CN102303640A

CN102303640A - 汽车电子助力转向系统控制器

Info

Publication number: CN102303640A
Application number: CN201110085725A
Authority: CN
Inventors: 郭涛; 徐婷婷
Original assignee: CHANGCHUN FIRST AUTOMOBILE WORKS SIHUAN AUTOMOBILE PUMP Co Ltd
Current assignee: CHANGCHUN FIRST AUTOMOBILE WORKS SIHUAN AUTOMOBILE PUMP Co Ltd
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-01-04

Abstract

一种汽车电子助力转向系统控制器，属于汽车零部件技术领域，其特征是：电源管理模块与MUC模块相连接，安全继电器模块与电源管理模块相连接，安全继电器模块与H桥驱动模块相连接，安全继电器模块与H桥相连接，MCU模块的PWM信号端口与H桥驱动模块端口相连接，H桥驱动模块的PWM信号端口与场效应管端口相连接，H桥的电阻端口与反馈电流模块端口相连接，反馈电流模块输出端口与MCU模块的AD端口相连接，转矩传感器输出端口与MCU模块的AD端口相连接，车速传感器、转速传感器输出端口与MCU模块的脉冲信号、捕捉信号端口相连接。有益效果是：提高了操纵性能，助力随车速变化，满足了汽车操作稳定性要求，EPS系统的出现，不仅满足了对汽车节能、环保要求，极大地提高了助力转向的性能。

Description

汽车电子助力转向系统控制器

技术领域

本发明属于汽车零部件技术领域。

背景技术

汽车转向系统是按驾驶员转向意志控制汽车行驶线路和方向的重要装置，它直接影响汽车的操纵性和稳定性。对于汽车转向系统，除了要求其工作安全可靠、操纵轻便、机动性好、高效节能外，还要求它能够在各种工况(包括直线行驶、正常转向、快速转向、原地转向等)下，根据不同的行驶速度和路面状况，提供最佳的路感，使驾驶员和汽车形成一个完善的反馈系统。

安全、节能和环保成为当今世界汽车工业发展的主题，因此提高汽车转向系统的效率和转向性能，成为汽车转向系统发展的主线。

在汽车出现后相当长的一段时间内，汽车没有转向助力系统，仅靠人力来完成转向操作。当时，为减小转向操舵力，设计的转向盘半径一般都比较大，不仅占据了一定的车内空间，而且转向操作很不方便，这些特征能见证于我国早期的一些公交车和货车上。到二十世纪五十年代，转向助力系统逐渐装配到汽车上。最早的转向助力系统为传统液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering System，以下简称HPS系统)，随后的一段时间内，动力转向技术不断革新，电控液压助力转向系统(Electronically Controlled Hydraulic Power SteeringSystem，以下简称ECHPS系统)，极大地提高了助力转向的操纵性能，助力随车速变化，满足了汽车操作稳定性的要求，未来的几年里，客车和载货汽车仍将采用ECHPS系统。近年来，新型的电动助力转向系统(Electric Power Steering System，以下简称EPS系统)的出现，不仅满足了对汽车产品节能、环保的要求，同时极大地提高了助力转向的性能，电动助力转向技术成为轿车助力转向系统发展的主流。

早在上世纪八十年代，国外即开展EPS系统的研究开发工作，目前部分厂家的产品已达到批量装车的水平。与国外相比，我国在EPS技术方面的研究工作正在积极进行，在技术上与国外相比，有不少差距。2000年9月，国家科委公布了《中国高新技术产品目录》，电动助力转向技术被列为重点发展的新技术、新产品。国家通过政策及资金扶持，促进相关企业进行EPS系统技术的自主开发，争取在较短时间内完成EPS系统重点技术的突破，缩短与国外技术水平的差距。

控制器：作为EPS系统核心部件，控制器一般由控制单元和驱动单元两部分组成。控制单元通过采集转向盘转矩信号、车速信号和发动机转速信号，进行必要的运算处理后，将控制信号输到驱动单元。随着EPS控制策略的日益完善，控制算法越来越复杂，对微控制器的运算速度以及算法实现方面要求越来越高，而DSP在实现算法方面有较为突出的优势，近年来国外一些研究生产EPS系统的厂家采用DSP作为控制单元的核心部件，而且已经开发出相关的产品。

发明内容

本发明的目的是：提供一种汽车电子助力转向系统控制器，它不仅满足了对汽车产品节能、环保的要求，同时极大地提高了助力转向的性能。

本发明的技术方案是：

该发明作为电动助力转向系统的核心单元，其作用是根据外部传感器信号的变化输出具有一定控制能力的助力电流。

电源管理模块的电源输出端口与MUC模块的电源输入端口相连接，安全继电器模块的电压输出端口与电源管理模块的电压输入端口相连接，安全继电器模块的电压输出端口与H桥驱动模块的电压输入端口相连接，安全继电器模块的电流输出端口与H桥的电流输入端口相连接，MCU模块的PWM信号输出端口与H桥驱动模块的输入端口相连接，H桥驱动模块的PWM信号输出端口与H桥模块的场效应管栅极端口相连接，H桥的取样电阻端口与反馈电流模块的运放端口相连接，反馈电流模块的信号输出端口与MCU模块的AD端口相连接，转矩传感器的信号输出端口与MCU模块的AD端口相连接，车速传感器、转速传感器的信号输出端口与MCU模块的脉冲信号、捕捉信号输入端口相连接。

本发明的有益效果是：汽车转向系统是按驾驶员转向意志控制汽车行驶线路和方向的重要装置，它直接影响汽车的操纵性和稳定性。对于汽车转向系统，除了要求其工作安全可靠、操纵轻便、机动性好、高效节能外，还要求它能够在各种工况(包括直线行驶、正常转向、快速转向、原地转向等)下，根据不同的行驶速度和路面状况，提供最佳的路感，使驾驶员和汽车形成一个完善的反馈系统。

极大地提高了助力转向的操纵性能，助力随车速变化，满足了汽车操作稳定性的要求，未来的几年里，客车和载货汽车仍将采用ECHPS系统。新型的电动助力转向系统即EPS系统的出现，不仅满足了对汽车产品节能、环保的要求，同时极大地提高了助力转向的性能，电动助力转向技术成为轿车助力转向系统发展的主流。

附图说明

图1是本发明电路原理框图；

图2是本发明电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1

如图2所示，R是电阻、D是晶体二极管、C是电容、T是三极管、LM是运算放大器、Relay是继电器、MC33883是电机控制模块、MCU68CS908AW32和M 2SK3090是场效应管、TLE4271-2G是电压输出稳压器、IFR024是三极管IC片。

工作原理及工作过程如图1所示，当MCU检测到转矩信号ST的变化时，根据实现编写在MCU Flash中的软件调用与之成比例关系的目标电流值，该目标电流值与实际反馈的电流SI进行PID运算后，输出具有一定控制信息的信号SB到H桥驱动模块，该信号通过H桥驱动模块后，具有一定的驱动能力，可以完成H桥电路的场效应管的开启和关闭。电机控制单元由H桥电路组成，即可实现对电机的正反转控制。当外部车速信号SV发生变化时，MCU能根据车速的变化对目标电流进行调节，以实现EPS系统的随速助力大小控制功能。发动机转向信号SE的功能是保护蓄电池，即EPS系统只有在发动机启动的条件下工作，以防止蓄电池的电量过渡亏损后无法启动发动机。

具体的控制单元的电路原理如图2所示，由传感器接口电路、MCU外围电路、H桥驱动、H桥、反馈电流电路currant detector以及故障保护电路Relay driver组成。

传感器接口电路，就是建立传感器与单片机之间兼容的信号通路，即传感器的输出信号复合MCU端口的电气规范。K1和K2模块是转矩传感器接口电路，其作用是将耦合在转矩信号上的干扰信号过滤掉。由于转矩传感器是滑线电阻器结构，所以，在阻抗匹配上选择10K的电阻与滑线电阻器的电阻并联，以放置造成漏电流而影响传感器的输出。K3和K4模块是车速和转向信号的接口电路，其利用LM2903的比较功能，利用其负端作为信号翻转的参考信号，便于有效地对不同传感器输出电平信号进行匹配。当传感器的电平变化时，通过对负极的分压电阻进行调整，可获得较好的匹配效果。

US1单元为电流取样运放单元。由于该ECU是电流闭环控制单元，所以利用分流原理，在电机回路中串联一大功率底阻值电阻SHUNTER，利用AD22057将SHUNTER两端的微弱电压信号进行放大成与流过SHUNTER的电路大小成正比的电压信号。AD22057是高精度运放，能较好的抑制耦合在电压信号上共模噪声信号，能提供理想的反馈信号。

H桥驱动，就是为后续H桥电路提供具有一定驱动能力的控制信号，以准确、有效地开启和关断H桥电路。H桥驱动模块如原理图所示的H1单元。该单元的核心器件是MC33883DW，此芯片集成解决了电机H桥驱动的所有难题，极大的提高了本ECU的可靠性和设计的灵活性。H桥电路由4个N沟道的场效应管(M1、M2、M3、M4)组成。本ECU所选择的场效应为2SK3090，耐压值为30V，最大导通电流为50A，其参数的选定既解决了稳定性稳态，又较大的降低了ECU成本，是本ECU的关键设计之一。相对的两个场效应管可实现电机某一方向的控制。控制电流的大小由斩波信号的占空比决定。

RS1单元为故障保护电路，它将软件的判定结果转化成就有实际保护控制行为的电路。在本控制单元中，实际的保护措施就是切断安全继电器relay。该继电器为汽车专用的小型大功率继电器，能有效解决电路板设计过程的空间问题，同时能提高了产品安全性。

Claims

1.一种汽车电子助力转向系统控制器，其特征是：电源管理模块的电源输出端口与MUC模块的电源输入端口相连接，安全继电器模块的电压输出端口与电源管理模块的电压输入端口相连接，安全继电器模块的电压输出端口与H桥驱动模块的电压输入端口相连接，安全继电器模块的电流输出端口与H桥的电流输入端口相连接，MCU模块的PWM信号输出端口与H桥驱动模块的输入端口相连接，H桥驱动模块的PWM信号输出端口与H桥模块的场效应管栅极端口相连接，H桥的取样电阻端口与反馈电流模块的运放端口相连接，反馈电流模块的信号输出端口与MCU模块的AD端口相连接，转矩传感器的信号输出端口与MCU模块的AD端口相连接，车速传感器、转速传感器的信号输出端口与MCU模块的脉冲信号、捕捉信号输入端口相连接。