今天，電子動力轉向系統（EPS）已成為減少二氧化碳排放的關鍵要素之一。因此各種不同類型的汽車都裝備有機電動力轉向系統。那么在實現電子助力轉向系統時需要用到哪些技術呢？

　　EPS是一種機電動力轉向系統，它用電子控制的馬達代替原來的水壓助力轉向裝置。EPS系統在發動機艙內占用更少的空間，更容易組裝，而且能夠節省燃油消耗。另外它在轉向系統中不再使用有毒的液壓油。在小型車輛中，馬達是通過齒輪箱連接到轉向柱的，而在中型汽車內，馬達利用凸緣架斜向或縱向安裝在齒輪架上，并通過齒輪箱作業。當司機轉動方向盤時，馬達就為轉向系統提供動力。

　　EPS系統是如何工作的？

　　電子動力轉向系統由一個控制單元、眾多傳感器和一個無刷馬達組成。控制單元對系統進行控制，并提供馬達所需的信息。另外，它還從傳感器接收信息，這些傳感器主要用來測量方向角度、駕駛速度和扭矩等參數。檢測馬達位置和馬達電流的傳感器可確保馬達工作在最佳狀態。圖1為帶系統監視功能的高階電子機械動力轉向系統關鍵組件。XC2300作為主處理器控制著伺服馬達和其它組件。第二個較小的微控制器或ASIC則作為監控單元。

　　EPS系統中的主要組件

　　傳動裝置是一個三相同步或異步無刷馬達。馬達的旋轉場以電子方式產生。信號頻率約20kHz的脈沖寬度調變（PWM）信號將影響馬達的速度和扭矩。

　　旋轉編碼器或磁性傳感器，即所謂的巨型磁阻（GMS），可以提供識別轉子位置的數據。通常兩個相位電流是通過分路電路或霍爾傳感器測量的。上述傳感器都是模擬輸出，因此需要經過放大才能用于進一步的處理。作用在轉向柱上的力量以及馬達要求的助動力通過扭矩傳感器測量。信號處理在控制單元中完成。車輪傳感器提供汽車速度信息，轉向角度傳感器提供方向盤目前位置信息。其它控制單元則處理這些信號。數據是在CAN總線上傳輸的。可以在傳感器中整合一些評估邏輯，具體取決于系統選用的傳感器類型。這樣可以提高精密度，減少出錯的可能性。

　　控制單元由眾多的穩壓器、CAN收發器、信號處理電路、橋式驅動器、電源開關和微控制器組成。

　　穩壓器提供傳感器、微控制器和ASIC所需的各種電壓。CAN收發器用于CAN總線和微控制器之間的橋接。數據信號處理是模擬還是數字方式取決于傳感器類型。因為微控制器不能直接控制電源開關（B6橋），因此需要橋式驅動器。橋式驅動器產生快速開關晶體管所需的閘極電壓和相關電流。智能驅動器還包含有診斷接口，它能檢測各種問題，如半橋短路、低相位電壓或組件高溫。微控制器控制和監視馬達與整個系統，它還必須執行診斷功能，并與網絡進行通訊。此外還采用了另外一個控制器來進行檢錯，并在必要時啟動緊急工作模式。

　　由于EPS系統在馬達動態和？定扭矩方面有很高的要求，故它們需要采用復雜的算法，如FOC（針對場的控制）。這種控制直接作用于馬達的轉子場上，需要相當強的處理能力，因為它涉及運算多個坐標轉換（Clark/Park轉換），并須以50μs間隔調節兩個相位電流。需要通過一個PWM信號并使用空間向量方法對馬達進行控制。由于MAC單元性能非常高，因此所需的CPU負載還不到10%。

　　圖1：具備系統監視功能的電子機械動力轉向系統中的關鍵組件。

　　XC2300微控制器

　　XC2300微控制器是英飛凌公司XC2000微控制器系列的新產品，該組件可解決系統監視問題，能夠快速處理嚴格的控制算法，并具有廣泛的內建硬件支持。總之，它能夠快速且高效地處理各種復雜的任務。

　　為了增強可靠性，XC2300在安全方面采用了循環冗余校驗（CRC）來驗證感應數據，其中涉及兩次寫入數據以及二者的比較。整個內存系統受硬件糾錯單元的保護。為了整合不同的軟件模塊，還設立了一個內存保護單元。

　　XC2000的架構是以之前開發的C166核心為基礎，可提供先進的控制和DSP功能。然而，與C166架構不同的是，它具有高性能管線結構，故可在單頻率周期內執行指令。在相同的頻率速度下，XC2300的處理能力約為C166的兩倍。XC2300還整合一個乘法累加單元，可容易實現矩陣作業或有限脈沖響應（FIR）濾波器功能。這意味著可在單頻率周期內執行累積32位加法或減法的16x16位乘法。快速的矩陣作業處理（Clark/Park轉換）和PI控制器在EPS中都發揮了重要作用。XC2300支持最多128個中斷源，共有16個中斷等級。除了典型的中斷處理，該處理器還以外圍事件控制器（PEC）的形式提供可選的DMA傳送功能，允許在16MB的地址空間中輕松地移動或復制大型數據區塊。程序內存存取為64位寬，目前最高支持576KB的嵌入式閃存。閃存在實體上被分成多個模塊，并采用了糾錯和監視功能，可獲得更高的執行可靠性。每個閃存區都可通過密碼分別實現讀寫保護。可用來管理數據的嵌入式SRAM容量為50KB。此外還采用了一種額外的保護機制來防止對重要CPU緩存器的未授權存取。為了進一步提高執行可靠性，當某些受限指令被執行或者是CPU堆棧寫入溢出時也可以觸發保護機制。