2）電子控制單元（ECU）

　　由于性能高、控制手感好，永磁同步電機(jī)（PMSM）在直流無(wú)刷EPS系統(tǒng)中占有很大的比重。對(duì)于永磁同步電機(jī)，其控制算法需要采用空間矢量控制算法，因 而對(duì)控制器的計(jì)算精度和速度都提出了較高的要求。為了保證其能準(zhǔn)確高效地完成任務(wù)，英飛凌推薦 XC2300產(chǎn)品系列中的XC2300B產(chǎn)品。其擁有一個(gè)帶五級(jí)流水線的最高80MHz的時(shí)鐘頻率的高性能CPU并擁有一個(gè)保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法訪問(wèn)的 Memory Protection Unit （MPU）。它具有不同類(lèi)型的片上存儲(chǔ)模塊（stand-by RAM，dual-port RAM，SRAM， program/data SRAM和program flash memory）并使用硬件CRC檢測(cè)和ECC碼來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤并能糾正單位錯(cuò)誤。它的眾多的外設(shè)模塊可靈活地滿(mǎn)足各種不同的需求，擁有2個(gè)10位分辨率的 同步A/D轉(zhuǎn)換器，多路通用捕捉/比較單元，多路CAN接口等等，并可通過(guò)DAP和JTAG接口進(jìn)行片上調(diào)試。此外，它還帶有看門(mén)狗和晶振看門(mén)狗來(lái)保證控 制器的正常運(yùn)行。

　　除了這顆主微控制器外，EPS系統(tǒng)還需要一個(gè)備份微控制器。它最主要的作用是對(duì)主微控制器進(jìn)行監(jiān)控并在主微控制器失效 的情況下切斷EPS使汽車(chē)進(jìn)入機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)，避免汽車(chē)失控而引發(fā)危險(xiǎn)。在這里，英飛凌推薦的也是XC2300 16位微控制器。其目的是為了符合ISO26262中對(duì)EPS系統(tǒng)的ASIL（汽車(chē)安全完整性等級(jí)）D的要求。

　　TLE7183/TLE7189是英飛凌主推的大電流三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)EPS系統(tǒng)中最重要的無(wú)刷電機(jī)。TLE7183QU的三個(gè)高邊和三個(gè)低邊 輸出級(jí)可通過(guò)輸出0-100%占空比的最高30kHz的PWM波控制6到12顆外接MOS管，且內(nèi)置一路高精度運(yùn)算放大器。它帶有過(guò)流，過(guò)溫，短路等各類(lèi) 保護(hù)和分析功能并具有關(guān)斷和睡眠兩種模式。整個(gè)產(chǎn)品使用了48管腳的帶外置散熱片的TQFP封裝，保證了系統(tǒng)良好的散熱性能和焊接的便利性。而 TLE7189與TLE7183的最大區(qū)別是內(nèi)置三路高精度運(yùn)算放大器。其中兩路運(yùn)放利用兩個(gè)采樣電阻來(lái)采集電機(jī)的兩相電流，實(shí)現(xiàn)矢量控制算法來(lái)精確地控 制電機(jī)；另一路運(yùn)放利用另外一個(gè)采樣電阻來(lái)采集電機(jī)的第三相電流，實(shí)現(xiàn)冗余和校驗(yàn)功能。

　　5.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新方向：ISO26262與小型化

　　1）ISO26262

　　ISO26262標(biāo)準(zhǔn)主要定位在特定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車(chē)電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)主要參考工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC61508，大約于2005年開(kāi)始發(fā)展，于2011年 11月15日正式頒布。2012年8月國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于下達(dá)2012年第一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》中，正式將ISO26262標(biāo)準(zhǔn)列入國(guó) 標(biāo)制定計(jì)劃。未來(lái)ISO26262對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)尤其汽車(chē)電子的影響程度將不亞于ISO/TS 16949.

　　ISO26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全 風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(jí)（Automotive Safety Integrity Level 汽車(chē)安全完整性等級(jí) ASIL），其中D級(jí)為最高等級(jí)，需要最苛刻的安全需求。作為汽車(chē)最關(guān)鍵的系統(tǒng)，EPS必須要滿(mǎn)足ASIL D，而ASIL D對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件開(kāi)發(fā)流程的要求非常高。因此，一個(gè)好的半導(dǎo)體解決方案會(huì)幫助整車(chē)廠和EPS系統(tǒng)供應(yīng)商在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)事半功倍。

　　由于 ISO26262是由歐洲幾大車(chē)廠聯(lián)合發(fā)起制定的，作為歐洲最大的汽車(chē)電子芯片供應(yīng)商，英飛凌有幸參與了這幾大車(chē)廠原型機(jī)的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證，實(shí)施等環(huán)節(jié)，并且 有些項(xiàng)目已經(jīng)量產(chǎn)。由于這個(gè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，雖然ISO26262在2011年11月15日才正式頒布，英飛凌卻已經(jīng)準(zhǔn)備好了一整套成熟的，完整的，可以支持量 產(chǎn)的解決方案，包括硬件，軟件和文檔。在上圖三中的雙XC2300的方案就是其中一個(gè)成熟的解決方案，它們的安全軟件架構(gòu)如下圖四所示：

　　圖四：基于雙XC2300的ASIL D軟件架構(gòu)

　　2）小型化

　　小型化的需求主要來(lái)自于基于直流無(wú)刷電機(jī)的齒條助力式EPS系統(tǒng)。為了追求這一目標(biāo)，將EPS的電控單元集成入直流無(wú)刷電機(jī)中成了各大廠商的首選方案。其主要的方法就是直接向半導(dǎo)體廠商采購(gòu)裸片（Bare Die），然后將貼有這些裸片的陶瓷板安放在電機(jī)的后蓋中。

　　由于主微控制器和預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片的裸片操作比較復(fù)雜，需要廠商具有極高的陶瓷貼片技術(shù)和裸片的引線技術(shù)。因此更多的廠商，尤其是亞洲的廠商選擇的是折中的方 案：主微控制器和預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片還是采用標(biāo)準(zhǔn)的封裝格式，只采用Mosfet的裸片。這樣既能夠顯著減少體積達(dá)到小型化的目的，同時(shí)提高散熱能力，并且又降低 了系統(tǒng)的技術(shù)門(mén)檻。

　　英飛凌一直以來(lái)致力于新產(chǎn)品和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，以能夠支持客戶(hù)實(shí)現(xiàn)小型化的目標(biāo)。對(duì)于中小型客戶(hù)，英飛凌推出了一系列小封裝、高性能、集成度高的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。對(duì)于中大型客戶(hù)，英飛凌既能提供全套的裸片方案，同時(shí)也能提供單個(gè)Mosfet裸片模塊。

　　6.結(jié)論

　　隨著21世紀(jì)日益突出的能源問(wèn)題和汽車(chē)產(chǎn)品的電子化，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越普及。基于高性?xún)r(jià)比和開(kāi)發(fā)便捷的考慮，本文介紹的英飛凌EPS方案主要是 基于16位主微控制器。隨著系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，32位主微控制器的方案將成為未來(lái)的主流設(shè)計(jì)。英飛凌的新一代基于65nm技術(shù)的32位主微控制器 Aurix系列即將正式面世，其強(qiáng)大的功能、豐富的內(nèi)設(shè)和符合ISO26262的安全特性，能夠幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大、更加小型化、更加安全的EPS系 統(tǒng)。

　　電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成控制系統(tǒng)方案詳解

　　長(zhǎng)期以來(lái)，諸如永磁同步電機(jī)（PMSM）和感應(yīng)電機(jī)等三相交流電機(jī)，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)。在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，這些電機(jī)還是相對(duì)時(shí)新的裝 置，目前正被逐漸用作傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的補(bǔ)充品或替代品。PMSM采用的繞組為三相正弦分布繞組和機(jī)械位移繞組。三相正弦波和時(shí)間位移電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這 一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)（逆變器中的）MOSFET切換電機(jī)繞組的電流而產(chǎn)生。磁場(chǎng)定向控制（FOC）算法為電機(jī)電流控制生成PWM模式。轉(zhuǎn)子的位置 和電流持續(xù)不斷地被檢測(cè)。基于高性能微控制器的高效FOC系統(tǒng)，為電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)提供安全高效的解決方案創(chuàng)造了條件（圖1）。

　　圖1：運(yùn)行于FOC模式的32位TriCore微控制器。