基于英飛凌產(chǎn)品的汽車EPS方案
加入技術(shù)交流群
回正控制：確保汽車從直行狀態(tài)到大角度轉(zhuǎn)向的過(guò)程中回正力矩相應(yīng)地逐漸提高。另外，確保汽車在非轉(zhuǎn)向狀態(tài)下的直線行駛性能，并防止汽車在不同車速下實(shí)現(xiàn)回正時(shí)出現(xiàn)回正不足或回正超調(diào)的現(xiàn)象。
阻尼控制：利用電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)減弱汽車高速行駛時(shí)出現(xiàn)的方向盤抖動(dòng)現(xiàn)象，消除轉(zhuǎn)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(shí)，給轉(zhuǎn)向過(guò)程增加一定的阻尼，克服轉(zhuǎn)向發(fā)飄的感覺(jué)。
分析診斷功能：應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，并具有故障報(bào)警和提示功能，在故障不能自動(dòng)排除時(shí)關(guān)斷EPS使車輛進(jìn)入傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向模式。
通訊功能：應(yīng)具有通過(guò)CAN或LIN總線與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊的能力，并具有可以更改主要參數(shù)(主要針對(duì)電機(jī)控制)的接口。
為實(shí)現(xiàn)上述功能，整個(gè)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(jué)器官，其信號(hào)輸出應(yīng)該盡量準(zhǔn)確、高速、簡(jiǎn)潔。EPS系統(tǒng)通常需要方向盤扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器(可選)和輪速傳感器的信號(hào)。目前通用的傳感器采用模擬信號(hào)處理方式，信號(hào)輸出精度不高且輸出的信號(hào)需要ECU進(jìn)一步處理，增加了ECU的工作負(fù)擔(dān)，而數(shù)字信號(hào)傳感器因其可給出ECU直接可用的數(shù)字信號(hào)，減少了占用的ECU資源，并提高了信號(hào)的準(zhǔn)確性而被越來(lái)越多的EPS系統(tǒng)采用。
控制策略：傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要為駕駛員提供轉(zhuǎn)向助力，減輕轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)，EPS系統(tǒng)還要解決諸如高速行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)向過(guò)大、回正等影響車輛穩(wěn)定性和安全性的問(wèn)題，因而需要一套高效完善的控制策略來(lái)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(duì)ECU的運(yùn)算和反應(yīng)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(hào)的能力、高速計(jì)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(hù)性能。
助力電機(jī)：由于駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的不確定性，EPS系統(tǒng)的助力電機(jī)必須具有很高的響應(yīng)性，能在極短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。由于EPS系統(tǒng)的安裝空間有限，因此助力電機(jī)還應(yīng)具有高比功率、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，并具有較小的噪音。此外，因?yàn)镋PS涉及到汽車的安全應(yīng)用，所以助力電機(jī)必須要安全可靠、壽命長(zhǎng)。
機(jī)械結(jié)構(gòu)：相比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)采用的是渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，且要承受電機(jī)輸出的巨大力矩，所以要求系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)具有更高的效率，更好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度。
針對(duì)EPS系統(tǒng)的這些要求，為降低亞太區(qū)客戶對(duì)EPS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度并縮短他們的開(kāi)發(fā)周期，作為英飛凌的一級(jí)代理商，北京晶川電子技術(shù)發(fā)展有限責(zé)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(yīng)商幾十年合作開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況合作開(kāi)發(fā)一套高效實(shí)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(kāi)發(fā)。在下面的章節(jié)中，我們將對(duì)此方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
基于英飛凌產(chǎn)品的汽車EPS解決方案
作為英飛凌的一級(jí)代理商，晶川公司擁有強(qiáng)大的技術(shù)能力，特別是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。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(yīng)商合作過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合英飛凌全面的產(chǎn)品線，開(kāi)發(fā)出了符合國(guó)內(nèi)及亞太地區(qū)需求的EPS系統(tǒng)參考方案。由于運(yùn)用直流有刷電機(jī)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(kāi)發(fā)的參考方案主要針對(duì)的是高端的永磁同步電機(jī)方案，電機(jī)功率可達(dá)550瓦，具體方案的框圖如圖3所示。從圖中可以看出，整個(gè)方案分為傳感器、ECU和電機(jī)幾個(gè)部分。下面我們將對(duì)傳感器和ECU部分予以重點(diǎn)介紹。
1．傳感器
一般來(lái)說(shuō)，采用被動(dòng)回正控制的EPS系統(tǒng)至少需要采集方向盤扭矩信號(hào)、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號(hào)和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)。由于本方案主要面對(duì)的是高端應(yīng)用，增加了主動(dòng)回正控制功能，因而還需要給系統(tǒng)提供方向盤的轉(zhuǎn)角信息。
目前國(guó)內(nèi)大部分EPS系統(tǒng)采用的是電位計(jì)式扭矩傳感器，輸出為模擬信號(hào)，必須要做進(jìn)一步處理且占用單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換口從而占用單片機(jī)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(shù)字邏輯結(jié)構(gòu)(20位的數(shù)字信號(hào)處理)，具有數(shù)字溫度補(bǔ)償功能的汽車級(jí)(-40℃-150℃)的可編程線性霍爾傳感器，根據(jù)需要可輸出SPC(Short PWM Code)、PWM或SENT(Single Edge Nibble Transmission)信號(hào)，其中PWM信號(hào)具有12位的分辨率，而SPC和SENT信號(hào)更具有高達(dá)16位的分辨率。此外，TLE4998還帶有各種保護(hù)(防反接，過(guò)壓，輸出短路等)和在線診斷(電壓、EEPROM錯(cuò)誤等)功能，并具有極強(qiáng)的抗應(yīng)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(cè)量相位差的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)交的測(cè)量。TLE5011是英飛凌采用GMR(Giant Magneto Resistance)技術(shù)設(shè)計(jì)的專門用于角度測(cè)量的磁性傳感器。采用該技術(shù)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(diǎn)。TLE5011可以測(cè)量0-360°的角度范圍，采用SPI信號(hào)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(hào)可由ABS系統(tǒng)中的輪速傳感器獲得，而發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號(hào)和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)也可通過(guò)LIN總線直接獲取。
鑒于TLE5011輸出的是SPI信號(hào)，因此我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)中將扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器設(shè)計(jì)在一個(gè)模塊中，并在該模塊中采用英飛凌的8位單片機(jī)XC886LM作為運(yùn)算單元來(lái)處理傳感器型號(hào)并直接得出扭矩和角度信息，因?yàn)橛w凌的XC88x系列處理器含有一個(gè)叫做CORDIC的協(xié)處理器，該協(xié)處理器專門用于計(jì)算三角函數(shù)，線性函數(shù)和雙曲線函數(shù)，對(duì)于力矩和角度的計(jì)算有著極高的運(yùn)算效率。該模塊運(yùn)算的結(jié)果將通過(guò)LIN總線傳輸給ECU主控制器。
評(píng)論