Współczesne pojazdy stają się coraz bardziej zaawansowane, oferując kierowcom elektroniczną obsługę systemów rozrywki, komunikacji i nawigacji oraz sterowanie pracą silnika. Jednocześnie interfejs użytkownika musi pozostać prosty, aby wnętrze pojazdu nie było przeładowane kontrolkami rozpraszającymi kierowcę. Typowym rozwiązaniem tego problemu jest pojedyncze, centralne pokrętło, które pozwala przewijać opcje i wyświetlać menu dla różnych elementów systemu pojazdu. Ponieważ interfejs ten jest wykorzystywany podczas jazdy, wymaga stosowania niezawodnych rozwiązań gwarantujących długi czas pracy. Magnetyczne czujniki kąta, jako rozwiązanie bezkontaktowe, stanowią niezawodny sposób wykrywania pozycji pokrętła. Mogą również zastąpić mechaniczne przyciski, mierząc zmianę natężenie pola magnetycznego, gdy pokrętło jest naciskane lub zwalniane. Niektóre nowe, zaawansowane interfejsy oferują również haptyczne (dotykowe) sprzężenie zwrotne wykorzystujące pokrętło, zależnie od wybranej funkcji.

Codico oferuje czujnik MAQ470 firmy MPS, który jest wyposażony w wygodne interfejsy pozwalające na odczyt informacji o kącie i określenie kierunku i prędkości obrotowej (rys. 1). Informacja o kącie absolutnym jest podawana z rozdzielczością 12 bitów (3 sigma) za pomocą interfejsu SPI/SSI lub PWM. Sygnał PWM może być następnie poddany filtracji zewnętrznej w celu otrzymania analogowego napięcia naśladującego zachowanie potencjometru. Dostępny jest również interfejs kwadraturowego enkodera inkrementalnego ABZ z programowalnym licznikiem impulsów. Za jego pomocą można uzyskać informację o szybkości i kierunku obrotu, która ułatwia realizację funkcji przewijania menu lub regulacji głośności. Osiem programowalnych progów natężenie pola magnetycznego pozwala na wykrywanie zmian odległości między magnesem a czujnikiem, umożliwiając realizację bezkontaktowych przycisków służących do wyboru funkcji z menu.

Układ MAQ470 jest w stanie pracować w zakresie natężenia pola magnetycznego od 30 do 150 mT. Osiem wartości progowych można zaprogramować z krokiem około 15 mT.

Wykorzystanie silników elektrycznych w samochodach staje się coraz popularniejsze, pozwalając jednocześnie zwiększyć wydajność i sprawność układu napędowego, a także poprawić komfort jazdy poprzez automatyczną obsługę manualnych funkcji, takich jak kontrola pozycji siedzenia, kontrola klimatyzacji, automatyczne klamki oraz dodatkowe mechanizmy obsługujące drzwi, pokrywę bagażnika lub rozsuwane dachy.

W przypadku większych pojazdów, takich jak SUV, często spotykana jest automatyzacja drzwi ze względu na ich rozmiar i wagę. Poza wykrywaniem, czy drzwi są całkowicie zamknięte lub otwarte, ważna jest również kwestia bezpieczeństwa. System musi być w stanie wykryć, czy jakiś obiekt, na przykład ręka kierowcy, nie został zatrzaśnięty i szybko wyłączyć lub odwrócić bieg napędu, aby uchronić przed wypadkiem. To wymaga otrzymania szybkiej informacji zwrotnej o jakiejkolwiek zmianie prędkości obrotowej napędu. Czujniki takie jak MAQ430 oferują dwie potrzebne do tego celu funkcje. Po pierwsze, pozwalają na monitorowanie absolutnego kąta, szybkości, kierunku oraz liczby obrotów za pośrednictwem interfejsu SPI/SSI lub interfejsu enkodera inkrementalnego ABZ (rys. 2). Po drugie, w przypadku systemów z silnikami bezszczotkowymi, czujnik MAQ430 może emulować standardowe sygnały komutacji UVW wykorzystujące 3 czujniki, aby dostarczać do sterownika silnika informacje o odpowiednim momencie zasilenia każdej fazy. Dzięki czujnikowi MAQ430 silnik staje się bezszczotkową implementacją serwomechanizmu. Takie silniki występujące w pojazdach określane są czasem jako „CBA” – kompaktowe bezszczotkowe układy wykonawcze.

Rozmiar bywa kluczowym czynnikiem w przypadku układów wykonawczych – decyduje o możliwości zmniejszenia wagi pojazdu i zmieszczenia elementu w mechanizmie o niewielkich rozmiarach. Modele MAQ470 oraz MAQ430 są dostępne w małych obudowach QFN o wymiarach 3 x 3 mm, a typowy dysk magnetyczny montowany na czole wału może mieć średnicę 3 mm i wysokość 2 mm. Dzięki temu uzyskiwane rozwiązanie jest kompaktowe i tanie.

Inną użyteczną cechą omawianych czujników jest możliwość pracy w różnych topologiach wzajemnej pozycji magnesu i czujnika. Poza typowym umieszczeniem na osi wału, układy MAQ470 oraz MAQ430 obsługują też dwie konfiguracje w sąsiedztwie wału (rys. 3). Dostępne konfiguracje umożliwiają wybór różnych rozwiązań mechanicznych, a tym samym realizację bardziej kompaktowych projektów. Natomiast w przypadku systemów wymagających nadmiarowości w celu zapewnienia bezpieczeństwa, możliwe jest również umieszczenie dwóch czujników pod kątem 90° lub 180° w stosunku do osi wału.

W systemach, które nie wymagają ustalenia pozycji absolutnej, można wykorzystać wielobiegunowy pierścień magnetyczny, aby zwiększyć efektywną rozdzielczość czujnika. Czujnik obserwuje obrót o 360 stopni dla każdej pary biegunów magnetycznych znajdujących się w pierścieniu. Na przykład w systemie komutacji napędu można dzięki temu dopasować liczbę biegunów w pierścieniu do liczby biegunów w rotorze. Czujnik jest w stanie zapamiętać programowalną wartość przesunięcia, co pozwala na etapie produkcji wyrównać pozycję biegunów czujnika magnetycznego z biegunami rotora. Magnetyczne czujniki kąta MAQ470 oraz i MAQ430 są zgodne z wymaganiami AECQ klasy 1 i mogą pracować w zakresie temperatury od -40°C do +125°C. Dzięki temu nadają się do pracy w typowych warunkach występujących w kabinie kierowcy lub w nadwoziu. Układy te mieszczą się w małych 16-pinowych obudowach QFN o wymiarach 3 x 3 mm, a ich konstrukcja wyprowadzeń ułatwia obserwację jakości lutów podczas produkcji.

Czujniki MagAlpha MAQ470 oraz MAQ430 stanowią wysoce niezawodne, bezkontaktowe rozwiązanie umożliwiające pomiar kątów, pozycji oraz szybkości systemów samochodowych. Ich kompaktowe wymiary, wiele formatów danych wyjściowych i swoboda w rozmieszczeniu magnesów ułatwiają implementację tanich czujników kąta i układów wykonawczych.

Więcej informacji o wyżej przedstawionych produktach można uzyskać, kontaktując się z CODICO. Przedstawicielem handlowym firmy w Polsce jest Paweł Pajda, Pawel.Pajda@codico.com, tel. +48 124171083.