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Monolithic Power Systems quiere que los codificadores ópticos corran por su dinero. La demostración del MPS mCar EV mostró sensores de posición de ángulo y control de movimiento en electrónica 2018.

En electrónica 2018, hubo varias demostraciones centradas en la automoción en los stands, a veces incluso exhibiciones de lujosos autos de F1 patrocinados por compañías de electrónica. Entre ellos se encontraba una pantalla única no enfocada en el automóvil: un vehículo eléctrico diseñado específicamente para demostrar el control de movimiento y los sensores angulares.

Monolithic Power Systems no es necesariamente la primera compañía que viene a la mente cuando piensa en los vehículos eléctricos, especialmente en el verdadero mar de anuncios de vehículos eléctricos y productos relacionados con la automoción en electrónica u otros programas populares. Sin embargo, estaba sentado el mCar, la demostración de MPS en su stand, un vehículo eléctrico sin duda interesante con ruedas giratorias que avanzaba lentamente por el piso de la sala de exhibición.

El mCar roaming gratis en el video de demostración de MPS.

El ingeniero mecánico de MPS y diseñador principal del mCar Aaron Quitugua-Flores explica que el mCar es una creación del CEO Michael Hsing. Al parecer, Hsing ama los vehículos y determinó que un EV personalizado atraería la atención de MPS. El problema, por supuesto, era que MPS no tenía el taller de máquinas requerido para desarrollar tal proyecto.

Así que, simplemente, Quitugua-Flores fue contratado para construir uno.

Durante el último año y medio, un equipo construyó un taller mecánico en San José y diseñó, fabricó y creó la integración electrónica para el mCar, en asociación con un equipo con sede en China que manejó los aspectos de control del motor.

El mCar, en general, representa un proyecto sumamente ambicioso para desarrollar un EV para demostrar productos que no necesariamente tienen EV en mente.

El mCar haciendo donas con sus neumáticos giró hacia adentro en el video MPS

Entonces, si MPS no es lo que viene a la mente cuando uno piensa en automotriz, ¿cómo encaja el mCar en la electrónica? MPS no es ajeno a los componentes relacionados con la energía, a los sistemas de información y entretenimiento en la industria automotriz, pero nada de lo que Quitugua-Flores llama una "macroescala".

"Hemos hecho que varias personas pregunten, asumo en tono de broma: '¿Podemos comprar el auto?'", Dice. "Y esa es parte de la razón por la que queríamos construir algo como esto. Queríamos que las personas que no necesariamente saben lo que hace MPS puedan entrar y comenzar una conversación".

Si bien MPS no intenta vender un automóvil, el mCar muestra varias funciones que uno puede necesitar en sus propias aplicaciones. Además de mostrar los componentes principales de MPS (reguladores de potencia, reguladores de voltaje, convertidores de voltaje, etc.), el mCar espera demostrar dos funciones principales:

• elementos de control del motor
• sensores de posición angular

Módulos de control de motor inteligentes

El mCar muestra varios módulos de motor inteligentes. Estos incluyen un motor BLDC acoplado con un módulo de control integrado ya conectado al motor. "Con eso", agrega Quitugua-Flores, "tenemos un sensor de posición del rotor y un control orientado hacia el campo integrado en el mismo chip. La placa asociada, también montada en el motor, incluye controladores de motor y una MCU local. El objetivo es Hacer que la integración en aplicaciones sea muy ágil ".

Un módulo de control de motor en el mCar.

Los desarrollos iniciales del mCar incluían solo la detección de ángulo magnético, pero la iteración actual muestra la detección integrada de ángulo magnético con el control de los motores de CC sin escobillas (BLDC). En esencia, muestra la capacidad de "controlar todo junto" en un solo paquete.

Aunque los motores inteligentes no están listos para el espacio automotriz, los BLDC se están volviendo más dominantes en muchas otras aplicaciones, como la robótica.

Sensor de ángulo magnético sin contacto

Más allá de los motores inteligentes, la detección de ángulos es lo que MPS espera que las personas eliminen de la demostración de mCar, ya que son aplicables para muchos sistemas hoy en día.

En el mCar, un ejemplo son las características drive-by-wire. "En nuestro automóvil", dice Quitugua-Flores, "el volante está completamente accionado por cable, por lo que no hay una conexión mecánica entre el volante y los neumáticos reales que giran. Tenemos un sensor de ángulo magnético que detecta el ángulo del volante y convierte eso a lo que debe ser el ángulo del neumático para varios modos de dirección ".

En la imagen de abajo, un sensor angular MPS, indicado por el LED azul a la derecha, está montado directamente en la columna de dirección en el otro lado del tablero de instrumentos, detectando cuando el conductor gira la rueda.

De izquierda a derecha, el volante, el tablero de instrumentos y el sensor angular miden el ángulo de la columna de dirección.

En este caso, la información del sensor se envía de forma inalámbrica al resto del automóvil para indicar a las ruedas que giren, etc. Esto, dice Quitugua-Flores, es una característica restante del desarrollo del mCar donde los comandos de dirección debían ingresarse de forma remota antes Se añadió un asiento de conductor.

El sensor angular unido a la columna de dirección, junto con la placa y la antena envían señales de forma inalámbrica a las ruedas, etc.

El mismo sensor de ángulo magnético giratorio se utiliza tanto en el acelerador como en los pedales de freno, enviando datos de forma inalámbrica o mediante señales cableadas. Al igual que en el volante, los pedales de freno y aceleración están equipados con sensores angulares directamente en el punto de giro para medir el ángulo en el que se presiona el pedal.

Un sensor angular asentado en el punto de pivote de los pedales.

"Todo el mundo asume que, en algún momento, todo será por cable o inalámbrico, inalámbrico. En cierta medida, es como mirar hacia el futuro", agrega Quitugua-Flores.

Pero, por supuesto, el mCar no pretende revolucionar el espacio EV todavía. "Dado que esta es una aplicación de I + D, no tenemos que pensar de inmediato en el tipo de normas de seguridad NHTSA (Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras)".

Control de suspensión: sensores angulares y control de motor

Otro aspecto del mCar que no es probable que aparezca en las configuraciones automotrices tradicionales, sin embargo, es una de las cosas que Quitugua-Flores cree que hacen que la demostración sea tan genial. El asiento de cabina / conductor del automóvil gira libremente, suspendido de los módulos de suspensión delanteros y traseros. Como explica Quitugua-Flores, el centro de gravedad se coloca de tal manera que, cuando el conductor gira una vuelta, se inclina hacia la curva, esencialmente como un avión o una motocicleta. "[The driver is] empujado hacia abajo en el asiento en lugar de empujado lateralmente fuera del asiento ".

La vista desde debajo del mCar cuando el asiento del conductor sobre se inclina en un giro. GIF cortesía de Monolithic Power Systems

Esta es una demostración de los sensores y los sistemas de control de motores que funcionan en tándem.

Quitugua-Flores explica el sistema así: "Podemos conectar uno de nuestros sensores de ángulo y detectar esa posición de rotación. Tomamos esa información y la enviamos a nuestro control de suspensión. Tenemos un diseño para nuestros amortiguadores con un motor BLDC y nuestro smart El motor integrado allí puede cambiar la longitud de cada amortiguador y, por lo tanto, cambiar la curvatura, que es la inclinación vertical de cada rueda. El escenario ideal es que, cuando el cuadro se inclina en una vuelta, la suspensión cambie de tal manera que los neumáticos también se inclinarán en la misma dirección … En esencia, es como una motocicleta de cuatro ruedas ".

El sensor angular de arriba está conectado directamente al eje que suspende la cabina del conductor. Este sensor le dice a la suspensión cómo comportarse para permitirle al conductor una conducción suave.

Obviamente, esto no es algo que sea parte de los vehículos típicos, pero existen versiones de este tipo en vehículos eléctricos utilitarios en su mayoría conceptuales urbanos e incluso en algunos vehículos todo terreno.

Una batalla de precisión: Sensores magnéticos contra codificadores ópticos

El mCar muestra algunos de los sensores y el control de movimiento necesarios para hacer que una demostración de EV se ejecute de manera efectiva, pero esto no es necesariamente una aplicación de alta precisión. Para los sistemas que requieren alta precisión, MPS también tiene un brazo robótico con siete grados de libertad en la cabina.

Dentro del brazo, explicó Jake Beahan de Productive Robotics, hay 16 sensores angulares MPS, cada uno indicado por un LED azul. Esta demostración es para mostrar que las aplicaciones de precisión son ciertamente posibles para la generación actual de sensores MPS.

El brazo robótico pasó su tiempo en la electrónica pasando con cuidado pelotas de fútbol de un soporte a otro para demostrar el control de precisión.

Para aplicaciones de mayor precisión, sin embargo, MPS tendrá que mejorar su juego.

La competencia actual, dice Quitugua-Flores, son los codificadores ópticos que pueden lograr la misma funcionalidad que estos sensores de ángulo magnético.

"Un codificador óptico requiere un disco y una fuente de luz y el disco montado en cualquier elemento giratorio que tenga. Un ejemplo común es el eje de un motor. Este disco se montaría en un eje del rotor y una fuente de luz asociada haría brillar una luz a través de las rendijas. que se cortan en el disco. A través de diferentes métodos de corte de las ranuras en el disco … puede obtener una detección posicional de muy alta precisión ".

Comparen esto, dice, con la solución magnética de MPS: "Todo lo que necesitamos es un simple disco diametralmente magnetizado que esté unido a cualquier elemento giratorio que tenga y luego tenemos un IC: solo para nuestro sensor de ángulo simple, es un IC de 3 mm por 3 mm "Eso está directamente delante de este disco o montado en el lado de ese disco magnético. Por lo tanto, no tenemos ningún contacto con el elemento giratorio". Desde esta perspectiva, es una cuestión de simplificación, la diferencia entre "un IC simple" y "una configuración óptica completa, que incluye la fuente de luz, lo que sea necesario para interpretar la luz, filtrar la luz y luego hacer el disco, dependiendo de El nivel de precisión requerido ".

La capacidad de MPS para fabricar un IC, dice, "también puede reducir los costos bastante", lo que puede ser un punto difícil al comparar estas dos tecnologías. "El costo", dice, "y, hasta cierto punto, la complejidad para implementar [optical encoders] Puede ser una barrera para algunos. Utilizar los antecedentes y el conocimiento de MPS con los circuitos integrados … es donde sentimos que podemos hacer una diferencia ".

El camino hacia soluciones magnéticas más precisas

Para convencer a los clientes de reemplazar sus codificadores ópticos con soluciones magnéticas, MPS deberá demostrar la capacidad de producir productos capaces de detectar la posición de alta precisión. El camino hacia estas soluciones más precisas, dice Quitugua-Flores, tiene mucho que ver con el procesamiento y filtrado de datos. Esencialmente, todo se reduce al desarrollo del software.

"Con el magnetismo", dice, "algunos de los problemas que podemos tener son que el imán no es perfectamente simétrico o que el montaje del imán con respecto al sensor no es lo ideal. Por lo tanto, no tenemos linealidades con el campo magnético. que es el elemento principal que necesitamos para detectar la posición. Por lo tanto, con nuestro desarrollo de software, podemos superar esas imperfecciones en el montaje y la producción de los diversos componentes. Así que esa es una de las cosas en las que nuestro equipo está trabajando en este momento: cómo Hacer que el procesamiento sea confiable y efectivo para obtener ganancias de precisión ".

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Algunos de los conceptos demostrados en el mCar tienen posibilidades de gran alcance en la industria automotriz. Sin embargo, sus sistemas tienen una amplia relevancia para las aplicaciones que se desarrollan en la actualidad, incluso cuando se demuestran de una manera única y ambiciosa.

¿Cuál es tu impresión del mCar? ¿Tiene alguna idea de la comparación entre los codificadores ópticos y los sensores de ángulo magnético? Comparte tus pensamientos en los comentarios a continuación.