Ин таҳқиқот барои чен кардани ҷараён дар ноқилҳои ҷараёни баланди воситаҳои нақлиёти барқӣ бе буридани ноқил ва бе маҷбур кардани гузаронидани кабел аз дохили ҳалқаи пӯшидаи сенсор, сенсори бетаъсири тамос бо сохтори кушодаи нимдоиравӣ таҳия мекунад. Ба ҷойи такя ба як навъи сенсори магнитӣ, система чор сенсори эффекти Hall ва ду сенсори магнитомуқовимати туннелӣ (Tunneling Magnetoresistance, TMR)-ро дар як массиви нимдоиравӣ муттаҳид мекунад. Ҳадаф истифодаи диапазони васеи ченкунии сенсори Hall ва ҳассосияти баланди сенсори TMR дар як меъмории ченкунӣ мебошад.

Массиви сенсорҳо дар тахтаи микросхемаи чопии тақрибан 50 × 70 mm ҷойгир шудааст ва дар тасвири таҳқиқот минтақаи кушодаи ченкунӣ барои кабелҳои диаметрашон камтар аз 5 cm нишон дода мешавад. Ҳассосияти чор сенсори Hall Allegro A1324 ба 5 mV/Gs ва диапазони хаттии майдон ба ±10 Gs баробар аст; барои ду сенсори TMR2905 диапазони ҳассосият 45–65 mV/V/Oe ва диапазони хаттии майдон ±5 Gs дода шудааст. Намунаҳои майдони магнитӣ аз шаш мавқеи гуногун на танҳо барои ҳисоб кардани ҷараён, балки барои баҳодиҳии он истифода мешаванд, ки кабел аз маркази геометрӣ чӣ қадар дур шудааст ва ноқили дигари ҷараёндори наздик ченкуниро то чӣ андоза халалдор мекунад.

Дар озмоишҳои лабораторӣ ҷараёни ҳадаф аз 10 A то 210 A бо қадамҳои 20 A тағйир дода шуд. Вақте ки ноқил дар маркази массиви сенсорҳо қарор дошт, дақиқии миёнаи ченкунии системаи гибридӣ %99,05 гузориш шуд. Сенсорҳои Hall дар минтақаи ҷараёни пасти 10–50 A дақиқии %96,69–98,49 нишон доданд ва дар ҷараёнҳои зиёда аз 130 A аз %99 болотар монданд. Сенсорҳои TMR дар диапазони 30–170 A дақиқии зиёда аз %99 таъмин карданд, аммо бинобар аз ҳад гузаштани маҳдудияти хаттии ±5 Gs дар 210 A дақиқӣ то %96,36 коҳиш ёфт.

Қисми дуюми таҳқиқот ба хатои марказкунии кабел, ки дар монтажи воқеӣ пешгирии он душвор аст, тамаркуз мекунад. Вақте ки маркази кабел аз маркази геометрии массиви сенсорҳо дур мешавад, масофаи сенсорҳо то ноқил дигар баробар намемонад ва майдони магнитии ченшуда асимметрӣ мегардад. Муҳаққиқон алгоритми ҷубронсозиро таҳия карданд, ки аз фарқҳои нормализатсияшудаи майдони магнитии байни ҷуфтҳои сенсорҳо андоза ва самти эксентриситети ноқилро ҳисоб мекунад. Дар қисми озмоишӣ барои мавқеи (+0,2 mm, +0,2 mm) дақиқии миёнаи гурӯҳи Hall %97,07, дақиқии гурӯҳи TMR дар диапазони кори мувофиқ %99,48 ва дақиқии умумии системаи гибридӣ %97,69 гузориш шудааст. Барои инҳирофҳои калонтар (+0,6 mm, +0,6 mm) ва (+1,0 mm, +1,0 mm) нишон дода шуд, ки дақиқии ҳар ду гурӯҳи сенсорҳо тадриҷан коҳиш меёбад.

Мушкилоти сеюм халали магнитиест, ки аз дигар ноқилҳои ҷараёндор дар ҳамон бастаҳои кабелӣ ба вуҷуд меояд. Муҳаққиқон моделеро пешниҳод карданд, ки тақсимоти майдони магнитии чандманбаъро тақрибан ҳамчун инҳирофи эквивалентии мавқеи як ноқили виртуалӣ ифода мекунад. Дар озмоишҳо бо як ноқили берунии халалрасони 210 A миёнаи дақиқии сенсорҳои Hall дар диапазони пурраи 10–210 A %92,71 ва миёнаи сенсорҳои TMR %97,51 дода шудааст. Миёнаро барои TMR дар минтақаи кори хаттии 10–170 A %98,00 ташкил медиҳад. Усул дар халали заиф муваффақтар аст; ҳар қадар майдони халал қавитар шавад ё манбаъ ба массиви сенсорҳо наздиктар гардад, хатои равиши як манбаи виртуалӣ бештар мешавад.

Аҳамият аз дидгоҳи Туркия: Таҳқиқот меъмории ҷолиби сенсориро барои чен кардани ҷараён бе буридани кабел дар идоракунии батареяи воситаҳои нақлиёти барқӣ, электроникаи қувва, мониторинги кабелҳои баландшиддат ва системаҳои пуркунӣ пешниҳод мекунад. Аммо озмоишҳо на дар бастаи воқеии кабелии автомобил, балки дар лаборатория ва то ҳадди аксар 210 A гузаронида шудаанд. Пеш аз татбиқ дар инфрасохтори автомобилӣ ё пуркунии Туркия, халали чандманбаъ дар бастаҳои воқеии кабелӣ, тағйироти ҳарорат, ларзиш, таҳаммулҳои истеҳсолӣ, устувории дарозмуддати калибрченкунӣ ва шароити ҷараёни баландтар бояд мустақилона санҷида шаванд. Худи таҳқиқоти манбаъ низ муҳитҳои серзичи бисёрноқилиро яке аз самтҳои асосии санҷиши оянда медонад.

Чаро сенсори бетаъсири ҷараён таҳия карда мешавад?

Системаҳои идоракунии батарея, бастаи батареяи баландшиддат, гардонандаи муҳаррики барқӣ, пайванди DC, пуркунандаи дохили автомобил ва табдилдиҳандаҳои DC/DC дар воситаҳои нақлиёти барқӣ пайваста аз маълумоти ҷараён истифода мебаранд. Усулҳои анъанавии ба шунт асосёфта ба ноқил аз ҷиҳати электрикӣ пайваст мешаванд, дар ҳоле ки сенсорҳои ба майдони магнитӣ асосёфта метавонанд ҷараёнро бе пайвасти галваникӣ ба ноқил баҳогузорӣ кунанд.

Аммо ченкунии бетаъсир низ мушкилоти хоси худро дорад. Агар кабел дақиқ дар маркази сенсор ҷойгир нашавад, тақсимоти майдони магнитӣ вайрон мешавад. Ноқили дигари ҳамон бастаи кабелӣ ба майдони ҷараёни ҳадаф майдони магнитии иловагӣ зам мекунад. Ҳадафи асосии таҳқиқот танҳо сохтани сенсори хеле ҳассос нест, балки ворид кардани ин ду мушкили воқеии монтаж ба алгоритми ченкунӣ мебошад.

Сенсори Hall ҷараёнро чӣ гуна ҳис мекунад?

Дар эффекти Hall интиқолдиҳандагони заряд, ки аз нимноқил мегузаранд, дар майдони магнитии перпендикуляр ба самти ҷараён ба қувваи Лоренс дучор мешаванд. Ҷамъшавии зарядҳо дар як канор шиддати Hall-ро ба вуҷуд меорад. Дар таҳқиқот ин робитаи физикӣ ҳамроҳ бо қонуни даврии Ampère истифода шуда, ба ҷараёни кабел пайваст карда мешавад:

\[ V_H= \frac{R_H I_C}{d}B \]

ва барои зичии ҷараёни магнитӣ дар атрофи ноқили росту дарози ҷараёндор:

\[ B \propto \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \]

робита истифода мешавад. Дар ин ҷо \(I\) ҷараёнест, ки бояд чен карда шавад, \(r\) масофаи байни сенсор ва маркази ноқил, \(\mu_0\) гузаронандагии магнитии вакуум ва \(B\) зичии ҷараёни магнитиест, ки сенсор ҳис мекунад.

Ин робита ҳамзамон мушкили асосии таҳқиқотро шарҳ медиҳад: агар маркази кабел ҷой иваз кунад, \(r\) дар ҳамаи сенсорҳо ба як миқдор тағйир намеёбад. Аз ин рӯ, барои як ҷараёни воқеӣ сенсорҳо бузургиҳои гуногуни майдонро мебинанд.

Чаро сенсори TMR ҳамроҳ бо сенсори Hall истифода мешавад?

Дар асоси сенсори TMR Magnetic Tunnel Junction, яъне пайванди туннелии магнитӣ қарор дорад. Ду қабати ферромагнитӣ бо монеаи хеле тунуки изолятсионӣ ҷудо мешаванд. Вақте ки самтҳои магнитизатсияи қабатҳо параллел ё зиддипараллеланд, эҳтимоли туннелгузарии электронҳо аз монеа ва дар натиҷа муқовимати электрӣ тағйир меёбад.

Дар таҳқиқот чор элементи TMR ҳамчун пули Wheatstone баррасӣ мешаванд. Ҳангоми набудани майдони магнитӣ пул дар тавозун аст ва:

\[ V_{out}=0 \]

қабул карда мешавад. Агар ҳангоми татбиқи майдон ҷуфтҳои муқовимат дар самтҳои муқобил тағйир ёбанд:

\[ V_{out} = V_{CC} \frac{\Delta R}{R} \]

робита ба даст меояд. Бо сабаби робитаи хаттии \(\Delta R\) бо майдони магнитӣ дар минтақаи хаттӣ, баромади TMR низ ба майдони магнитии аз кабел ба вуҷудомада ва аз ин рӯ ба ҷараён вобаста мешавад.

Бартарии TMR ҳассосияти баланд аст; нуқсони он дар он аст, ки диапазони хаттии ±5 Gs-и TMR2905 аз диапазони ±10 Gs-и Hall A1324 тангтар мебошад. Аз ин рӯ, таҳқиқот ду технологияро на ҳамчун ҷойгузини ҳамдигар, балки ҳамчун пурракунандаи ҳам истифода мекунад.

Чаро сенсори нимдоиравӣ муҳим аст?

Ҳангоми истифодаи сенсори ҳалқаи пӯшида кабел бояд аз сӯрохии сенсор гузаронида шавад. Дар геометрияи кушодаи нимдоиравии пешниҳодшуда бошад, кабел метавонад аз тарафи кушодаи сенсор ба минтақаи ченкунӣ ҷойгир карда шавад.

Дар нимдоира ҳамагӣ шаш нуқтаи ҳискунанда мавҷуд аст: чор Hall ва ду TMR. Ҷойгиршавии сенсорҳо дар кунҷҳои гуногун имкон медиҳад, ки ба ҷойи як арзиши майдони магнитӣ намунаи фазоии майдон гирифта шавад.

Вақте кабел аз марказ дур мешавад, чӣ рӯй медиҳад?

Дар ҳолати идеалӣ маркази ноқил дар маркази геометрии массив \(O(0,0)\) ҷойгир аст. Агар кабел ба масофаи \(d\) ва дар самти \(\theta\) ҷой иваз кунад, маркази он:

\[ O'=(d\cos\theta,d\sin\theta) \]

мешавад.

Агар координатаи сенсори i-ум \(S_i(x_i,y_i)\) бошад, масофаи нави ноқил–сенсор:

\[ d_i= \sqrt{ (x_i-d\cos\theta)^2+ (y_i-d\sin\theta)^2 } \]

ҳисоб карда мешавад.

Майдони назариявӣ дар ин мавқеъ:

\[ B_i= \frac{\mu_0 I}{2\pi d_i} \]

аст; бинобар ин дар сенсоре, ки ба ноқил наздик мешавад, майдон зиёд ва дар сенсоре, ки дур мешавад, кам мегардад.

Эксентриситет чӣ гуна муайян карда мешавад?

Муҳаққиқон аз фарқҳои нормализатсияшудаи майдони сенсорҳои муқобил ё дар мавқеъҳои геометрии гуногун истифода мекунанд. Мисоли асосӣ дар модели доиравӣ:

\[ ratio_1= \frac{B_1-B_3}{B_1+B_3} \]

ва:

\[ ratio_2= \frac{B_2-B_4}{B_2+B_4} \]

мебошад.

Дар MATLAB робитаи байни майдони магнитӣ ва инҳирофи кабел пешакӣ модел карда мешавад, аз фарқҳои нормализатсияшудаи ченшуда \(d\) ва \(\theta\) баҳогузорӣ мешаванд ва мавқеи ёфтшуда дубора ба ҳисоби ҷараёни сенсорҳо татбиқ мегардад.

Азбаски дар сохтори воқеии нимдоиравӣ сенсорҳо унсурҳои дақиқи муқобили як доира нестанд, таҳқиқот аз ҷамъбасти вазннок истифода мекунад:

\[ ratio_x= \frac{1}{M} \sum_{i=1}^{M} j_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad M=4 \]

ва:

\[ ratio_y= \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} k_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad N=3 \]

муайян карда шудааст.

Маҳдудияти муҳими такрорпазирӣ дар ин ҷо он аст, ки гуфта мешавад вазнҳои \(j_i\) ва \(k_i\) “мувофиқи кори сенсор” муайян шудаанд, аммо вазнҳои воқеии ададӣ дар мақола оварда нашудаанд.

Халали кабели ҳамсоя чӣ гуна модел карда мешавад?

Бигзор ҷараёни ноқили ҳадаф \(I_0\) ва ҷараёни ноқили халалрасони ҳамсоя \(I_1\) бошад. Майдони умумии дар ҳар сенсор ченшуда ҷамъбасти вектории майдонҳои ду ноқил аст:

\[ \mathbf{B}^{total}_i = \mathbf{B}_{0,i} + \mathbf{B}_{int,i} \]

Равиши аслии таҳқиқот ин аст, ки ин тақсимоти мураккаби думанбаъ тақрибан бо як “ноқили виртуалии эквивалентӣ” ифода карда шавад. Мавқеи ноқили виртуалӣ \(P_{eq}=(x_{eq},y_{eq})\) тавре ҷустуҷӯ мешавад, ки фарқи байни майдони эквивалентӣ дар нуқтаҳои сенсор ва майдони воқеии умумӣ камтарин бошад:

\[ \min_{x_{eq},y_{eq}} \sum_{i=1}^{N} \left\| \mathbf{B}^{eq}_i- \mathbf{B}^{total}_i \right\| \]

Ин модел аз ҷиҳати физикӣ кабели дуюмро нест намекунад. Аммо он кӯшиш мекунад майдони фазоии вайроншудаеро, ки сенсорҳо мебинанд, чунин тафсир кунад, ки гӯё ноқили ҳадаф аз марказ ба миқдори муайян ҷой иваз кардааст. Бо ин роҳ мантиқи ислоҳе, ки барои эксентриситет таҳия шудааст, ба мушкили халал низ татбиқ мешавад.

Verianla Live: Намоиши раванд дар runtime аз ҷадвали илмии намоён сохта мешавад; ҷадвал ҳамчун source-of-truth-и илмӣ нигоҳ дошта мешавад.

Модели халал дар кадом шароитҳо душворӣ мекашад?

Бо MATLAB R2024b панҷ ҳолати симулятсия таҳқиқ карда шуд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки халал ҳам ба бузургии ҷараён, ҳам ба масофа ва ҳам ба масофаи массиви сенсорҳо аз ноқили асосӣ вобаста аст.

Verianla Live: Арзишҳои Ҷадвали 2-и манбаъ бе тағйир нишон дода шудаанд.

Яке аз равшантарин муқоисаҳои ҷадвал Case 1 ва Case 2 мебошад. Ҳангоми собит будани таносуби халал/ҷараёни асосӣ 0,1 ва масофаи массив–ноқили асосӣ 3 cm, наздик шудани манбаи халал аз 5 cm ба 2 cm хатогиро аз %4,18 то %8,59 зиёд мекунад.

Дар муқоисаи Case 1 бо Case 4, ҳангоми якхела мондани масофаҳо ва афзоиши таносуби халал аз 0,1 то 0,4, хато аз %4,18 то %14,77 зиёд мешавад. Дар Case 2 ва Case 5 ҳамин афзоиши таносуб хатогиро аз %8,59 то %26,21 мерасонад.

Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки равиши як манбаи виртуалӣ дар майдонҳои халали заиф ва миёна муваффақтар аст, аммо дар халалҳои қавӣ ва наздик тағйироти фазоии дараҷаи баланди майдони воқеии чандманбаъро бо ҳамон дақиқӣ ифода карда наметавонад.

Зиддияти Case 1–Case 2 дар матни манбаъ

Шарҳи баъди Ҷадвали 2 дар таҳқиқот Case 1 ва Case 2-ро мисол оварда, мегӯяд, ки дар халали заиф хатогиҳо “пайваста аз %5 паст” мебошанд. Аммо хатои нашршудаи Case 2 %8,59 аст.

Дар ҳамон матн таъсири наздик шудани манбаи халал тавассути Case 1 ва Case 3 шарҳ дода шудааст. Дар ин ду ҳолат на танҳо масофаи халал, балки масофаи массив–ҷараёни асосӣ низ тағйир меёбад ва хатои нашршуда аз %4,18 то %3,49 коҳиш меёбад. Аз ин рӯ, байни шарҳи манбаъ ва Ҷадвали 2 номутобиқии равшан вуҷуд дорад.

Дастгоҳи воқеии озмоишӣ чӣ гуна ташкил карда шуд?

Дар системаи лабораторӣ бори электронии барномарезишаванда, ки то 1000 A таъмин карда метавонад, истифода шуд. Кабели асосии сиёҳи 6 AWG ҷараёни ҳадафро мебурд, дар ҳоле ки кабели сурхи параллел халали электромагнитиро ба вуҷуд меовард. Платаи таҳияи бар асоси STM32 баромадҳои Hall ва TMR-ро ҷамъоварӣ, коркард ва натиҷаро дар вақти воқеӣ нишон медод.

Ҳар канали сенсор пеш аз ченкунӣ барои офсети сифр ва коэффисиенти тақвият калибр карда шуд. Сипас ҷараён аз 10 A то 210 A бо қадамҳои 20 A тағйир дода шуд.

Вақте ноқил дақиқ дар марказ аст, кадом сенсор беҳтар аст?

Ҳеҷ як технологияи ягонаи сенсор дар тамоми диапазони ҷараён бартарии мутлақ надорад.

Сенсори Hall дар 10–50 A дақиқии %96,69–98,49 нишон медиҳад. Манбаъ инро бо ҳассосияти нисбатан паст дар ҷараёни кам мепайвандад. Дар зиёда аз 130 A бошад, бо бартарии диапазони хаттии ±10 Gs дақиқӣ устуворона аз %99 баланд мемонад.

Сенсори TMR дар 30–170 A дақиқии зиёда аз %99 таъмин мекунад. Аммо дар зиёда аз 170 A дақиқӣ коҳиш ёфта, дар 210 A ба %96,36 мерасад. Муҳаққиқон мегӯянд, ки майдони магнитӣ дар 210 A тақрибан ба 2,8 баробари ҳадди болоии хаттии TMR2905 мерасад ва сенсорро ба сершавии амиқ мебарад.

Бо омезиши ду гурӯҳ, дақиқии миёнаи система дар шароити идеалии марказонидашуда %99,05 гузориш шудааст.

Ҷубронсозии эксентриситет то чӣ андоза муваффақ аст?

Аввалин мисоли муфассал дар қисми озмоишӣ инҳирофи кабели (+0,2 mm, +0,2 mm) мебошад. Модели назариявӣ пешбинӣ мекунад, ки ин инҳироф бе ҷубронсозӣ тақрибан %10 хатои системавӣ ба вуҷуд меорад.

Пас аз ҷубронсозӣ таҳқиқот чунин натиҷа медиҳад:

Шакли 12 инчунин мавқеъҳои (+0,6 mm, +0,6 mm) ва (+1,0 mm, +1,0 mm)-ро нишон медиҳад ва ошкор мекунад, ки бо зиёд шудани офсет дақиқӣ дар маҷмӯъ коҳиш меёбад.

Дар ин ҷо фарқи муҳими дохили манбаъ чунин аст: гарчанде дар хулосаи кӯтоҳ ва натиҷа барои эксентриситет %97,07 дода шудааст, дар матни озмоиш %97,07 миёнаи Hall аст ва барои системаи муттаҳидшуда %97,69 навишта шудааст.

Дар зери халали беруна кадом сенсор устувортар аст?

Дар озмоишҳо ҷараёни кабели халалрасон 210 A дода шуда, масофаҳои 5, 12 ва 20 cm нисбат ба массиви сенсорҳо арзёбӣ шудаанд.

Verianla Live: Муқоиса аз миёнаҳои нашршудаи Hall ва TMR дар ҳамон диапазони 10–210 A истифода мекунад.

Агар танҳо минтақаи бештар хаттии 10–170 A-и сенсори TMR гирифта шавад, дақиқии миёна %98,00 дода шудааст.

Муҳаққиқон мегӯянд, ки вақте таносуби халал/ҷараёни асосӣ \(k\) хурд аст, модел самараноктар мебошад ва дар майдонҳои халали қавӣ равиши як манбаи эквивалентӣ хатои боқимондаи бештар мегузорад. Ифодаҳои остона дар бахшҳои гуногуни манбаъ комилан яксон нестанд: дар муҳокимаи назариявӣ гуфта мешавад, ки хато тақрибан дар \(k>0,2\) муҳим мегардад ва барои аксари барномаҳои ҳадаф \(k<0,3\) интизор аст; дар қисми озмоиш бошад навишта шудааст, ки фурӯнишонӣ махсусан дар \(k<0,2\) қавӣ аст ва дар \(k>0,5\) кор тадриҷан бад мешавад.

Дақиқии халали %94,31 аз куҷо меояд?

Хулосаи кӯтоҳ ва қисми натиҷа дақиқии умумиро дар зери халали беруна %94,31 медиҳад. Дар қисми озмоишӣ бошад ин рақам барои маҷмӯи гибридӣ дар сатри ҷудогона шарҳ дода нашуда, барои Hall %92,71 ва барои TMR %97,51 дода шудааст.

Азбаски массиви сенсорҳо чор Hall ва ду TMR дорад, миёнаи вазнноки 4:2 танҳо аз рӯйи шумораи сенсорҳо:

\[ \frac{4}{6}(92{,}71) + \frac{2}{6}(97{,}51) = 94{,}31 \]

натиҷаро дақиқ тавлид мекунад. Ин мувофиқати математикӣ ҷолиб аст. Бо вуҷуди ин, манбаъ мегӯяд, ки вазнҳои омезиш на танҳо ба шумораи сенсорҳо, балки ба хатогиҳои миёнаи онҳо дар калибрченкунии ибтидоӣ низ вобастаанд ва коэффисиентҳои воқеии \(w_H\), \(w_T\)-ро нашр намекунад. Аз ин рӯ, усули дақиқи ҳисобкунии %94,31 аз матни манбаъ пурра бозсозӣ намешавад.

Оё ин сенсор воқеан дар дохили автомобил санҷида шудааст?

Не. Санҷиши таҷрибавӣ дар дастгоҳи лаборатории рӯйи миз анҷом дода шудааст. Гарчанде таҳқиқот воситаи нақлиёти барқӣ, бастаи кабелҳои баландшиддат ва барномаҳои пуркунии зудро ҳамчун соҳаҳои ҳадафи истифода нишон медиҳад, озмоиши физикӣ бо инҳо маҳдуд аст:

як ноқили асосӣ, як ноқили халалрасон, муҳити лаборатории назоратшаванда ва ҷараёни санҷишӣ то ҳадди аксар 210 A.

Манбаъ дар муқаддимаи худ мегӯяд, ки ҷараёнҳои пуркунии зуд метавонанд ба 200–500 A расанд ва дар баъзе ҳолатҳои қувваи баланд аз 600 A зиёд шаванд. Аммо санҷиши таҷрибавии прототипи таҳияшуда дар 210 A анҷом меёбад. Аз ин рӯ, кори сенсор дар ҷараёнҳои хеле баландтари пуркунии зуд дар ин таҳқиқот таҷрибавӣ нишон дода нашудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад ва дастгирӣ намекунад

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад: Массиви нимдоиравии шашэлементаи Hall–TMR метавонад дар шароити лабораторӣ барои ченкунии ҷараёни DC-и 10–210 A дақиқии баланд таъмин кунад. Элементҳои Hall ва TMR дар минтақаҳои гуногуни ҷараён якдигарро пурра мекунанд. Алгоритми эксентриситет бар асоси фарқҳои нормализатсияшудаи майдон таъсири инҳирофҳои хурди монтажиро кам мекунад ва модели майдони эквивалентӣ барои як кабели ҳамсоя метавонад махсусан дар шароити халали заифтар хатои ченкуниро коҳиш диҳад.

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад: Нишон дода нашудааст, ки сенсор дар ҳамаи муҳитҳои воситаҳои нақлиёти барқӣ %99 дақиқӣ медиҳад; он дар бастаҳои зичи бисёркабелӣ санҷида нашудааст; ҳарорати баланд ё давраҳои васеи ҳароратӣ санҷида нашудаанд; ларзиши автомобил ва дрейфи дарозмуддати сенсор омӯхта нашудаанд; кори физикӣ аз 210 A боло тасдиқ нашудааст; сершавии майдони баланди элементи TMR бартараф нашудааст; дар воситаи нақлиёти барқии воқеӣ санҷиши роҳ ё санҷиши саҳроии баландшиддат анҷом дода нашудааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Таҷҳизоти сенсор

Натиҷаи озмоиши марказонидашуда

Озмоишҳои эксентриситет

Дар Шакли 12-и таҳқиқот се сатҳи инҳироф нишон дода шудааст:

Барои ҳолати (+0,2 mm, +0,2 mm) манбаъ тақрибан %10 хатои назариявии бе ҷубронро интизор аст. Дар матни озмоиш пас аз ҷубронсозӣ дақиқии системаи муттаҳидшуда %97,69 аст.

Озмоишҳои халали беруна

Омезиши сенсорҳо

Пас аз ҷубронсозии эксентриситет, баҳогузориҳои ҷудогонаи ҷараёни гурӯҳҳои Hall ва TMR:

\[ I_{final} = w_H I_H+ w_T I_T \]

бо ҷамъбасти вазнноки собити ҳамин шакл муттаҳид мешаванд.

Манбаъ мегӯяд, ки коэффисиентҳои \(w_H\) ва \(w_T\) пешакӣ аз рӯйи шумораи сенсорҳо ва хатогиҳои миёнаи хоси калибрченкунии ибтидоӣ муайян шудаанд. Аммо арзишҳои воқеии ададии коэффисиентҳо дода нашудаанд. Аз ин рӯ, алгоритми омезишро аз натиҷаҳои нашршуда ба таври якба-як бозсозӣ кардан мумкин нест.

Маҳдудияти номуайянии таҷрибавӣ ва такрор

Таҳқиқот мефаҳмонад, ки каналҳо барои офсети сифр ва тақвият калибр шудаанд, аммо дар натиҷаҳои асосии озмоиш шумораи такрорҳои мустақил, инҳирофи стандартӣ, хатҳои хато, фосилаҳои эътимод ё номуайянии умумии ченкунӣ гузориш нашудаанд. Ҳамчунин дар бахши усул бо муодилаи равшан муайян нашудааст, ки арзиши “measurement accuracy” дар графикҳо бо кадом формула ҳисоб шудааст.

Аз ин рӯ, арзишҳои монанди %99,05, %97,69 ё %94,31 нишондиҳандаҳои кори дар таҳқиқоти манбаъ нашршуда мебошанд; ин матни Verianla ба онҳо сатҳи эътимоди омории дар манбаъ мавҷуднабуда илова намекунад.

Муҳимтарин натиҷаи муҳандисӣ аз нигоҳи илмӣ

Саҳми асосии таҳқиқот аз як фоизи баланди дақиқӣ васеътар аст. Он дар як сенсор се сатҳро муттаҳид мекунад: ҷойгиркунии осони кабел бо геометрияи механикии кушода; массиви гетерогении сенсорҳо, ки аз бартариҳои гуногуни физикии Hall ва TMR истифода мекунад; ва ҷубронсозии математикӣ, ки кӯшиш мекунад мавқеи кабел ва халали ноқили ҳамсояро аз намунаи фазоии майдони магнитӣ барорад.

Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо нишон намедиҳанд, ки сенсор ба сатҳи маҳсулоти воқеии дохили автомобил расидааст. Махсусан сершавии TMR дар ҷараёни баланд, хатои модели эквивалентӣ дар халали қавии наздик ва ҳанӯз санҷида нашудани бастаҳои бисёркабелӣ маҳдудиятҳои асосии марҳилаҳои минбаъдаи рушд мебошанд.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Design and Optimization of a Non-Contact Current Sensor for EVs Based on a Hybrid Semi-Circular Array of Hall-Effect and TMR Elements

Муаллифон ва тартиби аслӣ: Xiaopeng Yuan; Haoyu Wang; Lei Zhang.

Муаллифи масъул: Lei Zhang.

Ҳиссаи баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ изҳороте дар бораи ҳиссаи баробар ё муаллифии якуми баробар нест.

Муассисаҳо: College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha, China; Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Shenzhen, China.

Маҷалла: Vehicles.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / мақола: 8 / 2 / 27.

DOI: 10.3390/vehicles8020027.

Раванди нашр: 21 Ноябр 2025 қабул, 10 Январ 2026 бозбинӣ, 18 Январ 2026 пазируфта ва 1 Феврал 2026 нашр шудааст.

Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи таҳқиқотии тақризшуда мебошад. Моделсозии математикии майдони магнитӣ, симулятсияи MATLAB ва озмоишҳои физикии лаборатории ченкунии ҷараёнро якҷо дар бар мегирад.

Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/vehicles8020027

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY) иҷозатномаи дастрасии кушода.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби Hunan Province Natural Science Foundation 2022JJ30759; NSFC 62004224; ва Central South University State Key Laboratory of High-Performance Complex Manufacturing ZZYJKT2019-13 дастгирӣ шудааст.

Дастрасии маълумот: Манбаъ мегӯяд, ки маълумот дар дохили мақола мавҷуд аст.

Тазоди манфиатҳо: Муаллифон тазоди манфиатҳоро гузориш накардаанд.

Ҳиссаи муаллифон: Консептуализатсия, усул, нармафзор, санҷиш, таҳлили формалӣ, таҳқиқот, захираҳо, идоракунии маълумот, тарҳи аввал, визуализатсия, машварат ва идоракунии лоиҳа аз ҷониби Xiaopeng Yuan; бозбинӣ ва таҳрир аз ҷониби Haoyu Wang ва Lei Zhang; ҷалби маблағгузорӣ аз ҷониби Lei Zhang иҷро шудааст.

Ёддошти диапазони таҷрибавии ҷараён: Хулосаи кӯтоҳ ва натиҷа ибораи диапазони 0–210 A-ро истифода мекунанд; протоколи воқеии санҷиш дар бахши усул аз 10 A то 210 A бо қадамҳои 20 A иҷро шудааст. Аз ин рӯ, 0 A ҳамчун нуқтаи ченкунии ҷараёни муқаррарӣ қисми сканери таҷрибавӣ нест.

Ёддошти дақиқии эксентриситет: Дар хулосаи кӯтоҳ ва натиҷа дақиқии эксентриситет %97,07 гузориш мешавад, дар ҳоле ки дар Бахши 4.2.2 %97,07 миёнаи диапазони пурраи гурӯҳи Hall, %99,48 натиҷаи TMR дар диапазони мувофиқ ва %97,69 дақиқии системаи муттаҳидшуда мебошад. Арзишҳо ба як метрика якҷо карда нашудаанд.

Ёддошти дақиқии халали беруна: Дар хулосаи кӯтоҳ ва натиҷа дақиқии умумии халал %94,31 дода мешавад, дар ҳоле ки Бахши 4.2.3 барои Hall %92,71 ва барои TMR %97,51 миёнаи диапазони пурра медиҳад. Миёнаи оддии вазнноки 4:2 мувофиқи чор Hall ва ду TMR %94,31-ро тавлид мекунад; аммо чун манбаъ коэффисиентҳои воқеии омезишро нашр намекунад, ин арзиш ҳамчун қадами ошкори ҳисоб дар манбаъ тасдиқ намешавад.

Номувофиқии Ҷадвали 2: Матни манбаъ мегӯяд, ки хатогиҳои Case 1 ва Case 2 аз %5 пастанд; дар Ҷадвали 2-и нашршуда хатои Case 2 %8,59 аст. Дар ҳамон бахш таъсири масофаи халал бо муқоисаи Case 1–Case 3 шарҳ дода мешавад, аммо дар ин ду ҳолат параметри геометрии дуюм низ тағйир меёбад ва хато аз %4,18 то %3,49 кам мешавад.

Маҳдудияти такрорпазирии модели эксентриситет: Вазнҳои j_i ва k_i дар модели нимдоиравӣ дар манбаъ ба таври ададӣ дода нашудаанд.

Маҳдудияти такрорпазирии омезиши сенсорҳо: Мантиқи муайян кардани коэффисиентҳои w_H ва w_T, ки баҳогузориҳои ҷараёни Hall ва TMR-ро муттаҳид мекунанд, шарҳ дода шудааст, аммо арзишҳои воқеии коэффисиентҳо гузориш нашудаанд.

Маҳдудияти сершавии TMR: Манбаъ гузориш медиҳад, ки аз сабаби диапазони хаттии ±5 Gs-и TMR2905 дар 210 A майдон тақрибан 2,8 баробари ҳадди болоии хаттии сенсор мешавад ва дақиқии TMR то %96,36 поён меравад. Аз ин рӯ, ҳассосияти баланди TMR-ро ба тамоми минтақаи ҷараёни баланд бе маҳдудият умумӣ кардан мумкин нест.

Маҳдудияти модели халал: Модели як манбаи виртуалии эквивалентӣ тағйироти фазоии дараҷаи баланди майдонро дар халалҳои қавӣ ё хеле наздик пурра ифода карда наметавонад. Дар симулятсияи MATLAB, дар вазнинтарин шароити Case 5 хато ба %26,21 мерасад.

Маҳдудияти автомобили воқеӣ: Таҳқиқот санҷиши роҳ дар воситаи нақлиёти барқӣ ё санҷиши бастаи воқеии кабелҳои баландшиддат нест. Озмоиши физикӣ дар дастгоҳи лаборатории назоратшаванда гузаронида шудааст.

Маҳдудияти бисёркабелӣ: Санҷиши халали беруна танҳо бо як манбаи ҷараёни ҳамсоя анҷом дода шудааст. Манбаъ ба таври равшан мегӯяд, ки бисёр ноқилҳои наздики дар бастаҳои воқеии кабелии автомобил мавҷудбуда бояд дар таҳқиқоти минбаъда омӯхта шаванд.

Маҳдудияти санҷиши муҳитӣ: Дар таҳқиқот натиҷаҳои ҷудогонаи озмоишӣ оид ба сканери васеи ҳарорат, ларзиши автомобил, дрейфи дарозмуддат, пиршавӣ ё муҳити воқеии электромагнитии автомобил гузориш нашудаанд.

Маҳдудияти оморӣ: Дар графикҳои асосии кор такрорҳои мустақили озмоиш, инҳирофҳои стандартӣ, хатҳои хато ё фосилаҳои эътимод нишон дода нашудаанд. Аз ин рӯ, ба фоизҳои дақиқии нашршуда набояд қатъияти оморие илова шавад, ки дар манбаъ нест.

Физикаи сенсор, алгоритмҳо, параметрҳои озмоиш, натиҷаҳои ададӣ ва номувофиқиҳои дохили манбаъ дар ин шарҳи Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Санҷиши беруна танҳо барои тасдиқи ҳувияти библиографӣ, DOI, санаи нашр ва мақоми тақризшудаи маҷалла истифода шудааст.