5 原型设计和基准测试

虽然仿真有助于初步设计和可行性评估，但验证实际性能需要原型设计和基准测试。仿真排除了未实现的变量，因此没有完全匹配实际测试用例所需的所有参数。基准测试揭示了仿真与具有制造和组装公差的制造系统之间的一些可能差异。

图 5-1 显示了本应用手册中介绍的径向制造设计以及用于进行性能基准测试的设置。在该设置中，Newport URS50BCC 旋转台旋转电子换挡器换档杆，同时一个 python 程序收集 Newport 角度和 TMAG5170D 磁通测量值和角度计算值。收集数据后，会将从 TMAG5170D 收集的第一个角度与 Newport 报告的第一个角度进行比较，并从 TMAG5170D 的所有后续计算角度中减去这两个值之间的差值，以进行单点校准。随后，计算 Newport 和偏移的 TMAG5170D 角度之间的差值，以确定单点校准角度误差，单位为度，如图 5-2 所示。

图 5-1 测试设置分解图

图 5-2 单点校准

通过绘制经过单点校准的数据与 Newport 角度（被视为绝对角度参考点）的关系图，图 5-3 中的数据看起来是线性的并与参考相似，但没有图 5-2 中所示的精确 1:1 关系。为了尽可能地减小绝对角度源与从 TMAG5170D 获得的角度之间的差值，可以进行两点或更多点校准。本演示中使用了移动边界来进行两点校准。然后，使用了边界点之间的差值来确定描述从 TMAG5170D 计算的角度与误差之间关系的公式所对应的系数，如图 5-4 所示。

图 5-3 角度比较

图 5-4 两点校准方法

方程式 1. $y=\mathrm{mx}+b$ 方程式 2. $y=\mathrm{error}$ 方程式 3. $x=\mathrm{1\; pt\; calibrated\; TMAG5170\; data}$ 方程式 4. $m=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$ 方程式 5. $b=y_2-m{x}_2$ 方程式 6. ${\mathrm{Angle}}_{\mathrm{Cal}}={\mathrm{Angle}}_{\mathrm{TMAG}}+(m\times {\mathrm{Angle}}_{\mathrm{TMAG}}+b)$

通过两点校准，我们得到了图 5-5。这些结果显示最大误差在 -0.5° 和 0.12° 之间，而不是之前 -0.8° 和 0.63°之间的误差。这表明最大误差可以校准为低至 ±0.5°，误差范围缩小了近 60%。通过将校准扩展到三点，得到了图 5-6。该集合的误差为 -0.15° 到 0.14°，与单点校准相比，误差范围缩小了 80%。

图 5-5 两点校准

图 5-6 三点校准

由于电子换挡器需要冗余，传感器之间的误差也是一个非常重要的指标。图 5-7 至图 5-10 显示了在每个器件上不同传感器之间观察到的差异度数。检查发现，未进行校准时，误差范围大致为 ±0.6 度，而进行单点校准时，误差范围偏移为 -1.2 至 0.2。从单点校准是将两个传感器起始角归零这个角度来看，这一点很合理。涉及更多点的校准可以补偿误差，因此每增加一个校准点，误差范围都会有所缩小。

图 5-7 传感器间的无校准误差

图 5-9 传感器间的两点校准误差

图 5-8 传感器间的单点校准误差

图 5-10 传感器间的三点校准误差