基于 Infineon 霍尔技术的TLE4997在电子节气门位置传感器ETC 优选器件方案

开发背景

随着时代的发展,人们对汽车的动力性、经济性、环保性、舒适性、安全性和方便性,提出了更高的要求,为此,多样化的智能发动机管理系统日渐普及。智能电子节气门控制系统,在新款的乘用车上广泛使用,替代了"拉索式"的控制方式,简化了各控制系统的整体结构,综合控制功能得到提高,取消了各式怠速阀。作为汽车电子控制系统的信号源,传感器的性能直接决定了系统的性能,其中节气门位置传感器是电子控制系统中非常重要的传感器之一,它是怠速控制、燃油喷射系统、点火提前角控制等主要信号源。
电子节气门控制系统是闭环控制系统，它对油门加速踏板位置信号、节气门位置信号进行采样处理，根据两者的误差值以确定节气门阀的基本开度；系统在计算出基本开度后，通过CAN总线与整车ECU通信，获得整车工况信息，综合计算出对发动机的输出功率和输出转矩的需求，对基本开度进行修正，通过输出PWM控制驱动电机用以控制节气门的实际开度.

本方案以智能电子节气门为研究对象，采用的是英飞凌TLE4997E2方案进行相应的硬件和软件设计,实现功能,及典型应用.

一.  电子节气门基本原理
       电子节气门控制系统是闭环控制系统，它对油门加速踏板位置信号、节气门位置信号进行采样处理，根据两者的误差值以确定节气门阀的基本开度；系统在计算出基本开度后，通过CAN总线与整车ECU通信，获得整车工况信息，综合计算出对发动机的输出功率和输出转矩的需求，对基本开度进行修正，通过输出PWM控制驱动电机用以控制节气门的实际开度.

                                                                                    图1

二.  硬件设计

      1..电源电路设计 
      电源部分主要为电控单元、传感器和直流电动机提供电源。其中由于传感器电 路精度比较高，节气门位置传感器和踏板位置传感器输入的模拟信号供电电压必须非常稳定，否则对踏板位置传感器和节气门位置传感器信号会有很大的扰动，本设计中给传感器单独供电，电控单元5V供电电源与传感器SV供电电源分开。本设计共需两个5V和一个12V直流电源。其中5V电源由两个电压转换器件LM317从12V直流电源直接转化得到。直流电机所需12V直流电源直接从12V蓄电池得到。图2所示为系统采用电源稳压电路图，主要由电源稳压芯片LM317组成。


                                                                                        图2
      2.角位移信号调理电路
               该电路是电控系统的重要组成部分，主要完成信号的跟随和滤波。信号调理可以防止各种干扰信号进入系统，
        是整个系统抗干扰的重点部分。其原理图如图3所示。图3 节气门位置信号调理电路

                                                                                        图3
       3.工作指示电路
        该电路是LED明亮程度,指示节气门的开度或者反应的油门的大小，车子当前工作状态.

                                                                                      图4
 三.   软件设计
         1.开发工具
          编程器：PGSISI-2
          开发板
          DC24V电源
          USB通讯线

                                                                                           图5
2.1.设置参数

                                                                                          图6.1

2.2.设置参数
                                                                                
                                                                                         图6.2


3.1 两点校准

                                                                                          图7.1

3.2 两点校准

                                                                                         图7.2


4.程序烧录

4.1参数检查


                                                                                         图8.1

4.2烧录设定程序


                                                                                       图8.2


四.方案可以实现：

1.精确控制节气门开度。
2.改善发动机的节油和排放性能。
3.发动机全范围的最佳扭矩的输出。
4.冗余设计，具有更高的车辆行驶可靠性。
5.不同的车况，可选不同的工作模式。
6.可获得海拔高度补偿。

五.典型应用1  

线性和角度位置检测
1.油门踏板,节气门位置
2.座椅位置，阀门转角
3.悬架控制
4.转向系统   
5.大灯的角度

六.典型应用2  

 大电流检测
1. 电池管理
2.电机控制
3.电子保险丝

►场景应用图

►产品实体图

►展示板照片

►方案方块图

►电子节气门内部结构图

►核心技术优势

线性霍尔IC TLE4997是专为满足高精度旋转和位置检测的需求而设计的，以及电流测量应用。该传感器测量磁场的垂直分量，并输出与磁场成正比的信号，并可选择不同的接口，即PWM、SENT或SPC。 采用BiCMOS技术，具有高电压能力，并提供反极性保护。数字信号处理采用16位DSP结构和完全可预测，数字温度补偿保证，与模拟系统相比，长期稳定，无漂移。最小的整体分辨率是12位。然而，一些内部阶段的分辨率高达20位 具体优势

■允许稳定的重现操作和精确的确定性参数设置

■靠近电源和/或地电平的输出电压范围更宽

■真实可靠的12位模拟输出性能

■灵活适应各种磁性配置

■无需任何设置回路，即可实现高精度的复杂磁路热补偿

■全自动操作范围

■提供精确的校准设置和恒定的采集精度超过温度、压力和寿命

■可对大量应用电路进行断线、传感器供应调节器故障和短路检测

■由于机械应力造成的漂移非常小

■适用于汽车环境，在不损失输出值的情况下，能承受电压下降

■允许以更高的带宽采集更短的信号延迟

■简单可靠的校准，高数据保存性——另外还采用了内部前向纠错功能

►方案规格

■可达20位的全数字信号处理

■宽输出范围的12位整体分辨率

■低比度误差，低积分和优秀的微分非线性

■电压输入范围4V~7V

■3个磁量程:±50/100/200 mT

■全数字和确定性二阶温度补偿

■广泛的温度范围-40℃至150℃

■低零场偏置和异常低偏置漂移

■对上拉和下拉载荷的实时诊断，过欠压电压检测

■所有引脚EMC、开路、短路、过欠压、反极性、过温等保护功能

■机械鲁棒性，超低噪音测量

■具有单位错误校正的参数EEPROM