基于XC2300系列MCU的动力转向系统

　　如今电子动力转向系统(EPS)已经成为减少二氧化碳排放的关键要素之一。因此各种不同类型的汽车都装备有机电动力转向系统。那么在实现电子助力转向系统时需要用到哪些技术呢?

　　EPS就是一种机电动力转向系统，它用电子控制的电机代替原来的水压助力转向装置。EPS系统在发动机仓内占用更少的空间，更容易组装，而且能够节省燃油消耗。另外它在转向系统中不再使用有毒的液压油。在小型车辆中，电机是通过齿轮箱连接到转向柱的，而在中型汽车内，电机利用凸缘架斜向或纵向安装在齿轮架上，并通过齿轮箱操作。当司机转动方向盘时，电机就为转向系统提供动力。

　　EPS系统工作原理

　　电子动力转向系统由一个控制单元、众多传感器和一个无刷电机组成。控制单元对系统进行控制，并提供电机所需的信息。另外，它还从传感器接收信息，这些传感器主要用来测量方向角度、驾驶速度和扭矩等参数。检测电机位置和电机电流的传感器可确保电机工作在最佳工作状态。图1给出了带系统监视功能的高级电子机械动力转向系统的关键组件。XC2300作为主处理器控制着伺服电机和其它组件。第二个较小的微控制器或ASIC则用作监控单元。

　　EPS系统的主要器件

　　传动装置是一个三相同步或异步无刷电机。电机的旋转场以电子方式产生。信号频率约20kHz的脉冲宽度调制(PWM)信号将影响电机的速度和扭矩。

　　旋转编码器或磁性传感器-即所谓的巨型磁阻(GMS)-可以提供识别转子位置的数据。通常两个相位电流是通过分路电路或霍尔传感器测量的。上述传感器都是模拟输出，因此需要经过放大才能用于进一步的处理。作用在转向柱上的力量以及电机要求的助动力通过扭矩传感器测量。信号处理在控制单元中完成。车轮传感器提供汽车速度信息，转向角度传感器提供方向盘当前位置信息。其它控制单元则处理这些信号。数据是在CAN总线上传输的。可以在传感器中集成一些评估逻辑，具体取决于系统选用的传感器类型。这样可以提高精度，减少出错的可能性。

　　图1：带系统监视功能的电子机械动力转向系统结构框图。

　　控制单元由稳压器、CAN收发器、信号调理电路、桥式驱动器、电源开关和微控制器组成。稳压器提供传感器、微控制器和ASIC所需的各种电压。CAN收发器用于CAN总线和微控制器之间的桥接。数据信号处理是模拟还是数字方式取决于传感器类型。因为微控制器不能直接控制电源开关(B6桥)，因此需要桥式驱动器。桥式驱动器产生快速开关晶体管所需的栅极电压和相关电流。智能驱动器还包含有诊断接口，它能检测各种问题，如半桥短路、低相位电压或器件高温。微控制器控制和监视电机与整个系统，它还必须执行诊断功能，并与网络进行通信。此外还采用了另外一个控制器来进行检错，并在必要时激活紧急工作模式。