摘要：汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，駕駛汽車的人越來越多，操作汽車方向盤也變得尤為熟悉和重要，其穩(wěn)定可靠直接影響駕駛員的駕駛體驗(yàn)，而助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)起到關(guān)鍵的作用，本文我們來聊聊當(dāng)今主流的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如何保證穩(wěn)定可靠。
一、汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程
汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從最早操作費(fèi)力的傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到當(dāng)下普遍的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已經(jīng)是在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程中有了質(zhì)的飛躍。現(xiàn)如今隨著節(jié)能環(huán)保與智慧安全已成為時(shí)代發(fā)展的主題，電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electronic Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS）隨之誕生。在電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上去除了液壓助力系統(tǒng)，使得汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得更環(huán)保，更節(jié)能，更人性化，更安全可靠。
二、如何保證EPS工作穩(wěn)定可靠
為了保證EPS電控系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在整個(gè)核心控制單元的前端到后端的所有行為應(yīng)得到相應(yīng)的監(jiān)控，并且采用的IC都應(yīng)符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)安全要求，應(yīng)對(duì)在汽車內(nèi)部惡劣的環(huán)境。本文介紹方案采用集成CAN/LIN收發(fā)器，功能安全等級(jí)ASIL D的電源SBC芯片負(fù)責(zé)互聯(lián)互通和電源監(jiān)控管理，配合功能安全等級(jí)ASIL D的主控MCU SPC5744P，主控中集成獨(dú)立于MCU的FCCU錯(cuò)誤檢測(cè)控制單元，結(jié)合SBC對(duì)FCCU的監(jiān)視，來提高系統(tǒng)的魯棒性及穩(wěn)定可靠。
圖1 功能安全等級(jí)故障、失效率指標(biāo)
圖2 EPS控制方案介紹
主控MCU：SPC5744P除了滿足安全等級(jí)ASIL D以外，還帶有相對(duì)于ARM框架更豐富的外設(shè)資源，以及最高能達(dá)到384K RAM空間和2.5M的Flash空間，在主頻200MHz的鎖步雙核下，提供了更高的系統(tǒng)靈活性，輕松應(yīng)對(duì)各種汽車電子控制應(yīng)用需求。鎖步雙核的校驗(yàn)核執(zhí)行和主核相同的指令，校驗(yàn)運(yùn)行的指令是否正確。如果出現(xiàn)不匹配，則觸發(fā)FCCU故障進(jìn)行錯(cuò)誤處理。且FCCU模塊支持高達(dá)74個(gè)錯(cuò)誤源，對(duì)應(yīng)不同的錯(cuò)誤源做出不同的響應(yīng)，提高整個(gè)系統(tǒng)控制的穩(wěn)定可靠性。
系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片:使用FS6500家族的芯片，提供穩(wěn)定可靠的電流電壓給系統(tǒng)正常運(yùn)行工作，還集成了CAN/LIN收發(fā)器，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)PCB的大小。在主控FCCU監(jiān)控系統(tǒng)的所有行為的同時(shí)，SBC提供監(jiān)視主控的高級(jí)看門狗、電壓水平檢測(cè)、FCCU監(jiān)視等功能。
預(yù)驅(qū)：GD3000三相預(yù)驅(qū)，集成三個(gè)半橋預(yù)驅(qū)和一個(gè)電荷泵，門極驅(qū)動(dòng)能力可以達(dá)到2.5 A，可以靈活的配置驅(qū)動(dòng)輸出能力，同時(shí)滿足AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。
圖3 GD3000框圖
磁性旋轉(zhuǎn)位置傳感器：AS5147支持DAEC動(dòng)態(tài)角度誤差補(bǔ)償，11位二進(jìn)制增量脈沖計(jì)數(shù)，可編程的零位位置，支持14位分辨率，滿足AEC-Q100 0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管：車規(guī)級(jí)的MOSFET，使用電荷平衡技術(shù)，具有低導(dǎo)通電阻和較小的柵極電荷性能。以最小化傳導(dǎo)損耗，提供優(yōu)異的開關(guān)性能，并能承受極端的dv/dt率。
EEPROM：在EPS系統(tǒng)中，針對(duì)重要的數(shù)據(jù)，配備車規(guī)級(jí)的EEPROM存儲(chǔ)，存儲(chǔ)重要的數(shù)據(jù)以及備份。