CN100397777C - 一种电动助力转向控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明的电动助力转向控制器包括微处理器、H桥电机驱动模块，电机，采样反馈电流的电阻以及电子伺服模块。微处理器通过SPI总线与数字电位器相连，电子伺服模块的电机驱动信号输出端连接H桥电机驱动模块。其优点在于采用了电子伺服模块对采样反馈电流电阻提供的反馈电压信号和差动电路提供的给定电压信号进行双向检测，使采样反馈电流电阻能真实反映电机电流情况，有效避免由H桥电路中的续流二极管引起的反馈电流与实际电机电流偏差较大的缺陷，使电机助力更满足实际需要。与一般助力转向控制器助力更平稳，能给驾驶员提供更良好的手感。

Description

一种电动助力转向控制器
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向控制器，尤其适用于小型车辆转向柱式的电动伺服助力转向系统。
背景技术
当前，随着人们对车辆操纵稳定性、环保、节能等要求日益提高，传统液压助力转向系正逐渐被电动助力转向系所取代。电动助力转向是通过预先设定好的助力特性曲线，能够根据不同的车速以及驾驶员的手力情况来调整助力大小，满足不同的驾驶工况。对于一项汽车电子产品，其电子控制单元(ECU)部分是整个产品的重点之一，同时也是难点之一。ECU的硬件电路设计不当，不但会增加结构的复杂性，提高整个产品的成本，而且还会影响电机助力的平稳性、准确性，使驾驶员的手感变差，影响车辆操纵稳定性。
目前，一般的汽车电动助力转向装置包括微处理器、H桥电机驱动模块，电机，采样反馈电流的电阻，对电机通常采用H桥驱动电路来控制，通过选择不同MOSFET管的导通和断开来控制电机的转动方向，通过调整脉宽调制信号(PWM)的占空比来控制电机的助力大小；同时通过H桥高端处的采样电阻将与电机电流成比例的电压值反馈回微处理器，由反馈电压根据比例得到反馈电流并与微处理器设定的给定电流相比较，利用集成在微处理器中的比例微分(PI)或比例微分积分(PID)控制调节器进行调节，输出脉宽调制信号到电机驱动电路来驱动电机产生相应的助力。在一般情况下，这个反馈电压能较准确的反映当前电机的电流值；但是当驾驶员迅速转动方向盘时，由于续流二极管的作用，与反馈电压相对应的反馈电流便会与实际电机电流有较大的出入，使电机助力并不满足实际要求。同时根据H桥的结构特点，反馈电压不论电机正转还是反转均为正电压，这样在驾驶员转动方向盘通过零点的时候会产生不连续感。以上问题都会使得驾驶员手感变差，在某些情况下甚至影响到操纵稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种给驾驶员良好的转向手感，操纵平稳可靠的电动助力转向控制器。
本发明的电动助力转向控制器，包括微处理器、H桥电机驱动模块，电机，采样反馈电流的电阻以及电子伺服模块，所说的电子伺服模块包括数字电位器、取样电阻、适配电阻、第一功率放大元件、第二功率放大元件和脉宽调制控制器，其中数字电位器、取样电阻和适配电阻串联，该串联电路的两端分别与扭矩传感器的主、副扭矩信号输出端相连，第一功率放大元件的输入端与取样电阻的两端共接，第一功率放大元件的输出端与脉宽调制控制器相连，第二功率放大元件的输入端与采样反馈电流的电阻两端共接，第二功率放大元件的输出端与脉宽调制控制器相连，微处理器通过SPI总线与数字电位器相连，电子伺服模块的电机驱动信号输出端连接H桥电机驱动模块。
电动助力转向控制器的工作原理如下：
输入微处理器的车速信号、发动机点火信号和电机电流信号，经过微处理器内部程序控制输出三路SPI总线信号——数据信号DAT，时钟信号CLK和片选信号CS，这三路总线信号被用于改变数字电位器的阻值大小来间接调整取样电阻两端的输出电压。在数字电位器与适配电阻和取样电阻串联电路的两端分别加上扭矩传感器主、副扭矩输入电压后，就构成一串联差动电路。适配电阻与取样电阻在数字电位器阻值为零时，取样电阻两端电压等于真实扭矩电压。当车速提高时根据微处理器预先设定好的比例调整数字电位器电阻值，使取样电阻两端电压小于真实扭矩传感器输出的电压信号，来达到随着车速提高减小助力的目的。取样电阻两端的输出电压经过放大处理后直接输入到脉宽调制控制器中，脉宽调制控制器根据经过放大处理后的取样电阻电压和反映电机电流的反馈电压产生控制驱动H桥驱动模块的四路脉宽调制信号。H桥电机驱动模块能根据脉宽调制控制器输出信号来控制电机转动方向和输出扭矩大小。
本发明的有益效果在于：
本发明采用了电子伺服模块对采样反馈电流电阻提供的反馈电压信号和差动电路提供的给定电压信号进行双向检测，使采样反馈电流电阻能真实反映电机电流情况，有效避免由H桥电路中的续流二极管引起的反馈电流与实际电机电流偏差较大的缺陷，使电机助力更满足实际需要。因此引入电子伺服模块后的电动助力转向控制器比一般助力转向控制器助力更平稳，能给驾驶员提供更良好的手感。
附图说明
图1是电动助力转向控制器示意图；
图2是电动助力转向控制器的一种具体电路实例。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，电动助力转向控制器包括微处理器4、H桥电机驱动模块11，电机12，采样反馈电流的电阻13和电子伺服模块8，所说的电子伺服模块8包括数字电位器14、取样电阻15、适配电阻16、第一功率放大元件17、第二功率放大元件18和脉宽调制控制器19，其中数字电位器14、取样电阻15和适配电阻16串联，该串联电路的两端分别与扭矩传感器的主、副扭矩信号输出端相连，第一功率放大元件17的输入端与取样电阻15的两端共接，第一功率放大元件17的输出端与脉宽调制控制器19相连，第二功率放大元件18的输入端与采样反馈电流的电阻13两端共接，第二功率放大元件18的输出端与脉宽调制控制器19相连，微处理器4通过SPI总线5与数字电位器14相连，电子伺服模块8的电机驱动信号输出端连接H桥电机驱动模块11。
微处理器的作用是根据车速修正助力大小，对整个电动伺服助力转向控制器的综合性能提供保护，提供失效分析，并保证系统正常运行。其输入信号有车速信号，发动机点火信号，电机电流信号。其中车速信号为修正助力大小的依据，发动机点火信号为启动自检所需，电机电流信号用于对电机工作状态的监控。输出信号通过SPI总线5与电子伺服模块8连接，来调整电子伺服模块中的数字电位器14阻值的大小，起到根据车速修正助力大小的作用。SPI总线包括三路信号，分别是数据信号DAT，时钟信号CLK和片选信号CS。
电子伺服模块的输入信号有SPI总线输入信号，扭矩传感器输出的主扭矩信号和副扭矩信号以及采样反馈电流电阻13两端的电压信号。取样电阻15电压和反映电机电流的反馈电压分别经过第一功率放大元件17和第二功率放大元件18放大后进入脉宽调制控制器19，脉宽调制控制器19输出信号为控制H桥电机驱动模块11的四路脉宽调制输出信号9。
在数字电位器14与适配电阻15和取样电阻16串联电路的两端分别加上扭矩传感器主、副扭矩输入电压，构成差动电路。这样当数字电位器为零时，取样电阻两端电压等于真实扭矩电压。当车速提高时根据微处理器预先设定好的比例调整数字电位器电阻值，使取样电阻两端电压小于真实扭矩电压，可实现转向助力随着车速提高而减小的目的。
采样反馈电流电阻与电机串联，其流过电流即为电机电流，这样可使电流采样电阻真实反映电机电流情况，同时这样的电路能向电子伺服模块提供双向电流的检测，以便真实反映电机助力情况。
图2所示具体电路中，电子伺服模块中的数字电位器14选用型号为AD5160的256位SPI电子电位器。脉宽调制控制器19是NCV494。H桥电机驱动模块由4个场效应管NTP60N06组成。

Claims (3)

1.一种电动助力转向控制器，包括微处理器(4)、H桥电机驱动模块(11)，电机(12)，采样反馈电流的电阻(13)，其特征是还包括电子伺服模块(8)，所说的电子伺服模块(8)包括数字电位器(14)、取样电阻(15)、适配电阻(16)、第一功率放大元件(17)、第二功率放大元件(18)和脉宽调制控制器(19)，其中数字电位器(14)、取样电阻(15)和适配电阻(16)串联，该串联电路的两端分别与扭矩传感器的主、副扭矩信号输出端相连，第一功率放大元件(17)的输入端与取样电阻(15)的两端共接，第一功率放大元件(17)的输出端与脉宽调制控制器(19)相连，第二功率放大元件(18)的输入端与采样反馈电流的电阻(13)两端共接，第二功率放大元件(18)的输出端与脉宽调制控制器(19)相连，微处理器(4)通过SPI总线(5)与数字电位器(14)相连，电子伺服模块(8)的电机驱动信号输出端连接H桥电机驱动模块(11)。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向控制器，其特征在于脉宽调制控制器(19)是NCV494。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向控制器，其特征在于所说的数字电位器(14)是型号为AD5160的256位SPI电子电位器。
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