汽车电动助力转向系统的研究与方案

级，可通过输 出0-100%占空比的PWM波控制4颗外接MOS管。它带有过流，过温，短路等各类保护和分析功能。他们的区别在于：TLE6282最高工作电压为 60V,且没有内置运算放大器；而TLE7181/TLE7182最高工作电压仅为34V,内置一个高精度的运算放大器，可以显着地降低系统成本。

　　从整个系统的角度看，本方案所采用的芯片都是专门为汽车应用而设计的，具有至少-40-125℃的应用温度范围，并有很强的静电保护和抗电磁干扰性能。此外，这些芯片大多采用无铅材料制造，是对环境友好的绿色芯片。

　　4.英飞凌电动助力转向系统方案：直流无刷电机

　　虽然直流有刷电机价格比较便宜，但是其电刷易磨损、功率密度较低、换向器的电火花容易产生电磁干 扰，尤其是其控制策略的限制造成手感不好，因此直流无刷电机（BLDC）也逐渐应用于EPS中。目前主要应用于中高端的EPS上，代表车型为欧美系和国内 自主品牌的中高端车型。

　　针对于基于直流无刷电机的EPS系统，英飞凌也有一套非常成熟可靠的方案，见图三。

　　图三：英飞凌基于直流无刷电机的EPS方案

　　1.传感器

　　在高端的基于直流无刷电机的EPS系统中，除了扭矩传感器外，还需要方向盘角度传感器来收集角度信息来实现主动回正控制功能和车速信号、电机转子位置信息和发动机点火信号、点火开关信号。

　　TLE5011目前已大规模量产，其实现方式是两颗芯片采用测量相位差的方法来实现方向盘转角的测 量。它是英飞凌采用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，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，全温度范围的测量精度为2°，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2Mbit/s的通讯速率。

　　由于TLE5011输出的是SPI信号，因此需要一颗额外的英飞凌8位单片机XC886作为运算单元。英飞凌的XC88x系列处理器含有一个叫做CORDIC的协处理器，该协处理器专门用于计算三角函数，线性函数和双曲线函数，对于力矩和角度的计算有着极高的运算效率。此模块运算的结果将通过LIN总线传输给ECU主控制器。

　　TLE5009是TLE5011的降成本版本，基本功能相似，区别在于输出接口是模拟信号，并且全温度范围的测量精度为3°。

　　TLE5012B是TLE5011的功能增强版本，基本功能相似，区别在于输出接口除了支持SPI 外，还支持PWM,IIF和HSM;全温度范围的测量精度为1°；并且内置了CORDIC运算单元，能够直接输出角度信号，这样就可以省去外部的8位单片 机，达到了降低系统成本的目的。

　　EPS系统所需的车速信号可由ABS/ESC系统中的轮速传感器获得。

　　2.电子控制单元（ECU）

　　由于性能高、控制手感好，永磁同步电机（PMSM）在直流无刷EPS系统中占有很大的比重。对于永 磁同步电机，其控制算法需要采用空间矢量控制算法，因而对控制器的计算精度和速度都提出了较高的要求。为了保证其能准确高效地完成任务，英飞凌推荐 XC2300产品系列中的XC2300B产品。其拥有一个带五级流水线的最高80MHz的时钟频率的高性能CPU并拥有一个保护数据不被非法访问的 Memory Protection Unit （MPU）。它具有不同类型的片上存储模块（stand-by RAM,dual-port RAM,SRAM, program/data SRAM和program flash memory）并使用硬件CRC检测和ECC码来发现数据错误并能纠正单位错误。它的众多的外设模块可灵活地满足各种不同的需求，拥有2个10位分辨率的 同步A/D转换器，多路通用捕捉/比较单元，多路CAN接口等等，并可通过DAP和JTAG接口进行片上调试。此外，它还带有看门狗和晶振看门狗来保证控制器的正常运行。

　　除了这颗主微控制器外，EPS系统还需要一个备份微控制器。它最主要的作用是对主微控制器进行监控 并在主微控制器失效的情况下切断EPS使汽车进入机械转向状态，避免汽车失控而引发危险。在这里，英飞凌推荐的也是XC2300 16位微控制器。其目的是为了符合ISO26262中对EPS系统的ASIL（汽车安全完整性等级）D的要求。

TLE7183/TLE7189是英飞凌主推的大电流三相电机驱动芯片，用来驱动EPS系统中最重 要的无刷电机。TLE7183QU的三个高边和三个低边输出级可通过输出0-100%占空比的最高30kHz的PWM波控制6到12颗外接MOS管，且内 置一路高精度运算放大器。它带有过流，过温，短路等各类保护和分析功能并具有关断和睡眠两种模式。整个产品使用了48管脚的带外置散热片的TQFP封装， 保证了系统良好的散热性能和焊接的便利性。而TLE7189与TLE7183的最大