汽車(chē)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從上世紀(jì)50年代到本世紀(jì)初，經(jīng)歷了翻天覆地的革新和變化。

最早是純機(jī)械轉(zhuǎn)向，駕駛員打轉(zhuǎn)車(chē)輪需要克服前輪帶來(lái)的強(qiáng)大摩擦力力，使得駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)十分吃力。上世紀(jì)50年代，液壓助力（HPS）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用在汽車(chē)上，標(biāo)志著轉(zhuǎn)向助力的開(kāi)始。在HPS助力下，駕乘體驗(yàn)有了質(zhì)的飛躍，但是HPS弱點(diǎn)在于成本高、維修難且增加油耗。后來(lái)又經(jīng)幾代人的努力，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從液壓助力（HPS）到電子液壓助力（EHPS），再到如今的純電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力（electrical power steering，簡(jiǎn)稱(chēng)EPS），80年代，日本鈴木首先在其車(chē)型上使用EPS轉(zhuǎn)向助力，標(biāo)志著電動(dòng)時(shí)代的來(lái)臨。如今，幾乎所有乘用車(chē)都采用EPS轉(zhuǎn)向助力。

它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

動(dòng)力來(lái)源于電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率高

隨車(chē)速調(diào)節(jié)助力大小、操控舒適、穩(wěn)定

實(shí)現(xiàn)方向盤(pán)主動(dòng)回正，且可通過(guò)CAN總線與車(chē)身其它部件組成車(chē)聯(lián)系統(tǒng)，是智能駕駛、泊車(chē)的先驅(qū)

節(jié)約油耗3%~5%

正常情況下無(wú)需更換零部件，終生不維修

一款基于ST PowerPC SPC560P34L1以及predriver L9907, 低壓MOSFET STP120N4F6等的EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)方案：

硬件原理

EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)板硬件主要分以下幾塊：

① 主控MCU：本方案采用ST PowerPC SPC560P34L1，是核心算力器件。負(fù)責(zé)對(duì)外部扭力傳感器信號(hào)、車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，同時(shí)計(jì)算驅(qū)動(dòng)策略和PID控制算法。

②驅(qū)動(dòng)部分：ST L9907具備三相predriver，H橋（DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)）或3H橋（BLDC或PMSM電機(jī)驅(qū)動(dòng)）構(gòu)架，同時(shí)具備SPI配置、校準(zhǔn)和信息反饋，內(nèi)置運(yùn)放，可直接抓取來(lái)自電機(jī)的電流。配合低壓MOSFET STP120N4F6，組成一套完整的電機(jī)驅(qū)動(dòng)/反饋電路

③ 電源系統(tǒng)：ST PM芯片L9777A可提供2路5V DC隔離輸出，一路供給內(nèi)部邏輯電源，另一路供給外部sensor，這樣外部尖峰浪涌不易影響到板內(nèi)元器件，以應(yīng)對(duì)車(chē)載復(fù)雜的電源條件。

④輔助MCU：增加一顆汽車(chē)級(jí)8bit MCU STM8AF6223，做整機(jī)電源管理和策略監(jiān)控，一旦遇到故障，可以采取必要的應(yīng)對(duì)措施，以保護(hù)車(chē)輛和駕乘人員安全。

軟件策略

“隨速助力”永遠(yuǎn)是EPS控制的核心算法。它有兩層意思，包括：

①電機(jī)需要跟隨駕駛員轉(zhuǎn)向意圖和轉(zhuǎn)向速度，提供相同方向矢量的助力。這需要實(shí)時(shí)分析扭矩傳感器信號(hào)并快速計(jì)算出PID控制策略

②在不同車(chē)速下，電機(jī)提供助力的扭矩是不一樣的，理論上車(chē)速越快，所提供的助力越小。車(chē)速超過(guò)60~80Km/h，電機(jī)甚至需要提供阻尼以應(yīng)對(duì)方向盤(pán)過(guò)輕、跑偏的狀況。這使得整個(gè)助力是一個(gè)變化的曲線，需要優(yōu)秀的控制算法

③ 核心PID以及閉環(huán)控制算法：通過(guò)數(shù)學(xué)工程PID算法、以及做電流閉環(huán)、扭力閉環(huán)控制，是電機(jī)控制策略的核心關(guān)鍵。優(yōu)秀的算法，往往可以使電機(jī)驅(qū)動(dòng)更平滑、助力迅速跟上但不超調(diào)，駕駛體驗(yàn)非常好

試驗(yàn)臺(tái)架與人機(jī)界面

試驗(yàn)臺(tái)和人機(jī)界面是必不可少的調(diào)試設(shè)備，有助于開(kāi)發(fā)者模擬實(shí)際轉(zhuǎn)向，在仿真情況下調(diào)試PID參數(shù)和修正電控策略

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

? 擁有比其它32bit MCU更多的對(duì)Timer控制策略，實(shí)現(xiàn)DC/BLDC/PMSM精確控制

? 獨(dú)立控制（助力、主動(dòng)續(xù)流、阻尼、鎖定）

? 雙向放大4MHz帶寬增益可調(diào)

? 可實(shí)現(xiàn)BLDC雙橋臂采樣 ，速度快，可檢測(cè)正負(fù)電流，倍數(shù)可調(diào)

? 運(yùn)放帶offset算法補(bǔ)償，使采樣精度更高

? 獨(dú)立5V供外部扭矩傳感器。內(nèi)外電源獨(dú)立，不受影響

?方案規(guī)格

SPC560P34L1：

? 汽車(chē)級(jí)PowerPC e200z0h內(nèi)核，64MHz主頻

? AEC-Q100

? 8ch獨(dú)立/互補(bǔ)通道PWM，16bit精度

? 擁有比其它32bit MCU更多的對(duì)Timer控制策略

L9907：

? 6~54V適壓，可靠性高

? 6ch PWM

? Prediver能力：600mA

? 2ch內(nèi)置運(yùn)放：雙向放大4MHz帶寬增益可調(diào)

? SPI可配置offset補(bǔ)償 L9777A：

? 輸入范圍5.6~31V / ? 150mA/100mA雙路驅(qū)動(dòng)能力

? 獨(dú)立5V跟隨