随着各国政府出台举措来推动减少内燃机 (ICE) 汽车排放的温室气体，原始设备制造商 (OEM) 纷纷将机械系统重新设计为电子控制系统。高水平的系统连接和智能技术使自动驾驶汽车成为现实，因此市场对电子产品和软件算法的需求不断增长，以符合包括国际标准化组织 (ISO) 26262 在内的各项安全要求。
传感器，尤其是角度传感器，在需要满足功能安全标准的系统中不可或缺。它有助于监控和提供扭矩和角度信息，而这些信息是高效驱动或运行各种汽车系统所必需的。
设计EPS系统
电动助力转向系统 (EPS) 由转向柱、电子控制转向电机以及电子感应与控制机制组成。当驾驶员转动方向盘时，由电机（通常是无刷直流电机）协助转向，这取代了传统的机械和液压系统。
EPS 系统的优点包括运行更快且更智能、减少二氧化碳排放、提高燃油效率并增强用户体验。驾驶员在方向盘界面提供系统输入。传感器检测电机轴的位置和方向盘的旋转，并将数据发送到电子控制单元 (ECU)。图 1 突出显示了 EPS 系统的基本元素。
图1 EPS系统
设计EPS系统所需的组件包括微控制器、传感器、电源、电机驱动器和晶体管。这些组件对于系统高效通信和运行至关重要。如图2所示，控制器局域网是用于连接车辆ECU的总线标准。
图2 EPS系统方框图
德州仪器 (TI)的TMAG6181-Q1是各向异性磁阻(AMR)角度传感器。它具有集成信号调节放大器，能够提供与所施加平面磁场的方向相关的差分正弦和余弦模拟输出。
TMAG6181-Q1的延迟低于2µs，角度误差仅为0.4度，有助于大大提高系统性能和效率。传感器的集成匝数计数器可以跟踪电机在正常运行模式下最高32,000转/分(rpm)的转速和低功耗模式下最高8,000 rpm的转速。它还能支持多种器件和系统级诊断功能，可检测、监控和报告器件运行期间的故障。例如，在睡眠或故障模式下，TMAG6181-Q1 AMR传感器的输出将进入高阻抗状态。建议使用下拉或上拉电阻，以确保微控制器能够检测故障。
要处理 AMR 输出信号并提取EPS电机或方向盘的角度位置，通常需要外部微控制器。TMAG6181-Q1中的AMR角度传感器可用于单端或差分输出模式；后一种模式可消除系统中的共模干扰。来自AMR传感器的差分输出正弦和余弦信号与所施加磁场的角度成正比。AMR传感器的输出电压与电源电压成比例，以确保外部ADC能够参考电源电压。
图3展示了一个典型应用图，其中差分输出信号SIN_P、SIN_N、COS_P和COS_N连接到外部微控制器中的四个单端模数转换器，而外部微控制器与EPS系统中的ECU通信。
图3 单端输出模式下的TMAG6181-Q1
如果有的话，建议使用差分ADC，因为它能够提高可靠性。要获得高精度，负载电容器和电阻必须相互匹配。TMAG6181-Q1可直接在AMR输出引脚上驱动高达10nF的容性负载，并驱动拉电流和灌电流高达1mA的电阻负载。这可实现 EPS 系统的平稳可靠运行。
为简化合规性，针对TMAG6181-Q1提供了ISO 26262系统设计文档，其中汽车安全完整性等级高达B级。
设计电动自行车和电动踏板车系统
电动自行车是包含五个关键组件的自行车：电机、电池、控制装置、传感器和显示屏。电机是电动自行车不可或缺的一部分，可用于在脚踏期间提供所需的额外电力。如图 4 中的方框图所示，若要高效可靠地旋转电机（可安装在前部、中央或后部），需要角度传感器。
