車輛電動助力轉向控制器的製作方法

2023-07-19 23:10:06

專利名稱：車輛電動助力轉向控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車輛電動助力轉向控制器，尤其適用於小型車輛轉向柱式的電動伺服助力轉向系統。
背景技術：
當前，隨著人們對車輛操縱穩定性、環保、節能等要求日益提高，傳統液壓助力轉向系正逐漸被電動助力轉向系所取代。電動助力轉向是通過預先設定好的助力特性曲線，能夠根據不同的車速以及駕駛員的手力情況來調整助力大小，滿足不同的駕駛工況。對於一項汽車電子產品，其電子控制單元(ECU)部分是整個產品的重點之一，同時也是難點之一。ECU的硬體電路設計不當，不但會增加結構的複雜性，提高整個產品的成本，而且還會影響電機助力的平穩性、準確性，使駕駛員的手感變差，影響車輛操縱穩定性。
目前，一般的汽車電動助力轉向裝置包括微處理器、H橋電機驅動模塊，電機，採樣反饋電流的電阻，對電機通常採用H橋驅動電路來控制，通過選擇不同MOSFET管的導通和斷開來控制電機的轉動方向，通過調整脈寬調製信號(PWM)的佔空比來控制電機的助力大小；同時通過H橋高端處的採樣電阻將與電機電流成比例的電壓值反饋回微處理器，由反饋電壓根據比例得到反饋電流並與微處理器設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)控制調節器進行調節，輸出脈寬調製信號到電機驅動電路來驅動電機產生相應的助力。在一般情況下，這個反饋電壓能較準確的反映當前電機的電流值；但是當駕駛員迅速轉動方向盤時，由於續流二極體的作用，與反饋電壓相對應的反饋電流便會與實際電機電流有較大的出入，使電機助力並不滿足實際要求。同時根據H橋的結構特點，反饋電壓不論電機正轉還是反轉均為正電壓，這樣在駕駛員轉動方向盤通過零點的時候會產生不連續感。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定性。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種給駕駛員良好的轉向手感，操縱平穩可靠的車輛電動助力轉向控制器。
本實用新型的車輛電動助力轉向控制器，包括微處理器、H橋電機驅動模塊，電機，採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製控制器，其中數字電位器、取樣電阻和適配電阻串聯，該串聯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製控制器相連，第二功率放大元件的輸入端與採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製控制器相連，微處理器通過SPI總線與數字電位器相連，電子伺服模塊的電機驅動信號輸出端連接H橋電機驅動模塊。
車輛電動助力轉向控制器的工作原理如下輸入微處理器的車速信號、發動機點火信號和電機電流信號，經過微處理器內部程序控制輸出三路SPI總線信號——數據信號DAT，時鐘信號CLK和片選信號CS，這三路總線信號被用於改變數字電位器的阻值大小來間接調整取樣電阻兩端的輸出電壓。在數字電位器與適配電阻和取樣電阻串聯電路的兩端分別加上扭矩傳感器主、副扭矩輸入電壓後，就構成一串聯差動電路。適配電阻與取樣電阻在數字電位器阻值為零時，取樣電阻兩端電壓等於真實扭矩電壓。當車速提高時根據微處理器預先設定好的比例調整數字電位器電阻值，使取樣電阻兩端電壓小於真實扭矩傳感器輸出的電壓信號，來達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過放大處理後直接輸入到脈寬調製控制器中，脈寬調製控制器根據經過放大處理後的取樣電阻電壓和反映電機電流的反饋電壓產生控制驅動H橋驅動模塊的四路脈寬調製信號。H橋電機驅動模塊能根據脈寬調製控制器輸出信號來控制電機轉動方向和輸出扭矩大小。
本實用新型的有益效果在於本實用新型採用了電子伺服模塊對採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行雙向檢測，使採樣反饋電流電阻能真實反映電機電流情況，有效避免由H橋電路中的續流二極體引起的反饋電流與實際電機電流偏差較大的缺陷，使電機助力更滿足實際需要。因此引入電子伺服模塊後的電動助力轉向控制器比一般助力轉向控制器助力更平穩，能給駕駛員提供更良好的手感。


圖1是車輛電動助力轉向控制器示意圖；圖2是車輛電動助力轉向控制器的一種具體電路實例。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。
參照圖1，車輛電動助力轉向控制器包括微處理器4、H橋電機驅動模塊11，電機12，採樣反饋電流的電阻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和脈寬調製控制器19，其中數字電位器14、取樣電阻15和適配電阻16串聯，該串聯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的輸出端與脈寬調製控制器19相連，第二功率放大元件18的輸入端與採樣反饋電流的電阻13兩端共接，第二功率放大元件18的輸出端與脈寬調製控制器19相連，微處理器4通過SPI總線5與數字電位器14相連，電子伺服模塊8的電機驅動信號輸出端連接H橋電機驅動模塊11。
微處理器的作用是根據車速修正助力大小，對整個電動伺服助力轉向控制器的綜合性能提供保護，提供失效分析，並保證系統正常運行。其輸入信號有車速信號，發動機點火信號，電機電流信號。其中車速信號為修正助力大小的依據，發動機點火信號為啟動自檢所需，電機電流信號用於對電機工作狀態的監控。輸出信號通過SPI總線5與電子伺服模塊8連接，來調整電子伺服模塊中的數字電位器14阻值的大小，起到根據車速修正助力大小的作用。SPI總線包括三路信號，分別是數據信號DAT，時鐘信號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採樣反饋電流電阻13兩端的電壓信號。取樣電阻15電壓和反映電機電流的反饋電壓分別經過第一功率放大元件17和第二功率放大元件18放大後進入脈寬調製控制器19，脈寬調製控制器19輸出信號為控制H橋電機驅動模塊11的四路脈寬調製輸出信號9。
在數字電位器14與適配電阻15和取樣電阻16串聯電路的兩端分別加上扭矩傳感器主、副扭矩輸入電壓，構成差動電路。這樣當數字電位器為零時，取樣電阻兩端電壓等於真實扭矩電壓。當車速提高時根據微處理器預先設定好的比例調整數字電位器電阻值，使取樣電阻兩端電壓小於真實扭矩電壓，可實現轉向助力隨著車速提高而減小的目的。
採樣反饋電流電阻與電機串聯，其流過電流即為電機電流，這樣可使電流採樣電阻真實反映電機電流情況，同時這樣的電路能向電子伺服模塊提供雙向電流的檢測，以便真實反映電機助力情況。
圖2所示具體電路中，電子伺服模塊中的數字電位器14選用型號為AD5160的256位SPI電子電位器。脈寬調製控制器19是NCV494。H橋電機驅動模塊由4個場效應管NTP60N06組成。
權利要求1.車輛電動助力轉向控制器，包括微處理器(4)、H橋電機驅動模塊(11)，電機(12)，採樣反饋電流的電阻(13)，其特徵是還包括電子伺服模塊(8)，所說的電子伺服模塊(8)包括數字電位器(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)和脈寬調製控制器(19)，其中數字電位器(14)、取樣電阻(15)和適配電阻(16)串聯，該串聯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)的輸出端與脈寬調製控制器(19)相連，第二功率放大元件(18)的輸入端與採樣反饋電流的電阻(13)兩端共接，第二功率放大元件(18)的輸出端與脈寬調製控制器(19)相連，微處理器(4)通過SPI總線(5)與數字電位器(14)相連，電子伺服模塊(8)的電機驅動信號輸出端連接H橋電機驅動模塊(11)。
2.根據權利要求1所述的車輛電動助力轉向控制器，其特徵在於脈寬調製控制器(19)是NCV494。
3.根據權利要求1所述的車輛電動助力轉向控制器，其特徵在於所說的數字電位器(14)是型號為AD5160的256位SPI電子電位器。
專利摘要本實用新型的車輛電動助力轉向控制器包括微處理器、H橋電機驅動模塊，電機，採樣反饋電流的電阻以及電子伺服模塊。微處理器通過SPI總線與數字電位器相連，電子伺服模塊的電機驅動信號輸出端連接H橋電機驅動模塊。其優點在於採用了電子伺服模塊對採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行雙向檢測，使採樣反饋電流電阻能真實反映電機電流情況，有效避免由H橋電路中的續流二極體引起的反饋電流與實際電機電流偏差較大的缺陷，使電機助力更滿足實際需要。與一般助力轉向控制器助力更平穩，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 優先權日2006年8月18日
發明者胡樹根, 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, 浙江萬達汽車方向機有限公司