一种汽车电动助力转向硬件控制系统技术方案

本发明专利技术涉及汽车零部件技术领域，公开了一种汽车电动助力转向硬件控制系统，包括电源滤波及防反接电路、双电源供电电路、微控器、传感器信号输入电路、预驱电路、三相全桥逆变电路。本发明专利技术具有以下优点和效果：本方案全部采用国产芯片，并搭配相关电路，实现一种国产化汽车电动助力转向硬件控制系统，其功能、性能不输同类进口芯片架构的产品，在软件系统的控制下，可以实现随速助力并具有温度管理、阻尼补偿等功能，产品开发实现完全自主可控。控制器按上汽GMW3172等标准要求进行环境及耐久力测试，经过高温耐久、机械冲击、热循环振动、冷热冲击等相关试验，满足标准规定的安全性要求。多点故障监测及保护、冗余、电磁兼容、防反接等设计保证产品安全、稳定、可靠。所选芯片均为国内自主研发、符合符合AEC

【技术实现步骤摘要】
一种汽车电动助力转向硬件控制系统


[0001]本专利技术涉及汽车零部件
，特别涉及一种汽车电动助力转向硬件控制系统。

技术介绍

[0002]汽车电动助力转向系统(EPS)是一种依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，汽车电动助力转向系统主要由传感器、控制器、电机、机械机构等部分构成，电动助力转向系统涉及到行车安全，对控制精度、安全性、稳定性、电磁兼容性、环境及耐久力等功能、性能指标均有有较高的要求。
[0003]汽车电动助力转向控制器是转向系统的控制核心，主要功能是实现对助力电机的精确控制，同时要满足行车安全性、稳定性等要求，因此所选用的元器件无论是质量、性能都要求非常高，需满足AEC
‑
Q标准要求。电动助力转向控制器主要由MCU芯片、电源芯片、预驱芯片、角度采集芯片、MOS管、CAN收发器等几大部分组成。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种纯国产化的汽车电动助力转向硬件控制系统。以国产化芯片替代进口芯片，采用当前主流的硬件架构，功能、性能不输进口芯片架构的产品，可满足车用产品对安全性、可靠性、稳定性的要求，实现产品生产、研发自主可控。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种汽车电动助力转向硬件控制系统，包括
[0007]电源滤波及防反接电路，用于确保输入电压的可靠、错误接入时不会产生物理损坏；
[0008]双电源供电电路，包括相互隔离的模拟供电电路和数字供电电路；
[0009]微控器，用于信号采集、助力转向控制解算、电机控制、故障及安全功能控制等功能；
[0010]传感器信号输入电路，用于输入信号采集；
[0011]预驱电路，包括预驱芯片，用于接收微控器的信号，实现驱动信号功率匹配；
[0012]三相全桥逆变电路，用于接收预驱电路信号以实现驱动电机；
[0013]双路实时电压检测电路，包括电压监测芯片，用于监控输出的模拟电压、数字电压，当出现欠压、过压情况时，电压监测芯片可瞬时切断微控器、预驱芯片的供电。
[0014]通过采用上述技术方案，电源滤波及防反接电路的设计，确保输入电压的纯净、可靠，错误接入时不会产生物理损坏。
[0015]供电采用双路电源独立供电设计，模拟供电、数字供电相互隔离，避免信号相互串扰，可为主控回路提供低纹波电源，降低运算放大器及AD的静态误差，使运算测量更精确。同时电源具有热保护、过载保护、上电使能等异常处理功能。
[0016]电压监测采用双路冗余设计，实时监测输出的模拟电压、数字电压情况，当出现欠
压、过压情况时，检测芯片可瞬时切断MCU、预驱芯片的供电，使芯片及时退出工作状态，确保系统安全。
[0017]预驱芯片供电同时受到电压监测芯片、MCU芯片的管理，当有异常产生时，可以及时切断预驱的供电，确保驱动电机的安全可靠。同时该芯片内置死区时间、具有防止直通功能，能够避免被上、下桥臂直通，有效保护功率器件，内置了VCC和VBS欠压保护电路，防止功率管在过低电压下工作。其功能、性能满足电动助力转向系统控制要求。
[0018]本专利技术的进一步设置为：通信及传感器信号输入电路包括：
[0019]CAN总线，包括CAN收发器，用于微控器接收整车车速和发动机信号；
[0020]扭矩和角度采样电路，用于采样方向盘扭矩和转向；
[0021]角度位置传感器，用于采样电机转子位置；
[0022]电流采样电路，用于采样电机电流。
[0023]通过采用上述技术方案，通信电路采用抗浪涌电压、抗共模及差模干扰设计，所用芯片为国产化、符合AEC
‑
Q标准的CAN芯片。该芯片符合ISO11898标准，具有
±
12KV静电放电防护、宽电压输入、支持110个节点等特点。
[0024]本专利技术的进一步设置为：扭矩和角度采样电路、角度位置传感器均采用单独两套电路。
[0025]通过采用上述技术方案，角度位置传感器的电路采用双路冗余设计，单独两套电路对角度信号进行采样，确保电机转子位置信号的可靠。芯片是基于差分水平霍尔磁感应原理的角度位置传感器芯片，符合ASIL
‑
D功能等级，具有双路模拟输出、脉宽调制输出、支持符合SAE
‑
J2716标准的SENT输出。
[0026]扭矩和角度采样电路采用双路冗余及兼容性设计，可兼容模拟信号、PWM信号，适配多种传感器。所用电源从不同电源芯片获取，可有效避免单点失效，所用器件均为国产且符合AEC
‑
Q标准的器件。
[0027]本专利技术的进一步设置为：采样电路为低压侧双向电流采样电路。
[0028]通过采用上述技术方案，采用低压侧双向电流采样电路，该电路具有稳定性好、精度高、响应速度快的特点，可满足电机控制精度的要求，及时、快速响应故障。所用的芯片为国产化、符合AEC
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Q标准、低噪声、高带宽、零温漂、轨到轨的仪用运算放大器，该芯片具有高共模抑制比、高开环放大倍数、低偏置电流等特点。
[0029]本专利技术的进一步设置为：还包括母线电压监测电路、相电压监测电路，可实时监测Mosfet管工作状态，在其故障时及时与母线断开，保护整个电路。
[0030]通过采用上述技术方案，采用母线电压监测、相电压监测设计，可实时监测每个Mosfet管工作状态，在故障时及时与母线断开，保护整个电路。采用符合AEC
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Q标准的Mosfet管，该Mosfet管具有较低的R
DS(ON)
,极低的开关损耗，优良的耐久性和一致性等特点，可满足电机驱动的要求。
[0031]本专利技术的进一步设置为：预驱芯片供电同时受到电压监测芯片、微控器的管理，当异常产生时，可以及时切断预驱芯片供电以确保电机运行的安全可靠。
[0032]本专利技术的进一步设置为：微控器根据监测的扭矩信号、车速信号、电机的反馈电流信号，以及速度
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扭矩、角度曲线，判断助力状态，解算占空比，向预驱电路发送六路PWM波。
[0033]本专利技术的进一步设置为：微控器外围设有安全保护电路，实时进行故障诊断，当电
机电流过大、电压过压、电压欠压时，微控器将断开电源并通过CAN总线将故障类型发送给整车控制器。
[0034]本专利技术的进一步设置为：微控器内置、外置有看门狗，外置EEROM。
[0035]通过采用上述技术方案，微控器采用内置及外置看门狗复位、外置电压监测芯片复位，外置EEROM设计，多种措施确保MCU工作的可靠性。通过双路看门狗监控MCU工作情况，避免代码跑飞而产生控制异常，电压监测模块确保MCU处于正常工作电压下。外置EEROM做到重要数据的冗余备份。MCU为国产化、符合AEC
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Q标准芯片，带有RAM\ROM和ECC校验、时钟故障监测、Flash加密等功能，具有高抗干扰能力，可确保恶劣工况仍可稳定运行。芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车电动助力转向硬件控制系统，其特征在于：包括电源滤波及防反接电路，用于确保输入电压的可靠、错误接入时不会产生物理损坏；双电源供电电路，包括相互隔离的模拟供电电路和数字供电电路；微控器，用于信号采集、助力转向控制解算、电机控制、故障及安全功能控制等功能；传感器信号输入电路，用于采集信号输入给微控器；预驱电路，包括预驱芯片，用于接收微控器的信号，实现驱动信号功率匹配；三相全桥逆变电路，用于电压逆变，实现电机驱动；双路实时电压检测电路，包括电压监测芯片，用于监控输出的模拟电压、数字电压，当出现欠压、过压情况时，电压监测芯片可瞬时切断微控器、预驱芯片的供电。2.根据权利要求1所述的一种汽车电动助力转向硬件控制系统，其特征在于：通信及传感器信号输入电路包括：CAN总线，包括CAN收发器，用于微控器接收车速和发动机信号；扭矩和角度采样电路，用于采样方向盘扭矩和转向；角度位置传感器，用于采样电机转子位置；电流采样电路，用于采样电机电流。3.根据权利要求2所述的一种汽车电动助力转向硬件控制系统，其特征在于：扭矩和角度电路、角度位置传感器均采用两套独立电路。4.根据权利要求2所述的一种汽车电动助力转向硬件控制系统，其特征在于：采样电路为低压侧双向电流采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少伟，刘鹏，黄磊，赵大祥，吴丽娟，方辉，
申请(专利权)人：国太阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：