基于英飛凌產品的汽車EPS方案
加入技術交流群
回正控制：確保汽車從直行狀態(tài)到大角度轉向的過程中回正力矩相應地逐漸提高。另外，確保汽車在非轉向狀態(tài)下的直線行駛性能，并防止汽車在不同車速下實現(xiàn)回正時出現(xiàn)回正不足或回正超調的現(xiàn)象。
阻尼控制：利用電機感應電動勢來減弱汽車高速行駛時出現(xiàn)的方向盤抖動現(xiàn)象，消除轉向輪因路面不平而引起的方向盤擺振，并在汽車高速行駛時，給轉向過程增加一定的阻尼，克服轉向發(fā)飄的感覺。
分析診斷功能：應能實時監(jiān)控運行狀態(tài)，并具有故障報警和提示功能，在故障不能自動排除時關斷EPS使車輛進入傳統(tǒng)的機械轉向模式。
通訊功能：應具有通過CAN或LIN總線與其他系統(tǒng)進行通訊的能力，并具有可以更改主要參數(主要針對電機控制)的接口。
為實現(xiàn)上述功能，整個EPS系統(tǒng)必須高效快速地協(xié)同工作，因此，系統(tǒng)的下列組成部分性能顯得尤為重要：
傳感器：傳感器給EPS系統(tǒng)提供了汽車行駛狀況的各種必要信息，是系統(tǒng)的感覺器官，其信號輸出應該盡量準確、高速、簡潔。EPS系統(tǒng)通常需要方向盤扭矩傳感器、轉角傳感器(可選)和輪速傳感器的信號。目前通用的傳感器采用模擬信號處理方式，信號輸出精度不高且輸出的信號需要ECU進一步處理，增加了ECU的工作負擔，而數字信號傳感器因其可給出ECU直接可用的數字信號，減少了占用的ECU資源，并提高了信號的準確性而被越來越多的EPS系統(tǒng)采用。
控制策略：傳統(tǒng)的轉向系統(tǒng)主要為駕駛員提供轉向助力，減輕轉向負擔，EPS系統(tǒng)還要解決諸如高速行駛過程中轉向過大、回正等影響車輛穩(wěn)定性和安全性的問題，因而需要一套高效完善的控制策略來保證其性能。
電子控制單元(ECU)：隨著EPS控制策略的不斷完善，對ECU的運算和反應能力都提出了更高的要求，作為EPS系統(tǒng)的核心部件，ECU必須具有：高速處理傳感器信號的能力、高速計算的能力、快速有效執(zhí)行的能力、處理大電流的能力、與其它系統(tǒng)通訊的能力、系統(tǒng)診斷監(jiān)控和失效保護性能。
助力電機：由于駕駛員轉向時的不確定性，EPS系統(tǒng)的助力電機必須具有很高的響應性，能在極短的時間內執(zhí)行駕駛員的轉向意圖。由于EPS系統(tǒng)的安裝空間有限，因此助力電機還應具有高比功率、質量輕的特點，并具有較小的噪音。此外，因為EPS涉及到汽車的安全應用，所以助力電機必須要安全可靠、壽命長。
機械結構：相比傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)采用的是渦輪蝸桿減速機構，且要承受電機輸出的巨大力矩，所以要求系統(tǒng)機械結構具有更高的效率，更好的耐磨性和機械強度。
針對EPS系統(tǒng)的這些要求，為降低亞太區(qū)客戶對EPS系統(tǒng)的開發(fā)難度并縮短他們的開發(fā)周期，作為英飛凌的一級代理商，北京晶川電子技術發(fā)展有限責任公司(晶川公司)和英飛凌科技公司決定利用英飛凌公司與世界各主要EPS系統(tǒng)供應商幾十年合作開發(fā)的成功經驗并結合本地區(qū)實際情況合作開發(fā)一套高效實用的參考解決方案。晶川公司和英飛凌公司向客戶全面提供此套方案供其參考和二次開發(fā)。在下面的章節(jié)中，我們將對此方案進行詳細的介紹。
基于英飛凌產品的汽車EPS解決方案
作為英飛凌的一級代理商，晶川公司擁有強大的技術能力，特別是在電機驅動方面有著豐富的經驗。此次與英飛凌的合作主要是借助英飛凌在與世界主要EPS系統(tǒng)供應商合作過程中的經驗，并結合英飛凌全面的產品線，開發(fā)出了符合國內及亞太地區(qū)需求的EPS系統(tǒng)參考方案。由于運用直流有刷電機的低端EPS系統(tǒng)在亞太區(qū)已有較成熟的方案，因此此次開發(fā)的參考方案主要針對的是高端的永磁同步電機方案，電機功率可達550瓦，具體方案的框圖如圖3所示。從圖中可以看出，整個方案分為傳感器、ECU和電機幾個部分。下面我們將對傳感器和ECU部分予以重點介紹。
1．傳感器
一般來說，采用被動回正控制的EPS系統(tǒng)至少需要采集方向盤扭矩信號、車速信號、發(fā)動機點火信號和點火開關信號。由于本方案主要面對的是高端應用，增加了主動回正控制功能，因而還需要給系統(tǒng)提供方向盤的轉角信息。
目前國內大部分EPS系統(tǒng)采用的是電位計式扭矩傳感器，輸出為模擬信號，必須要做進一步處理且占用單片機A/D轉換口從而占用單片機的資源。在本方案中我們推薦使用2片英飛凌線性霍爾傳感器TLE4998作為扭距傳感器。TLE4998是一款全面采用數字邏輯結構(20位的數字信號處理)，具有數字溫度補償功能的汽車級(-40℃-150℃)的可編程線性霍爾傳感器，根據需要可輸出SPC(Short PWM Code)、PWM或SENT(Single Edge Nibble Transmission)信號，其中PWM信號具有12位的分辨率，而SPC和SENT信號更具有高達16位的分辨率。此外，TLE4998還帶有各種保護(防反接，過壓，輸出短路等)和在線診斷(電壓、EEPROM錯誤等)功能，并具有極強的抗應力和抗EMC性能。
本方案中我們推薦使用兩顆英飛凌的TLE5011采用測量相位差的方法來實現(xiàn)方向盤轉交的測量。TLE5011是英飛凌采用GMR(Giant Magneto Resistance)技術設計的專門用于角度測量的磁性傳感器。采用該技術制造的傳感器具有精度高、磁輪間隙小，以及由于傳感器和磁鐵平行放置而可以制成特別小巧的傳感器模塊的特點。TLE5011可以測量0-360°的角度范圍，采用SPI信號直接輸出16位的sine/cosine值，其3線SSC接口擁有最高2Mbps的通訊速率。
EPS系統(tǒng)所需的車速信號可由ABS系統(tǒng)中的輪速傳感器獲得，而發(fā)動機點火信號和點火開關信號也可通過LIN總線直接獲取。
鑒于TLE5011輸出的是SPI信號，因此我們在方案設計中將扭矩傳感器和轉角傳感器設計在一個模塊中，并在該模塊中采用英飛凌的8位單片機XC886LM作為運算單元來處理傳感器型號并直接得出扭矩和角度信息，因為英飛凌的XC88x系列處理器含有一個叫做CORDIC的協(xié)處理器，該協(xié)處理器專門用于計算三角函數，線性函數和雙曲線函數，對于力矩和角度的計算有著極高的運算效率。該模塊運算的結果將通過LIN總線傳輸給ECU主控制器。
評論