基于英飞凌产品的汽车EPS技术方案

总线与其他系统进行通讯的能力，并具有可以更改主要参数(主要针对电机控制)的接口。

为实现上述功能，整个EPS系统必须高效快速地协同工作，因此，系统的下列组成部分性能显得尤为重要：

传感器：传感器给EPS系统提供了汽车行驶状况的各种必要信息，是系统的感觉器官，其信号输出应该尽量准确、高速、简洁。EPS系统通常需要方向盘扭矩传感器、转角传感器(可选)和轮速传感器的信号。目前通用的传感器采用模拟信号处理方式，信号输出精度不高且输出的信号需要ECU进一步处理，增加了ECU的工作负担，而数字信号传感器因其可给出ECU直接可用的数字信号，减少了占用的ECU资源，并提高了信号的准确性而被越来越多的EPS系统采用。

控制策略：传统的转向系统主要为驾驶员提供转向助力，减轻转向负担，EPS系统还要解决诸如高速行驶过程中转向过大、回正等影响车辆稳定性和安全性的问题，因而需要一套高效完善的控制策略来保证其性能。

电子控制单元(ECU)：随着EPS控制策略的不断完善，对ECU的运算和反应能力都提出了更高的要求，作为EPS系统的核心部件，ECU必须具有：高速处理传感器信号的能力、高速计算的能力、快速有效执行的能力、处理大电流的能力、与其它系统通讯的能力、系统诊断监控和失效保护性能。

助力电机：由于驾驶员转向时的不确定性，EPS系统的助力电机必须具有很高的响应性，能在极短的时间内执行驾驶员的转向意图。由于EPS系统的安装空间有限，因此助力电机还应具有高比功率、质量轻的特点，并具有较小的噪音。此外，因为EPS涉及到汽车的安全应用，所以助力电机必须要安全可靠、寿命长。

机械结构：相比传统转向系统，EPS系统采用的是涡轮蜗杆减速机构，且要承受电机输出的巨大力矩，所以要求系统机械结构具有更高的效率，更好的耐磨性和机械强度。

针对EPS系统的这些要求，为降低亚太区客户对EPS系统的开发难度并缩短他们的开发周期，作为英飞凌的一级代理商，北京晶川电子技术发展有限责任公司(晶川公司)和英飞凌科技公司决定利用英飞凌公司与世界各主要EPS系统供应商几十年合作开发的成功经验并结合本地区实际情况合作开发一套高效实用的参考解决方案。晶川公司和英飞凌公司向客户全面提供此套方案供其参考和二次开发。在下面的章节中，我们将对此方案进行详细的介绍。

基于英飞凌产品的汽车EPS解决方案

作为英飞凌的一级代理商，晶川公司拥有强大的技术能力，特别是在电机驱动方面有着丰富的经验。此次与英飞凌的合作主要是借助英飞凌在与世界主要EPS系统供应商合作过程中的经验，并结合英飞凌全面的产品线，开发出了符合国内及亚太地区需求的EPS系统参考方案。由于运用直流有刷电机的低端EPS系统在亚太区已有较成熟的方案，因此此次开发的参考方案主要针对的是高端的永磁同步电机方案，电机功率可达550瓦，具体方案的框图如图3所示。从图中可以看出，整个方案分为传感器、ECU和电机几个部分。下面我们将对传感器和ECU部分予以重点介绍。


1．传感器

一般来说，采用被动回正控制的EPS系统至少需要采集方向盘扭矩信号、车速信号、发动机点火信号和点火开关信号。由于本方案主要面对的是高端应用，增加了主动回正控制功能，因而还需要给系统提供方向盘的转角信息。

目前国内大部分EPS系统采用的是电位计式扭矩传感器，输出为模拟信号，必须要做进一步处理且占用单片机A/D转换口从而占用单片机的资源。在本方案中我们推荐使用2片英飞凌线性霍尔传感器TLE4998作为扭距传感器。TLE4998是一款全面采用数字逻辑结构(20位的数字信号处理)，具有数字温度补偿功能的汽车级(-40℃-150℃)的可编程线性霍尔传感器，根据需要可输出SPC(Short PWM Code)、PWM或SENT(Single Edge Nibble Transmission)信号，其中PWM信号具有12位的分辨率，而SPC和SENT信号更具有高达16位的分辨率。此外，TLE4998还带有各种保护(防反接，过压，输出短路等)和在线诊断(电压、EEPROM错误等)功能，并具有极强的抗应力和抗EMC性能。

本方案中我们推荐使用两颗英飞凌的TLE5011采用测量相位差的方法来实现方向盘转交的测量。TLE5011是英飞凌采用GMR(Giant Magneto Resistance)技术设计的专门用于角度测量的磁性传感器。采用该技术制造的传感器具有精度高、磁轮间隙小，以及由于传感器和磁铁平行放置而可以制成特别小巧的传感器模块的特点。TLE5011可以测量0-360°的角度范围，采用SPI信号直接输出16位的sine/cosine值，其3线SSC接口拥有最高2Mbps的通讯速率。

EPS系统所需的车速信号可由ABS系统中的轮速传感器获得，