基于ST意法半導(dǎo)體SPC560P34的EPS轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)方案

作者：夏翼時(shí)間：2022-06-08 來源：大大通

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汽車方向盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從上世紀(jì)50年代到本世紀(jì)初，經(jīng)歷了翻天覆地的革新和變化。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202206/434932.htm

最早是純機(jī)械轉(zhuǎn)向，駕駛員打轉(zhuǎn)車輪需要克服前輪帶來的強(qiáng)大摩擦力力，使得駕駛機(jī)動(dòng)車十分吃力。上世紀(jì)50年代，液壓助力（HPS）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用在汽車上，標(biāo)志著轉(zhuǎn)向助力的開始。在HPS助力下，駕乘體驗(yàn)有了質(zhì)的飛越，但是HPS弱點(diǎn)在于成本高、維修難且增加油耗。后來又經(jīng)幾代人的努力，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從液壓助力（HPS）到電子液壓助力（EHPS），再到如今的純電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力（electrical power steering，簡(jiǎn)稱EPS），80年代，日本鈴木首先在其車型上使用EPS轉(zhuǎn)向助力，標(biāo)志著電動(dòng)時(shí)代的來臨。如今，幾乎所有乘用車都采用EPS轉(zhuǎn)向助力。它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

● 動(dòng)力來源于電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率高

● 隨車速調(diào)節(jié)助力大小、操控舒適、穩(wěn)定

● 實(shí)現(xiàn)方向盤主動(dòng)回正，且可通過CAN總線與車身其它部件組成車聯(lián)系統(tǒng)，是智能駕駛、泊車的先驅(qū)

● 節(jié)約油耗3%~5%

● 正常情況下無(wú)需更換零部件，終生不維修

一款基于ST PowerPC SPC560P34L1以及predriver L9907, 低壓MOSFET STP120N4F6等的EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)方案：

1、硬件原理

EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)板硬件主要分以下幾塊：

① 主控MCU：本方案采用ST PowerPC SPC560P34L1，是核心算力器件。負(fù)責(zé)對(duì)外部扭力傳感器信號(hào)、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，同時(shí)計(jì)算驅(qū)動(dòng)策略和PID控制算法。

②驅(qū)動(dòng)部分：ST L9907具備三相predriver，H橋（DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)）或3H橋（BLDC或PMSM電機(jī)驅(qū)動(dòng)）構(gòu)架，同時(shí)具備SPI配置、校準(zhǔn)和信息反饋，內(nèi)置運(yùn)放，可直接抓取來自電機(jī)的電流。配合低壓MOSFET STP120N4F6，組成一套完整的電機(jī)驅(qū)動(dòng)/反饋電路。

③ 電源系統(tǒng)：ST PM芯片L9777A可提供2路5V DC隔離輸出，一路供給內(nèi)部邏輯電源，另一路供給外部sensor，這樣外部尖峰浪涌不易影響到板內(nèi)元器件，以應(yīng)對(duì)車載復(fù)雜的電源條件。

④輔助MCU：增加一顆汽車級(jí)8bit MCU STM8AF6223，做整機(jī)電源管理和策略監(jiān)控，一旦遇到故障，可以采取必要的應(yīng)對(duì)措施，以保護(hù)車輛和駕乘人員安全。

2、軟件策略

“隨速助力”永遠(yuǎn)是EPS控制的核心算法。它有兩層意思，包括：

①電機(jī)需要跟隨駕駛員轉(zhuǎn)向意圖和轉(zhuǎn)向速度，提供相同方向矢量的助力。這需要實(shí)時(shí)分析扭矩傳感器信號(hào)并快速計(jì)算出PID控制策略。

②在不同車速下，電機(jī)提供助力的扭矩是不一樣的，理論上車速越快，所提供的助力越小。車速超過60~80Km/h，電機(jī)甚至需要提供阻尼以應(yīng)對(duì)方向盤過輕、跑偏的狀況。這使得整個(gè)助力是一個(gè)變化的曲線，需要優(yōu)秀的控制算法。

③ 核心PID以及閉環(huán)控制算法：通過數(shù)學(xué)工程PID算法、以及做電流閉環(huán)、扭力閉環(huán)控制，是電機(jī)控制策略的核心關(guān)鍵。優(yōu)秀的算法，往往可以使電機(jī)驅(qū)動(dòng)更平滑、助力迅速跟上但不超調(diào)，駕駛體驗(yàn)非常好。