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    飞思卡尔”采用永磁同步电机的汽车电子助力转向电控单元解决方案”具体内容



    飞思卡尔







    Contents Specified but Not Required
    方案背景介绍 Solution Background
    方案设计目标介绍 Goal of the Solution
    方案设计原理介绍 Introduction of Solution Design
    方案硬件介绍 Hardware Introduction
    方案软件介绍 Software Introduction
    设计原理简图 Block Diagram
    产品外形图片 Product Picture

    方案背景介绍 Solution Background
    飞思卡尔开发这个参考设计的原因如下:
    电子助力转向代替了汽车中原来的机械和液压系统,可以降低多达3%的能耗;
    电子助力转向可以减轻整车重量和增加驾控智能,更容易与其它高级安全系统集成;
    国内汽车零部件供应商目前还没有基于永磁同步电机(PMSM)的电子助力转向量产解决方案;
    国内电子助力转向制造商在设计高性能永磁同步电机电子助力转向的电控单元时,遇到较大的技术难题;
    从未来的汽车发展趋势来看,新能源车(电动车/混合动力车)和乘用车车型,都会采用电子助力转向。

    基于以上的原因,飞思卡尔开发了这个国内领先的高性价比的电子助力转向电控单元的参考设计,旨在帮助国内制造商跨越这个技术障碍,加速他们的电子助力转向项目的研发。

    方案设计目标介绍 Goal of the Solution
    方案设计的目标是提供高性价比的电控单元平台,使系统实现如下功能和性能目标:
    转子位置传感器接口:
    增量编码器
    数字HALL
    Sin/Cos传感器
    旋转变压器
    扭矩/位置传感器
    模拟输入
    PSI5接口
    Sent接口

    控制技术包括:
    带有位置传感器的三相永磁同步电机定子磁场定向矢量控制方法
    扭矩控制
    闭环电流控制
    电机基本转速以上的弱磁控制
    两电阻/三电阻电流采样
    观测器模型用于旋转变压器信号软件解码算法
    采样时间间隔100微秒,PWM频率为20KHz

    基于CAN/SCI接口的 FreeMASTER应用控制和调试
    方案设计原理介绍 Introduction of Solution Design
     请参考设计原理简图:
    电子转向的扭矩/位置传感器向电控单元发送转向盘位置信号和司机转向力矩。电控单元根据这些信息确定永磁同步电机需要提供多少助力。
    微控制器的应用程序将需求扭矩转化为对永磁同步电机的电流需求。该电流需求值是后续电流闭环控制的输入值。
    电机定子的三相绕组电流和转子位置信号为反馈信号,闭环电流控制环根据根据电流需求,采用定子磁场定向矢量控制方法,确定三相PWM的输出占空比。
    PWMs通过预驱动芯片驱动功率MOSFET。功率MOSFET 产生三相交变电压供给电机。


    方案硬件介绍 Hardware Introduction
    方案主要采用飞思卡尔以下器件: Qorivva 32位微控制器MPC5604P; 预驱动芯片MC33937; 系统基础芯片MC33904; 16位微控制器MC9S12P

    Qorivva 32位微控制器MPC5604P
    Qorivva MPC5604P微控制器系列是面向复杂的底盘应用的基于3Power Architecture®技术的32位 MCU解决方案。 它使电子器件可以替代原先需要通过重型液压和引擎驱动的应用,从而提高燃料效率,减少温室气体排放,同时满足功能性安全应用的最新要求。




    http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MPC560xP&tid=mQORIVVAhp

    预驱动芯片MC33937

    预驱动芯片MC33937主要为三相电机控制或类似应用提供MOSFET驱动。它采用了飞思卡尔”SMARTMOS”技术。


    http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MC33937&nodeId=01435979968454

    系统基础芯片MC33904

    MC33904是飞思卡尔第二代系统基础芯片,它集成了MCU所需的电源管理单元, CAN/LIN物理层,WATCHDOG模块,以及保护和诊断等功能模块。


    http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MC33904&nodeId=0143591F44

    16位安全微控制器MC9S12P

    S12P 系列 CAN 微控制器 (MCU) 具有 16位 MCU 的出色性能,同时保留了8位 MCU 的价位优势。S12P 系列弥补了汽车市场 8 位与 16 位带 CAN MCU 之间的空白,可用作飞思卡尔 16位系列的入门产品。S12P 与 S12XS 系列兼容,提供给客户根据应用选择更小规模存储器和功能的选项。



    http://www.freescale.com.cn/products/16BitMCU/S12P.asp

    方案软件介绍 Software Introduction
    Implementation of PMSM FOC



    设计原理简图 Block Diagram


    产品外形图片 Product Picture



    上图为“采用永磁同步电机的汽车电子助力转向电控单元”图片

    下图为使用了上图ECU的电子助力转向Demo图片




    飞思卡尔基于”永磁同步电机的汽车电子助力转向电控单元解决方案”采用带有位置传感器的定子磁场定向矢量控制方法和三电阻电流采样方案。微控制器采用了飞思卡尔针对汽车电机控制的MPC5604P微控制器,三相预驱动芯片为MC33937,系统基础芯片为MC33904/5。
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  • 评选流程
  • 2012年6-8月方案提交
    2012年9-11月中电网注册工程师评选
    2012年11月评审委员会专家评选
    2013年01月18日颁奖典礼 (工信部微电子发展研究中心多功能会议室,北京)
  • 评选标准
  • 本次优秀方案评选,将从如下4个方面进行考评,邀请网友投票:
    • 方案的创新性
    • 方案性价比
    • 方案易用度
    • 方案市场潜力
 
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