基于XC2300系列MCU的電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、基于xc2300系列mcu的電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如今動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(eps)已經(jīng)成為削減二氧化碳排放的關(guān)鍵要素之一。因此各種不同類型的汽車都裝備有機(jī)電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。那么在實(shí)現(xiàn)電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)需要用到哪些技術(shù)呢？eps就是一種機(jī)電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它用電子控制的電機(jī)代替本來的水壓助力轉(zhuǎn)向裝置。eps系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)內(nèi)占用更少的空間，更簡(jiǎn)單組裝，而且能夠節(jié)約燃油消耗。另外它在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不再用法有毒的液壓油。在小型車輛中，電機(jī)是通過齒輪箱銜接到轉(zhuǎn)向柱的，而在中型汽車內(nèi)，電機(jī)利用凸緣架斜向或縱向安裝在齒輪架上，并通過齒輪箱操作。當(dāng)司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，電機(jī)就為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供動(dòng)力。eps系統(tǒng)工作原理電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由一

2、個(gè)控制單元、眾多和一個(gè)無刷電機(jī)組成?？刂茊卧獙?duì)系統(tǒng)舉行控制，并提供電機(jī)所需的信息。另外，它還從傳感器接收信息，這些傳感器主要用來測(cè)量方向角度、駕駛速度和扭矩等參數(shù)。檢測(cè)電機(jī)位置和電機(jī)的傳感器可確保電機(jī)工作在最佳工作狀態(tài)。圖1給出了帶系統(tǒng)監(jiān)視功能的高級(jí)電子機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。xc2300作為主處理器控制著伺服電機(jī)和其它組件。其次個(gè)較小的微控制器或asic則用作監(jiān)控單元。eps系統(tǒng)的主要器件傳動(dòng)裝置是一個(gè)三相同步或異步無刷電機(jī)。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)以電子方式產(chǎn)生。信號(hào)頻率約20khz的脈沖寬度調(diào)制()信號(hào)將影響電機(jī)的速度和扭矩。旋轉(zhuǎn)或磁性傳感器-即所謂的巨型磁阻(gms)-可以提供識(shí)別轉(zhuǎn)子位置的數(shù)

3、據(jù)。通常兩個(gè)相位電流是通過分路或測(cè)量的。上述傳感器都是模擬輸出，因此需要經(jīng)過放大才干用于進(jìn)一步的處理。作用在轉(zhuǎn)向柱上的力氣以及電機(jī)要求的助動(dòng)力通過扭矩傳感器測(cè)量。信號(hào)處理在控制單元中完成。車輪傳感器提供汽車速度信息，轉(zhuǎn)向角度傳感器提供方向盤當(dāng)前位置信息。其它控制單元?jiǎng)t處理這些信號(hào)。數(shù)據(jù)是在can上傳輸?shù)??？梢栽趥鞲衅髦屑梢恍┰u(píng)估規(guī)律，詳細(xì)取決于系統(tǒng)選用的傳感器類型。這樣可以提高精度，削減出錯(cuò)的可能性。圖1：帶系統(tǒng)監(jiān)視功能的電子機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖?？刂茊卧煞€(wěn)壓器、can、信號(hào)調(diào)理電路、橋式驅(qū)動(dòng)器、電源開關(guān)和微控制器組成。穩(wěn)壓器提供傳感器、微控制器和asic所需的各種。can收發(fā)器用于和

4、微控制器之間的橋接。數(shù)據(jù)信號(hào)處理是模擬還是數(shù)字方式取決于傳感器類型。由于微控制器不能挺直控制電源開關(guān)(b6橋)，因此需要橋式驅(qū)動(dòng)器。橋式驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生迅速開關(guān)晶體管所需的柵極電壓和相關(guān)電流。智能驅(qū)動(dòng)器還包含有診斷接口，它能檢測(cè)各種問題，如半橋短路、低相位電壓或器件高溫。微控制器控制和監(jiān)視電機(jī)與囫圇系統(tǒng)，它還必需執(zhí)行診斷功能，并與網(wǎng)絡(luò)舉行通信。此外還采納了另外一個(gè)控制器來舉行檢錯(cuò)，并在須要時(shí)激活緊張工作模式。因?yàn)閑ps系統(tǒng)在電機(jī)動(dòng)態(tài)和恒定扭矩方面有很高的要求，故它們需要采納復(fù)雜的算法，如場(chǎng)定向控制(foc)技術(shù)。這種控制挺直作用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子場(chǎng)上，需要相當(dāng)強(qiáng)的處理能力，由于它涉及計(jì)算多個(gè)坐標(biāo)變換(cl

5、ark/park變換)，并須以50?s間隔調(diào)整兩個(gè)相位電流。需要通過一個(gè)pwm信號(hào)并用法空間向量辦法對(duì)電機(jī)舉行控制。因?yàn)閙ac單元性能十分高，因此所需的cpu負(fù)荷還不到10%。xc2300針對(duì)eps系統(tǒng)舉行優(yōu)化xc2300微控制器是英飛凌公司xc2000微控制器系列中的新產(chǎn)品。xc2300處理器架構(gòu)可以徹底解決系統(tǒng)監(jiān)視問題，能夠迅速處理嚴(yán)格的控制算法，并且具有廣泛的內(nèi)置硬件支持。總之，它能夠迅速且高效地處理各種復(fù)雜的任務(wù)。平安方面：為了增加牢靠性，采納循環(huán)冗余校驗(yàn)(crc) 來驗(yàn)證敏感數(shù)據(jù)，其中涉及兩次寫數(shù)據(jù)以及二者的比較。囫圇存儲(chǔ)器系統(tǒng)受硬件糾錯(cuò)單元的庇護(hù)。為了封裝不同的軟件模塊，還建立了一

6、個(gè)存儲(chǔ)器庇護(hù)單元。架構(gòu)/功能：xc2000架構(gòu)以以前開發(fā)的c166內(nèi)核(現(xiàn)在已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))為基礎(chǔ)，可以提供先進(jìn)的控制和dsp功能。然而與c166架構(gòu)不同的是，它具有高性能管線結(jié)構(gòu)，故而可以在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行命令。在相同的時(shí)鐘速度下，xc2300的處理能力差不多是c166的兩。xc2300還集成有一個(gè)乘法累加單元，可以很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)矩陣操作或有限脈沖響應(yīng)(fir)功能。這意味著可以在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行累積32位加法或減法的16x16位乘法。迅速的矩陣操作處理(clark/park轉(zhuǎn)換)和強(qiáng)大的pi控制器實(shí)現(xiàn)在eps中都發(fā)揮著重要的作用。xc2300支持最多128個(gè)中斷源，共有16個(gè)中斷等級(jí)。

7、除了典型的中斷處理之外，該處理器還以外設(shè)大事控制器(pec)的形式提供可選的dma傳送功能，從而允許在16mb的地址空間中輕松地移動(dòng)或復(fù)制大型數(shù)據(jù)塊。程序存儲(chǔ)器拜訪為64位寬，目前最高支持576kb的閃存。閃存在物理上被分成多個(gè)模塊，并采納了糾錯(cuò)和監(jiān)視功能，因此可獲得更高的運(yùn)行牢靠性。每個(gè)閃存區(qū)都可以通過口令分離實(shí)現(xiàn)讀寫庇護(hù)。可用來管理數(shù)據(jù)的嵌入式sram容量則高達(dá)50kb。此外，還采納了一種額外的庇護(hù)機(jī)制來防止對(duì)重要的cpu寄存器的未授權(quán)拜訪。為了進(jìn)一步提高運(yùn)行牢靠性，當(dāng)某些受限命令被執(zhí)行或者是cpu堆棧寫入溢出時(shí)也可以觸發(fā)庇護(hù)機(jī)制。強(qiáng)大的外設(shè)：xc2300的外設(shè)模塊包含了靈便的定時(shí)單元、三

8、個(gè)usic模塊(用于支持不同的同步和異步串行接口)、捕捉/比較(capcom)模塊、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和功能、兩個(gè)自立的高速10位a/d轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換時(shí)光=1.2?s)以及三個(gè)can模塊。眾多的觸發(fā)器資源允許ad轉(zhuǎn)換與具有相應(yīng)延時(shí)的capcom定時(shí)器單元之間實(shí)現(xiàn)同步。內(nèi)置有限的幾個(gè)檢查器可以對(duì)多個(gè)電壓源舉行后臺(tái)監(jiān)視，不會(huì)增強(qiáng)cpu任何負(fù)擔(dān)。capcom6捕捉/比較單元是特地開發(fā)來支持自立于cpu的多相電機(jī)控制的。以cpu頻率作為其運(yùn)行時(shí)鐘的兩個(gè)自立的16位寬定時(shí)器被用作時(shí)光基準(zhǔn)。capcom6模塊能夠產(chǎn)生多達(dá)7個(gè)的自立脈寬調(diào)制信號(hào)，或存儲(chǔ)輸入信號(hào)持續(xù)時(shí)光和占空比。它在80mhz的系統(tǒng)時(shí)鐘下可以提供12

9、.5ns的辨別率。一個(gè)8位的定時(shí)器支持死區(qū)時(shí)光產(chǎn)生。該信號(hào)可以單獨(dú)分配給每個(gè)通道。因?yàn)椴杉{了同步設(shè)計(jì)和影子寄存器，寄存器更新可得到正確的定義。capcom6單元支持同步和異步脈寬調(diào)制。在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，每個(gè)輸出都可以立刻進(jìn)入不活動(dòng)狀態(tài)。在一個(gè)系統(tǒng)中，用法兩個(gè)capcom6單元可以最多控制兩個(gè)電機(jī)。全部外設(shè)模塊都通過一條高速16位外設(shè)總線銜接到cpu。xc2300系列微控制器中外設(shè)模塊的集成度比其它微控制器架構(gòu)要高，因此cpu可以集中資源執(zhí)行運(yùn)算和診斷任務(wù)。xc2365微控制器中的關(guān)鍵功能模塊2所示。圖2：xc2365微控制器。調(diào)試：xc2300微控制器支持片上調(diào)試，可以通過斷點(diǎn)、存儲(chǔ)器/寄存器拜訪和單步執(zhí)行等手段來舉行高效且低成本的系統(tǒng)。開發(fā)工具：如今產(chǎn)品開發(fā)周期越來越短，仿真器、調(diào)試器、編譯器、匯編器和評(píng)估板以及軟件工程師用法的case工具和自動(dòng)代碼生成器等成熟的、功能強(qiáng)大的工具變得愈加重要，特殊是在汽車行業(yè)。隨著c166架構(gòu)被越來越廣泛地接受，開發(fā)人員可以充分利用全面并且經(jīng)過驗(yàn)證的開發(fā)工具集。目前多種