一种基于旋转变压器软件解码的电动助力转向系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车电动助力转向系统，特别是涉及一种基于旋转变压器软件解码的电动助力转向系统。
【背景技术】
[0002]电动助力转向系统(EPS)是在传统的机械转向系统的基础上增加转向传感器(转矩或者转矩转角一体式传感器)、电子控制单元(ECU)和动力辅助装置(即电机和减速器装置)而成，由于取消了机械液压转向系统的油压管路，通过电机驱动来提供辅助转向助力，因此具有结构简单的优点。另外，由于该系统根据驾驶员施加在转向盘上的操纵转矩和车速等信号，经过ECU计算电机所需提供的助力，因此一方面，电机只在必要时提供助力，可以节省燃油，另一方面，助力大小可以根据车速进行调节，进而获得可变的转向特性。正是由于上述优点，电动助力转向系统正逐渐取代传统的液压助力转向系统。
[0003]近年来，中高级轿车对电动助力转向系统的需求急剧增加，为了满足中高级轿车的助力需求，电动助力转向系统的助力电机必需向无刷化(PMSM)和大功率化方向发展。为了实现对PMSM电机的转矩伺服控制，通常采用矢量控制策略，因此需要获取PMSM电机转子位置信息。虽然无位置传感器控制已经在某些应用场合得到了应用，但是在EPS中仍然需要依靠位置传感器获取可靠且精确的转子角度和速度信息，实现对转矩或转速的精确控制，所以在EPS中，PMSM电机一般都采用位置传感器，主要有霍尔传感器和旋转变压器两种。与霍尔式传感器相比，旋转变压器具有更好的鲁棒性和可靠性、寿命也长、不受灰尘、潮湿、高温、振动等恶劣环境的影响，旋转变压器在无刷EPS中的应用已经成为一种趋势。
[0004]旋转变压器直接输出的信号是两路正交的正弦信号，需要经过解码才能得到位置信息。旋转变压器的解码方法主要分为两种，一种是使用专用芯片解码，另外一种是软件解码。专用芯片主要有ADI公司的AD2S 1200和多摩川公司的AU6803等，实现起来简单方便但成本较高。使用软件解码可以显著降低解码成本，是EPS应用中的最佳选择。
[0005]文献《一种软件旋变数字转换器的设计与开发》中提出了一种采用角度观测器，来进行对旋变信号的解码，但该观测器需要配置5个参数。专利CN104111665A中提出的方法与上述方法类似，只是计算反馈角度的正余弦值时采用了 CORIDC算法。专利CN101865651A采用FFT算法对旋变信号进行解码，FFT算法对MCU运算处理要求较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于旋转变压器软件解码的电动助力转向系统。在保证电动助力转向系统性能的前提下，降低电动助力转向系统、电子控制单元的成本，降低MCU的开销以及去除采用角度观测器参数设计和匹配的环节，缩短开发周期。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种基于旋转变压器软件解码的电动助力转向系统，包括机械转向机构、动力辅助机构以及电子控制单元，所述的动力辅助机构包括设置有旋转变压器的PMSM电机，所述的电子控制单元包括:
MCU模块，用于完成EPS算法和旋转变压器软件解码算法；
旋转变压器信号处理模块，用于为所述的旋转变压器提供激励信号，为所述的MCU模块提供采样的单极性信号；
功率驱动模块，用于驱动PMSM电机；
电源模块，为上述各模块供电，
所述的MCU模块分别与所述的功率驱动模块以及旋转变压器信号处理模块相连接；所述的旋转变压器信号处理模块与旋转变压器相连接；所述的功率驱动模块与PMSM电机相连接。
[0008]优选地，所述的MCU模块包括至少7路PWM输出端、I路CAP捕获端以及至少2路AD采样模块。
[0009]优选地，所述的MCU模块包括用于完成EPS算法的主MCU模块、用于完成旋转变压器软件解码算法的从MUC模块，所述的从MCU模块与旋转变压器信号处理模块相连接，所述的主MCU模块与从MUC模块之间通过SPI通信。
[0010]优选地，所述的旋转变压器信号处理模块包括用于为所述的旋转变压器提供激励信号的激励信号调理电路、用于为所述的MCU模块提供采样的单极性信号的输出信号调理电路。
[0011]进一步优选地，所述的激励信号调理电路包括一阶有源滤波放大电路和二阶巴特沃斯滤波电路。
[0012]优选地，所述的电子控制单元还包括与所述的MCU模块相连接的通讯模块和用于接收汽车运行状态信号和驾驶员操纵转向盘信号并对信号进行滤波、整形的信号处理模块。
[0013]优选地，所述的机械转向机构包括转向盘、与所述的转向盘相连接的转向管柱、与所述的转向管柱相连接的齿轮齿条转向器以及连接在所述的转向管柱上的转向传感器。
[0014]优选地，所述的动力辅助机构还包括蜗轮蜗杆减速器，所述的PMSM电机与蜗轮蜗杆减速器相连接。
[0015]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果:
本发明采用低成本的旋变软件解码方案替代昂贵的硬件解码方案，并将其应用于电动助力转向系统，大大降低了电动助力转向系统的硬件成本，且解码算法运算量小、精度高。
【附图说明】
[0016]附图1为本发明中电动助力转向系统的结构示意图；
附图2为本发明中电子控制单元的连接示意框图；
附图3为本发明中激励信号调理电路；
附图4为本发明中输出信号调理电路；
附图5为实施例一的电子控制单元的部分结构框图；
附图6为实施例一中PWM、R1/R2、Sin+/Sin-、Cos+/Cos-的波形图；
附图7为实施例一中正余弦单极性信号、正余弦包络线波形图；
附图8为实施例一中软件解码的算法流程图； 附图9为实施例一中正余弦采样信号、角度信号比对图；
附图10为实施例二的电子控制单元的部分结构框图。
[0017]其中:1、转向盘；2、转矩转角传感器；3、蜗轮蜗杆减速器；4、转向管柱；5、齿轮齿条转向器；6、轮胎；7、电子控制单元；8、蓄电池电源；9、旋转变压器；10、PMSM电机。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述:
如图1所示的一种基于旋转变压器软件解码的电动助力转向系统，包括机械转向机构、动力辅助机构以及电子控制单元7 (以下简称ECU)。其中:
机械转向机构包括转向盘1、与转向盘I相连接的转向管柱4、与转向管柱4相连接的齿轮齿条转向器5以及连接在转向管柱4上的转向传感器，转向传感器具体可以采用转矩转角传感器2。
[0019]动力辅助机构包括设置有连接在转向管柱4上的蜗轮蜗杆减速器3、与蜗轮蜗杆减速器3相连接的PMSM电机10，PMSM电机10上设置有旋转变压器9。
[0020]以下具体对电子控制单元7进行描述，如图2所示:电子控制单元7包括:
MCU模块15，MCU模块15是E⑶7的核心，用于完成EPS算法和旋转变压器软件解码算法;MCU模块15至少有7路PWM输出端:6路用于控制PMSM电机10，I路用于为旋转变压器9提供激励信号；I路CAP捕获端:用于捕获PWM信号23的上升沿；至少2路AD采样模块。在本实施例中MCU模块15选用TI公司的TMS320F2812芯片，其提供的两个事件管理器EVA和EVB能满足上述需求，其中EVA模块用来做电机控制，EVB模块可以产生PWM信号23。
[0021]旋转变压器信号处理模块20，与MCU模块15、旋转变压器9相连，一方面接收来自MCU模块15的PWM信号23，在内部调理成正弦信号，为旋转变压器25提供激励信号19，另一方面接收来自旋转变压器25输出的正余弦信号17和18，并对上述两路信号做差分转单极性调理，经调理后的信号21和22可直