專利名稱：車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器，尤其適用于小型車輛轉(zhuǎn)向柱式的電動伺服助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著人們對車輛操縱穩(wěn)定性、環(huán)保、節(jié)能等要求日益提高，傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系正逐漸被電動助力轉(zhuǎn)向系所取代。電動助力轉(zhuǎn)向是通過預(yù)先設(shè)定好的助力特性曲線，能夠根據(jù)不同的車速以及駕駛員的手力情況來調(diào)整助力大小，滿足不同的駕駛工況。對于一項(xiàng)汽車電子產(chǎn)品，其電子控制單元(ECU)部分是整個(gè)產(chǎn)品的重點(diǎn)之一，同時(shí)也是難點(diǎn)之一。ECU的硬件電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，不但會增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高整個(gè)產(chǎn)品的成本，而且還會影響電機(jī)助力的平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性，使駕駛員的手感變差，影響車輛操縱穩(wěn)定性。
目前，一般的汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置包括微處理器、H橋電機(jī)驅(qū)動模塊，電機(jī)，采樣反饋電流的電阻，對電機(jī)通常采用H橋驅(qū)動電路來控制，通過選擇不同MOSFET管的導(dǎo)通和斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，通過調(diào)整脈寬調(diào)制信號(PWM)的占空比來控制電機(jī)的助力大??；同時(shí)通過H橋高端處的采樣電阻將與電機(jī)電流成比例的電壓值反饋回微處理器，由反饋電壓根據(jù)比例得到反饋電流并與微處理器設(shè)定的給定電流相比較，利用集成在微處理器中的比例微分(PI)或比例微分積分(PID)控制調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出脈寬調(diào)制信號到電機(jī)驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的助力。在一般情況下，這個(gè)反饋電壓能較準(zhǔn)確的反映當(dāng)前電機(jī)的電流值；但是當(dāng)駕駛員迅速轉(zhuǎn)動方向盤時(shí)，由于續(xù)流二極管的作用，與反饋電壓相對應(yīng)的反饋電流便會與實(shí)際電機(jī)電流有較大的出入，使電機(jī)助力并不滿足實(shí)際要求。同時(shí)根據(jù)H橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，反饋電壓不論電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)均為正電壓，這樣在駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤通過零點(diǎn)的時(shí)候會產(chǎn)生不連續(xù)感。以上問題都會使得駕駛員手感變差，在某些情況下甚至影響到操縱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種給駕駛員良好的轉(zhuǎn)向手感，操縱平穩(wěn)可靠的車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器。
本實(shí)用新型的車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器，包括微處理器、H橋電機(jī)驅(qū)動模塊，電機(jī)，采樣反饋電流的電阻以及電子伺服模塊，所說的電子伺服模塊包括數(shù)字電位器、取樣電阻、適配電阻、第一功率放大元件、第二功率放大元件和脈寬調(diào)制控制器，其中數(shù)字電位器、取樣電阻和適配電阻串聯(lián)，該串聯(lián)電路的兩端分別與扭矩傳感器的主、副扭矩信號輸出端相連，第一功率放大元件的輸入端與取樣電阻的兩端共接，第一功率放大元件的輸出端與脈寬調(diào)制控制器相連，第二功率放大元件的輸入端與采樣反饋電流的電阻兩端共接，第二功率放大元件的輸出端與脈寬調(diào)制控制器相連，微處理器通過SPI總線與數(shù)字電位器相連，電子伺服模塊的電機(jī)驅(qū)動信號輸出端連接H橋電機(jī)驅(qū)動模塊。
車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器的工作原理如下輸入微處理器的車速信號、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火信號和電機(jī)電流信號，經(jīng)過微處理器內(nèi)部程序控制輸出三路SPI總線信號——數(shù)據(jù)信號DAT，時(shí)鐘信號CLK和片選信號CS，這三路總線信號被用于改變數(shù)字電位器的阻值大小來間接調(diào)整取樣電阻兩端的輸出電壓。在數(shù)字電位器與適配電阻和取樣電阻串聯(lián)電路的兩端分別加上扭矩傳感器主、副扭矩輸入電壓后，就構(gòu)成一串聯(lián)差動電路。適配電阻與取樣電阻在數(shù)字電位器阻值為零時(shí)，取樣電阻兩端電壓等于真實(shí)扭矩電壓。當(dāng)車速提高時(shí)根據(jù)微處理器預(yù)先設(shè)定好的比例調(diào)整數(shù)字電位器電阻值，使取樣電阻兩端電壓小于真實(shí)扭矩傳感器輸出的電壓信號，來達(dá)到隨著車速提高減小助力的目的。取樣電阻兩端的輸出電壓經(jīng)過放大處理后直接輸入到脈寬調(diào)制控制器中，脈寬調(diào)制控制器根據(jù)經(jīng)過放大處理后的取樣電阻電壓和反映電機(jī)電流的反饋電壓產(chǎn)生控制驅(qū)動H橋驅(qū)動模塊的四路脈寬調(diào)制信號。H橋電機(jī)驅(qū)動模塊能根據(jù)脈寬調(diào)制控制器輸出信號來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和輸出扭矩大小。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用了電子伺服模塊對采樣反饋電流電阻提供的反饋電壓信號和差動電路提供的給定電壓信號進(jìn)行雙向檢測，使采樣反饋電流電阻能真實(shí)反映電機(jī)電流情況，有效避免由H橋電路中的續(xù)流二極管引起的反饋電流與實(shí)際電機(jī)電流偏差較大的缺陷，使電機(jī)助力更滿足實(shí)際需要。因此引入電子伺服模塊后的電動助力轉(zhuǎn)向控制器比一般助力轉(zhuǎn)向控制器助力更平穩(wěn)，能給駕駛員提供更良好的手感。


圖1是車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器示意圖；圖2是車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器的一種具體電路實(shí)例。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
參照圖1，車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器包括微處理器4、H橋電機(jī)驅(qū)動模塊11，電機(jī)12，采樣反饋電流的電阻13和電子伺服模塊8，所說的電子伺服模塊8包括數(shù)字電位器14、取樣電阻15、適配電阻16、第一功率放大元件17、第二功率放大元件18和脈寬調(diào)制控制器19，其中數(shù)字電位器14、取樣電阻15和適配電阻16串聯(lián)，該串聯(lián)電路的兩端分別與扭矩傳感器的主、副扭矩信號輸出端相連，第一功率放大元件17的輸入端與取樣電阻15的兩端共接，第一功率放大元件17的輸出端與脈寬調(diào)制控制器19相連，第二功率放大元件18的輸入端與采樣反饋電流的電阻13兩端共接，第二功率放大元件18的輸出端與脈寬調(diào)制控制器19相連，微處理器4通過SPI總線5與數(shù)字電位器14相連，電子伺服模塊8的電機(jī)驅(qū)動信號輸出端連接H橋電機(jī)驅(qū)動模塊11。
微處理器的作用是根據(jù)車速修正助力大小，對整個(gè)電動伺服助力轉(zhuǎn)向控制器的綜合性能提供保護(hù)，提供失效分析，并保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。其輸入信號有車速信號，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火信號，電機(jī)電流信號。其中車速信號為修正助力大小的依據(jù)，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火信號為啟動自檢所需，電機(jī)電流信號用于對電機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控。輸出信號通過SPI總線5與電子伺服模塊8連接，來調(diào)整電子伺服模塊中的數(shù)字電位器14阻值的大小，起到根據(jù)車速修正助力大小的作用。SPI總線包括三路信號，分別是數(shù)據(jù)信號DAT，時(shí)鐘信號CLK和片選信號CS。
電子伺服模塊的輸入信號有SPI總線輸入信號，扭矩傳感器輸出的主扭矩信號和副扭矩信號以及采樣反饋電流電阻13兩端的電壓信號。取樣電阻15電壓和反映電機(jī)電流的反饋電壓分別經(jīng)過第一功率放大元件17和第二功率放大元件18放大后進(jìn)入脈寬調(diào)制控制器19，脈寬調(diào)制控制器19輸出信號為控制H橋電機(jī)驅(qū)動模塊11的四路脈寬調(diào)制輸出信號9。
在數(shù)字電位器14與適配電阻15和取樣電阻16串聯(lián)電路的兩端分別加上扭矩傳感器主、副扭矩輸入電壓，構(gòu)成差動電路。這樣當(dāng)數(shù)字電位器為零時(shí)，取樣電阻兩端電壓等于真實(shí)扭矩電壓。當(dāng)車速提高時(shí)根據(jù)微處理器預(yù)先設(shè)定好的比例調(diào)整數(shù)字電位器電阻值，使取樣電阻兩端電壓小于真實(shí)扭矩電壓，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力隨著車速提高而減小的目的。
采樣反饋電流電阻與電機(jī)串聯(lián)，其流過電流即為電機(jī)電流，這樣可使電流采樣電阻真實(shí)反映電機(jī)電流情況，同時(shí)這樣的電路能向電子伺服模塊提供雙向電流的檢測，以便真實(shí)反映電機(jī)助力情況。
圖2所示具體電路中，電子伺服模塊中的數(shù)字電位器14選用型號為AD5160的256位SPI電子電位器。脈寬調(diào)制控制器19是NCV494。H橋電機(jī)驅(qū)動模塊由4個(gè)場效應(yīng)管NTP60N06組成。
權(quán)利要求1.車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器，包括微處理器(4)、H橋電機(jī)驅(qū)動模塊(11)，電機(jī)(12)，采樣反饋電流的電阻(13)，其特征是還包括電子伺服模塊(8)，所說的電子伺服模塊(8)包括數(shù)字電位器(14)、取樣電阻(15)、適配電阻(16)、第一功率放大元件(17)、第二功率放大元件(18)和脈寬調(diào)制控制器(19)，其中數(shù)字電位器(14)、取樣電阻(15)和適配電阻(16)串聯(lián)，該串聯(lián)電路的兩端分別與扭矩傳感器的主、副扭矩信號輸出端相連，第一功率放大元件(17)的輸入端與取樣電阻(15)的兩端共接，第一功率放大元件(17)的輸出端與脈寬調(diào)制控制器(19)相連，第二功率放大元件(18)的輸入端與采樣反饋電流的電阻(13)兩端共接，第二功率放大元件(18)的輸出端與脈寬調(diào)制控制器(19)相連，微處理器(4)通過SPI總線(5)與數(shù)字電位器(14)相連，電子伺服模塊(8)的電機(jī)驅(qū)動信號輸出端連接H橋電機(jī)驅(qū)動模塊(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器，其特征在于脈寬調(diào)制控制器(19)是NCV494。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器，其特征在于所說的數(shù)字電位器(14)是型號為AD5160的256位SPI電子電位器。
專利摘要本實(shí)用新型的車輛電動助力轉(zhuǎn)向控制器包括微處理器、H橋電機(jī)驅(qū)動模塊，電機(jī)，采樣反饋電流的電阻以及電子伺服模塊。微處理器通過SPI總線與數(shù)字電位器相連，電子伺服模塊的電機(jī)驅(qū)動信號輸出端連接H橋電機(jī)驅(qū)動模塊。其優(yōu)點(diǎn)在于采用了電子伺服模塊對采樣反饋電流電阻提供的反饋電壓信號和差動電路提供的給定電壓信號進(jìn)行雙向檢測，使采樣反饋電流電阻能真實(shí)反映電機(jī)電流情況，有效避免由H橋電路中的續(xù)流二極管引起的反饋電流與實(shí)際電機(jī)電流偏差較大的缺陷，使電機(jī)助力更滿足實(shí)際需要。與一般助力轉(zhuǎn)向控制器助力更平穩(wěn)，能給駕駛員提供更良好的手感。
文檔編號B62D6/00GK2934008SQ200620106830
公開日2007年8月15日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者胡樹根, 王耘, 朱開田, 吳鋒, 陳偉, 楊志家, 宋小文, 朱建新, 石彬, 盧斌 申請人:浙江大學(xué), 浙江萬達(dá)汽車方向機(jī)有限公司