი: ელექტრომობილების (EV) „სამელექტრო სისტემას“ (აკუმულატორი, ძრავა, ელექტრო მართვა) შორის, ძრავის მართვის ერთეულს (MCU) — ასევე ცნობილი როგორც ძრავის კონტროლერი — „სიმძლავრის ტვინს“ უწოდებენ. ზუსტი მეთაურის როლში ის აკუმულატორის ელექტრო ენერგიას ძრავის მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნის, რაც პირდაპირ განსაზღვრავს ავტომობილის დიაპაზონს, სიმძლავრის რეაგირებას და მართვის გამოცდილებას. ეს სტატია გაშიფრავს ამ ძირითადი კომპონენტის „ტექნიკურ პაროლს“ მისი აპარატურის სტრუქტურის, მუშაობის პრინციპებისა და ტექნიკური პრაქტიკის შესწავლით ისეთი წამყვანი ავტომწარმოებლებისგან, როგორიცაა Tesla და BYD.

I. ძრავის კონტროლერი: ელექტრომობილის „სიმძლავრის ტვინი“

ძრავის კონტროლერი (შემოკლებით, როგორც „ელექტრული მართვა“) ელექტროძრავის სისტემის ცენტრალური კერაა, რომელიც პასუხისმგებელია აკუმულატორის, ძრავის, სენსორების და ზედა დონის სისტემების (მაგ., აკუმულატორის მართვის სისტემა (BMS) და ავტონომიური მართვის სისტემა (ADS)) დაკავშირებაზე. მისი ძირითადი ღირებულება სამ ძირითად სფეროში აისახება:

​·ეფექტურობის ოპტიმიზაცია: ძრავის მუშაობის ზუსტი კონტროლით (მაგ., ველზე ორიენტირებული მართვა (FOC)), ის ძრავის ეფექტურობას 97%-ზე მეტს ზრდის.

​· სიმძლავრის რეაგირება: საშუალებას იძლევა ბრუნვის მომენტის მილიწამიან დონეზე რეგულირების (მაგ., Tesla Model 3-ის 0.1 წამიანი რეაგირება) აჩქარების/დამუხრუჭების მუშაობის ოპტიმიზაციისთვის.

· უსაფრთხოების უზრუნველყოფა: აკონტროლებს ისეთ პარამეტრებს, როგორიცაა ტემპერატურა და დენი, ააქტიურებს დამცავ მექანიზმებს (მაგ., გადახურების გამორთვა) ავარიების თავიდან ასაცილებლად.

მონაცემები აჩვენებს, რომ მაღალი ხარისხის ძრავის კონტროლერებს შეუძლიათ ელექტრომობილის დიაპაზონის 5%-15%-ით გაუმჯობესება, სიმძლავრის რეაგირების 0.2-0.5 წამით დაჩქარება და ელექტრომობილის ტექნოლოგიის ძირითადი ხელშემწყობი ფაქტორის როლის შესრულება „ორმაგი ნახშირბადის“ მიზნების მისაღწევად.

(მუშაობის პრინციპის დიაგრამა)

II. ძრავის კონტროლერის აპარატურული სტრუქტურა: „ნეირონული ქსელი“ ჩიპებიდან ინტერფეისებამდე

ძრავის კონტროლერის აპარატურული დიზაინი უნდა აბალანსებდეს „გამოთვლით სიმძლავრეს, საიმედოობასა და ღირებულებას“, ძირითადი კომპონენტებით, მათ შორის მთავარი მართვის ჩიპით, სენსორული ინტერფეისებით, საკომუნიკაციო მოდულებით, ენერგიის მართვის ბლოკით (PMU) და გაგრილების სისტემით (იხ. სურათი 1).

2.1 მთავარი მართვის ჩიპი: კონტროლერის „ტვინის ჩიპი“
მთავარი მართვის ჩიპი ძრავის კონტროლერის ბირთვია, რომელიც განსაზღვრავს მის გამოთვლით სიმძლავრეს და მართვის სიზუსტეს.

2.2 სენსორული ინტერფეისები: „ფიზიკური სამყაროს“ დამაკავშირებელი ხიდები
ძრავის კონტროლერმა უნდა მიიღოს რეალურ დროში ავტომობილის სტატუსის მონაცემები სენსორების მეშვეობით, საერთო ინტერფეისებით, მათ შორის:
​· დენის სენსორები: აკონტროლებენ ძრავის ფაზის დენს (სიზუსტე ±0.5%) ბრუნვის მომენტისა და სიმძლავრის გამოსათვლელად.
პოზიციის სენსორები: როგორიცაა რეზოლვერები და ენკოდერები, აფასებენ როტორის პოზიციას (სიზუსტე ±0.1°) ძრავის სინქრონული მუშაობის უზრუნველსაყოფად.
ტემპერატურის სენსორები: PT100 პლატინის რეზისტორები ან NTC თერმისტორები აკონტროლებენ ძრავის/კონტროლერის ტემპერატურას (სიზუსტე ±1°C).
​ძაბვის სენსორები: აკონტროლებენ აკუმულატორის ძაბვას (სიზუსტე ±0.1 ვ), რათა თავიდან აიცილონ გადაჭარბებული დატენვა/გადატვირთვა.

2.3 საკომუნიკაციო მოდულები: „ავტომობილისა და ღრუბლის ინტეგრაციის“ გასაღები
ძრავის კონტროლერი სხვა სატრანსპორტო საშუალებებთან კომუნიკაციას ახდენს ისეთი პროტოკოლების მეშვეობით, როგორიცაა:
CAN ავტობუსი: აკავშირებს BMS-ს (აკუმულატორის მართვა), ADS-ს (ავტონომიური მართვა) და ინსტრუმენტების პანელს მონაცემების (მაგ., დატენვის მდგომარეობა (SOC), სიჩქარე, გაუმართაობის კოდები) 500 კბიტ/წმ სიჩქარით გადასაცემად.
​·Ethernet: უზრუნველყოფს მაღალი სიჩქარით მონაცემთა გადაცემას სენსორებისთვის, როგორიცაა HD კამერები და LiDAR-ები, 1 გბიტი/წმ სიჩქარით.
უსადენო კომუნიკაცია: მხარს უჭერს OTA განახლებებს (მაგ., Tesla იყენებს 4G/5G-ს ძრავის მართვის ალგორითმების განახლებისთვის).

(MCU)

III. მომავლის ტენდენციები: ძრავის კონტროლერების „ინტელექტიზაცია“ და „ინტეგრაცია“

ელექტრომობილების „ინტელექტუალური მობილობის ტერმინალებად“ გადაქცევის პარალელურად, ძრავის კონტროლერების ფუნქციები და მუშაობა გააგრძელებს გაუმჯობესებას. ყურადღებას იმსახურებს სამი ძირითადი ტენდენცია:

3.1 ინტეგრაცია: „მრავალდომენიანი შერწყმის“ ერთიანი დიზაინი

ტრადიციული ძრავის კონტროლერები, ინვერტორები და სენსორები დამოუკიდებელი კომპონენტებია (მოცულობითი და ძვირადღირებული). მომავლის ძრავის კონტროლერები ინტეგრაციას შემდეგი გზით მიაღწევენ:

· SoC + ინვერტორის ინტეგრაცია: ძრავის კონტროლერის ინვერტორულ IGBT/SiC მოწყობილობებთან გაერთიანება ერთ ჩიპში (მაგ., Tesla-ს „სამი ერთში“ ელექტროძრავის სისტემა), რაც ამცირებს მოცულობას 40%-ით და ღირებულებას 25%-ით.

· ჩაშენებული სენსორები: ტემპერატურისა და დენის სენსორების ინტეგრირება ძრავის კონტროლერში (მაგ., ADI-ს ADuCM410) გარე გაყვანილობის შესამცირებლად (გაუმართაობის მაჩვენებლის 30%-ით შემცირება).

3.2 მაღალი ეფექტურობა: 800 ვ მაღალი ძაბვის პლატფორმები და ფართო ზოლიანი მოწყობილობები

800 ვოლტიანი მაღალი ძაბვის პლატფორმები (მაგ., Porsche Taycan, XPeng G9) ამცირებენ დენს (I=P/UI = P/UI=P/U-ს მეშვეობით) გაყვანილობის დანაკარგების მინიმიზაციის მიზნით. ფართო ზოლის მქონე მოწყობილობების (მაგ., SiC MOSFET-ების) გამოყენება ზრდის ძრავის კონტროლერის ეფექტურობას (SiC მოწყობილობებს აქვთ 50%-ით ნაკლები გამტარობის დანაკარგები, ვიდრე სილიკონზე დაფუძნებულ IGBT-ებს), რაც ელექტროძრავის ეფექტურობას 98%-ზე მეტად ზრდის (მაგ., Huawei DriveONE ძრავის კონტროლერი აღწევს პიკურ ეფექტურობას 98.5%).

3.3 ინტელექტიზაცია: კოევოლუცია ავტონომიურ მართვასთან

ძრავის კონტროლერები ღრმად ინტეგრირდებიან ავტონომიურ მართვის სისტემებთან (ADS), რათა დასრულდეს „აღქმა-გადაწყვეტილების შესრულება“ ციკლი:

​· აღქმის სინერგია: მიიღეთ ADS-ის „მართვის განზრახვა“ (მაგ., „აჩქარება 80 კმ/სთ-მდე 2 წამში“) ძრავის ბრუნვის მომენტის წინასწარ დასარეგულირებლად და უეცარი აჩქარების თავიდან ასაცილებლად.

· გადაწყვეტილების სინერგია: მართვის სტრატეგიების ოპტიმიზაცია მანქანური სწავლების ალგორითმების (მაგ., გაძლიერებული სწავლება) მეშვეობით, რათა ავტომატურად გადართოთ მართვის რეჟიმები გზის პირობების მიხედვით.

​· შესრულების სინერგია: „პერსონალიზებული მართვის რეჟიმების“ (მაგ., სპორტული/კომფორტული/ეკო) მხარდაჭერა და პარამეტრების დინამიური კორექტირება OTA განახლებების საშუალებით (მაგ., Tesla-ს „მორგებული ბრუნვის მომენტის მრუდი“).

(MCU-ს მუშაობის პრინციპის დიაგრამა)

დასკვნა

ელექტრომობილის ძრავის კონტროლერი არის ძირითადი კვანძი, რომელიც აკავშირებს „ელექტროენერგიას“ და „მექანიკურ ენერგიას“. მისი სტრუქტურული დიზაინის (მაგ., მრავალბირთვიანი SoC, SiC მოწყობილობები) და მუშაობის პრინციპების (მაგ., FOC ალგორითმები, ენერგიის აღდგენა) გარღვევამ პირდაპირ განაპირობა ელექტრომობილების ეფექტურობა, ინტელექტი და უსაფრთხოება.

მომავალში, ინტეგრაციის, მაღალი ეფექტურობისა და ინტელექტუალური ტექნოლოგიების ღრმა ინტეგრაციით, ძრავის კონტროლერები ელექტრომობილებში „ორმაგი ნახშირბადის“ მიზნების მიღწევის მთავარ ხელშემწყობ ფაქტორად იქცევა, რაც ჩვენი მობილობისთვის მეტ შესაძლებლობებს გახსნის.