汽车电液助力转向系统ECU的设计与开发

系统介绍
电动液压助力转向系统（EHPS）主要由以下几部分组成,它们是助力转向控制单元(ECU)、助力转向传感器、带电动泵的齿轮泵、储油罐、转向传动装置、CAN 总线系统。我们的主要工作是助力转向控制单元(ECU)的软硬件研究与开发。助力转向控制单元根据助力转向传感器传来的信号为主，兼或考虑CAN 总线上的车辆速度来进行电动泵的转速控制，进而控制齿轮泵的泵油量来达到控制助力转向传动装置的目的。这样我们就可以根据车辆方向盘的转向角速度和车辆当前的行驶速度来确定我们当前所需要的转向助力的大小。
1．ECU设计概要
1．1 ECU 的CPU 的选择
控制器（ECU）的设计关键是选择一种适用于特定控制目标的单片机，对车辆电动液压助力转向系统来说，它对单片机要求有如下几个特点：
① 抗环境干扰，满足汽车级芯片温度范围的要求，即-40~+125℃。
② 有较多的I/O 口，以实现多种控制功能；快速的计算速度，以满足实时控制要求。
③ 采用标准的通讯接口，以便于诊断功能的实现，同时具有与车辆上其它CPU 进行通讯的能力。
④ 有较好的性能价格比，便于批量装车，使之成为一种普及型产品。
基于上述特点采用16 位单片机对电动液压助力转向系统是一种适中的选择。并且国外电动液压助力转向系统产品目前绝大多数都选用这一档次的单片机。Infineon XC164CM 正是这一适中产品，它是Infineon 公司为车辆控制系统设计的16 位单片机。
1．2 ECU 模块设计

见图1，所设计的基于Infineon XC164CM 单片机，它包括输入、输出、故障诊断、车辆信息数据传输四个模块。
①输入模块
输入采用XC164CM 的输入捕捉功能CAPCOM 单元，每个输入通道对应一个独立的CAPCOM 通道。CAPCOM 通道可以在每个事件接收后发出中断，它有一个捕捉寄存器CCx，即可以保持1 个事件。由于中断地址是独立的，这样进入中断服务程序就不用再识别是哪个中断源，提高了中断服务处理的效率。在本系统中亦采用CC16 和CC17 作为2 个霍尔器件脉冲的输入信号扑捉通道，采用CC23做为方向盘转角脉冲的输入信号扑捉通道。采用CAPCOM 通道使采集信号的质量大大提高，CPU 占用时间少，CAPCOM 的捕捉事件的分辩率在20MHz 主频下为400 ns。
②输出模块
XC164CM 有47 个I/O 端口，在本系统中采用P1 口作为控制输出口。每个I/O 口都用独立的控制器控制输入/输出。
③诊断模块
EHPS 是一种可靠性要求很高的系统，要求内部程序对系统要随时进行监控，一旦发生故障，能及时记录下来，并把其存贮起来。本系统采用I2C 总线的E2 PROM 作为故障代码存贮器，用XC164CM的同步串行功能实现I2C 总线与E2PROM 通讯，XC164CM 作为主机，E2PROM 作为从机。通过XC164CM的CAN1 口实现外部诊断通讯，与PC 机端是通过USB 数据采集卡连接通讯。
④车辆信息数据传输
单片机XC164CM 带有两个CAN 总线控制器，CAN1 和CAN2。内部有2K 字节的CAN 寄存器空间来实现CAN 通讯，它有32 个信息体，每个信息体有8 个字节的数据可以传送。EHPS 系统所需的车速和发动机转速就是通过2． ECU 软件设计
该程序结构采用C 语言中流行的多模块结构，这种结构比起以往的单模块结构来说有程序结构清晰，便于程序移植和程序维护等特点。
2.1 EHPS ECU 的主程序
EHPS 主循环是一个定时循环调用程序，程序框图见图2。