一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別是涉及一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是在傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)向傳感器(轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角一體式傳感器)、電子控制單元(ECU)和動力輔助裝置(即電機和減速器裝置)而成，由于取消了機械液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓管路，通過電機驅(qū)動來提供輔助轉(zhuǎn)向助力，因此具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。另外，由于該系統(tǒng)根據(jù)駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的操縱轉(zhuǎn)矩和車速等信號，經(jīng)過ECU計算電機所需提供的助力，因此一方面，電機只在必要時提供助力，可以節(jié)省燃油，另一方面，助力大小可以根據(jù)車速進行調(diào)節(jié)，進而獲得可變的轉(zhuǎn)向特性。正是由于上述優(yōu)點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
[0003]近年來，中高級轎車對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求急劇增加，為了滿足中高級轎車的助力需求，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機必需向無刷化(PMSM)和大功率化方向發(fā)展。為了實現(xiàn)對PMSM電機的轉(zhuǎn)矩伺服控制，通常采用矢量控制策略，因此需要獲取PMSM電機轉(zhuǎn)子位置信息。雖然無位置傳感器控制已經(jīng)在某些應(yīng)用場合得到了應(yīng)用，但是在EPS中仍然需要依靠位置傳感器獲取可靠且精確的轉(zhuǎn)子角度和速度信息，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的精確控制，所以在EPS中，PMSM電機一般都采用位置傳感器，主要有霍爾傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器兩種。與霍爾式傳感器相比，旋轉(zhuǎn)變壓器具有更好的魯棒性和可靠性、壽命也長、不受灰塵、潮濕、高溫、振動等惡劣環(huán)境的影響，旋轉(zhuǎn)變壓器在無刷EPS中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。
[0004]旋轉(zhuǎn)變壓器直接輸出的信號是兩路正交的正弦信號，需要經(jīng)過解碼才能得到位置信息。旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼方法主要分為兩種，一種是使用專用芯片解碼，另外一種是軟件解碼。專用芯片主要有ADI公司的AD2S 1200和多摩川公司的AU6803等，實現(xiàn)起來簡單方便但成本較高。使用軟件解碼可以顯著降低解碼成本，是EPS應(yīng)用中的最佳選擇。
[0005]文獻《一種軟件旋變數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與開發(fā)》中提出了一種采用角度觀測器，來進行對旋變信號的解碼，但該觀測器需要配置5個參數(shù)。專利CN104111665A中提出的方法與上述方法類似，只是計算反饋角度的正余弦值時采用了 CORIDC算法。專利CN101865651A采用FFT算法對旋變信號進行解碼，F(xiàn)FT算法對MCU運算處理要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在保證電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的前提下，降低電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制單元的成本，降低MCU的開銷以及去除采用角度觀測器參數(shù)設(shè)計和匹配的環(huán)節(jié)，縮短開發(fā)周期。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)、動力輔助機構(gòu)以及電子控制單元，所述的動力輔助機構(gòu)包括設(shè)置有旋轉(zhuǎn)變壓器的PMSM電機，所述的電子控制單元包括:
MCU模塊，用于完成EPS算法和旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼算法；
旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊，用于為所述的旋轉(zhuǎn)變壓器提供激勵信號，為所述的MCU模塊提供采樣的單極性信號；
功率驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動PMSM電機；
電源模塊，為上述各模塊供電，
所述的MCU模塊分別與所述的功率驅(qū)動模塊以及旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊相連接；所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊與旋轉(zhuǎn)變壓器相連接；所述的功率驅(qū)動模塊與PMSM電機相連接。
[0008]優(yōu)選地，所述的MCU模塊包括至少7路PWM輸出端、I路CAP捕獲端以及至少2路AD采樣模塊。
[0009]優(yōu)選地，所述的MCU模塊包括用于完成EPS算法的主MCU模塊、用于完成旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼算法的從MUC模塊，所述的從MCU模塊與旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊相連接，所述的主MCU模塊與從MUC模塊之間通過SPI通信。
[0010]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊包括用于為所述的旋轉(zhuǎn)變壓器提供激勵信號的激勵信號調(diào)理電路、用于為所述的MCU模塊提供采樣的單極性信號的輸出信號調(diào)理電路。
[0011]進一步優(yōu)選地，所述的激勵信號調(diào)理電路包括一階有源濾波放大電路和二階巴特沃斯濾波電路。
[0012]優(yōu)選地，所述的電子控制單元還包括與所述的MCU模塊相連接的通訊模塊和用于接收汽車運行狀態(tài)信號和駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤信號并對信號進行濾波、整形的信號處理模塊。
[0013]優(yōu)選地，所述的機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、與所述的轉(zhuǎn)向盤相連接的轉(zhuǎn)向管柱、與所述的轉(zhuǎn)向管柱相連接的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器以及連接在所述的轉(zhuǎn)向管柱上的轉(zhuǎn)向傳感器。
[0014]優(yōu)選地，所述的動力輔助機構(gòu)還包括蝸輪蝸桿減速器，所述的PMSM電機與蝸輪蝸桿減速器相連接。
[0015]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果:
本發(fā)明采用低成本的旋變軟件解碼方案替代昂貴的硬件解碼方案，并將其應(yīng)用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，大大降低了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件成本，且解碼算法運算量小、精度高。
【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明中電子控制單元的連接示意框圖；
附圖3為本發(fā)明中激勵信號調(diào)理電路；
附圖4為本發(fā)明中輸出信號調(diào)理電路；
附圖5為實施例一的電子控制單元的部分結(jié)構(gòu)框圖；
附圖6為實施例一中PWM、R1/R2、Sin+/Sin-、Cos+/Cos-的波形圖；
附圖7為實施例一中正余弦單極性信號、正余弦包絡(luò)線波形圖；
附圖8為實施例一中軟件解碼的算法流程圖； 附圖9為實施例一中正余弦采樣信號、角度信號比對圖；
附圖10為實施例二的電子控制單元的部分結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]其中:1、轉(zhuǎn)向盤；2、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器；3、蝸輪蝸桿減速器；4、轉(zhuǎn)向管柱；5、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；6、輪胎；7、電子控制單元；8、蓄電池電源；9、旋轉(zhuǎn)變壓器；10、PMSM電機。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實施案例對本發(fā)明作進一步描述:
如圖1所示的一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)、動力輔助機構(gòu)以及電子控制單元7 (以下簡稱ECU)。其中:
機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤1、與轉(zhuǎn)向盤I相連接的轉(zhuǎn)向管柱4、與轉(zhuǎn)向管柱4相連接的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器5以及連接在轉(zhuǎn)向管柱4上的轉(zhuǎn)向傳感器，轉(zhuǎn)向傳感器具體可以采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器2。
[0019]動力輔助機構(gòu)包括設(shè)置有連接在轉(zhuǎn)向管柱4上的蝸輪蝸桿減速器3、與蝸輪蝸桿減速器3相連接的PMSM電機10，PMSM電機10上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)變壓器9。
[0020]以下具體對電子控制單元7進行描述，如圖2所示:電子控制單元7包括:
MCU模塊15，MCU模塊15是E⑶7的核心，用于完成EPS算法和旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼算法;MCU模塊15至少有7路PWM輸出端:6路用于控制PMSM電機10，I路用于為旋轉(zhuǎn)變壓器9提供激勵信號；I路CAP捕獲端:用于捕獲PWM信號23的上升沿；至少2路AD采樣模塊。在本實施例中MCU模塊15選用TI公司的TMS320F2812芯片，其提供的兩個事件管理器EVA和EVB能滿足上述需求，其中EVA模塊用來做電機控制，EVB模塊可以產(chǎn)生PWM信號23。
[0021]旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理模塊20，與MCU模塊15、旋轉(zhuǎn)變壓器9相連，一方面接收來自MCU模塊15的PWM信號23，在內(nèi)部調(diào)理成正弦信號，為旋轉(zhuǎn)變壓器25提供激勵信號19，另一方面接收來自旋轉(zhuǎn)變壓器25輸出的正余弦信號17和18，并對上述兩路信號做差分轉(zhuǎn)單極性調(diào)理，經(jīng)調(diào)理后的信號21和22可直