CN109552398A - 后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆 - Google Patents

后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆，该控制装置包括：母线断路器和电机断相器，其中母线断路器，包括第一NMOS和第二NMOS，第一NMOS的源极和第二NMOS的源极相连，第一NMOS的栅极和第二NMOS的栅极均与后轮随动转向系统的第一开关控制电路的输出端相连，第一NMOS的漏极作为输入端，第二NMOS的漏极作为输出端。电机断相器，包括第三NMOS、第四NMOS和第五NMOS，第三NMOS、第四NMOS和第五NMOS的栅极均与后轮随动转向系统的第二开关控制电路的输出端相连，漏极分别与后轮随动转向系统的PMSM的U相、V相和W相连接，源极分别作为PMSM的U相、V相和W相的输入端，其中，母线断路器和电机断相器均与后轮随动转向系统的功率驱动模块相连，功率驱动模块用于驱动PMSM。

Description

后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆
技术领域
本公开涉及控制技术领域，具体地，涉及一种后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆。
背景技术
随着汽车在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要，汽车各方面性能的提高就成了大家十分关注的问题。由于人们对汽车舒适度的要求，汽车的车内空间不断增大，相应的汽车的轴距也不断加长，在舒适度提高的同时，也对汽车操纵性带来了一定的影响，例如，当汽车在低速行驶的状态下转弯，转弯半径变大，降低汽车的灵活度，进一步的当汽车高速行驶的状态下，汽车的稳定性也会降低。通过加入后轮随动转向技术，增加了后轮小角度转向功能，能够弥补传统转向系统的不足。
目前，后轮随动转向系统中通常采用继电器来实现的通断控制和防反接保护，由于继电器属于半机械开关，响应速度慢，在瞬间大电流的场景下还会出现触点粘连的问题，降低了后轮随动转向系统的可靠性。同时，继电器成本高、体积大、使用周期短等问题也限制了后轮随动转向系统的发展。
发明内容
本公开的目的是提供一种后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆，用以解决继电器响应速度慢、成本高、体积大、使用周期短等问题。
为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种后轮随动转向系统的控制装置，应用于后轮随动转向系统，所述装置包括：母线断路器和电机断相器；
所述母线断路器，包括第一N沟道绝缘栅型场效应管NMOS和第二NMOS，所述第一NMOS的源极和所述第二NMOS的源极相连，所述第一NMOS的栅极和所述第二NMOS的栅极均与所述后轮随动转向系统的第一开关控制电路的输出端相连，所述第一NMOS的漏极作为所述母线断路器的输入端与驱动电源相连，所述第二NMOS的漏极作为所述母线断路器的输出端；
所述电机断相器，包括第三NMOS、第四NMOS和第五NMOS，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的栅极均与所述后轮随动转向系统的第二开关控制电路的输出端相连，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的漏极分别与所述后轮随动转向系统的永磁同步电机PMSM的U相、V相和W相连接，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的源极分别作为所述PMSM的U相、V相和W相的输入端；
其中，所述母线断路器和所述电机断相器均与所述后轮随动转向系统的功率驱动模块相连，所述功率驱动模块用于驱动PMSM。
可选地，所述装置还包括：电荷泵稳压升压器；
所述电荷泵稳压升压器，包括稳压电荷泵和升压电荷泵，所述稳压电荷泵用于给所述升压电荷泵提供电压，所述升压电荷泵用于给所述母线断路器和所述电机断相器提供电压，所述稳压电荷泵和所述升压电荷泵的输入端均与所述后轮随动转向系统的微控制单元MCU连接；
其中，所述母线断路器和所述电机断相器均由所述电荷泵稳压升压器供电。
可选的，所述MCU包括主MCU和辅MCU；
所述主MCU用于控制后轮随动转向，所述辅MCU用于控制所述电荷泵稳压升压器；
其中，所述稳压电荷泵的输入端和所述升压电荷泵的输入端均与所述辅MCU连接。
可选的，所述主MCU和所述辅MCU均通过第一与门与所述第一开关控制电路的输入端相连，用于控制所述母线断路器的开关；所述主MCU和所述辅MCU均通过第二与门与所述第二开关控制电路的输入端相连，用于控制所述电机断相器的开关。
可选的，所述母线断路器还包括：栅极驱动电阻、栅源极间电阻、钳位瞬态二极管TVS和栅源极间电容；
所述栅极驱动电阻的第一端与所述第一NMOS的栅极相连，所述栅极驱动电阻的第二端与所述第一开关控制电路的输出端相连，用于限制所述第一NMOS的栅极和所述第二NMOS的栅极的充电电流；
所述栅源极间电阻的第一端与所述第一NMOS的栅极相连，所述栅源极间电阻的第二端与所述第一NMOS的源极相连，用于防止所述第一NMOS和所述第二NMOS的误导通；
所述钳位TVS与所述栅源极间电阻并联，用于钳位所述第一NMOS和所述第二NMOS的栅极和源极之间的电压；
所述栅源极间电容与所述栅源极间电阻并联，用于减小电磁干扰；
所述第一开关控制电路包括：第一三极管和第二三极管，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管是PNP型三极管，所述第一三极管的发射极与所述驱动电源相连，所述第一三极管的集电极与所述栅极驱动电阻相连，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的集电极相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极与所述第一与门的输出端相连。
可选的，所述母线断路器还包括：快速放电电路；
所述快速放电电路包括：第三三极管、第一电阻和第五二极管，所述第三三极管的基极与所述第五二极管的正极相连，所述第五二极管的负极与所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端接地，所述第三三极管的发射极与所述第一NMOS的栅极相连，所述第三三极管的集电极与所述第一NMOS的源极相连。
可选的，所述电机断相器还包括：第四TVS、第五TVS、第六TVS、第一栅极驱动电阻、第二栅极驱动电阻、第三栅极驱动电阻、第一隔离二极管、第二隔离二极管和第三隔离二极管；
所述第四TVS、所述第五TVS和所述第六TVS的两端分别与所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的源极和栅极相连，用于过压保护；
所述第一栅极驱动电阻的第一端与所述第三NMOS的栅极相连，所述第一栅极驱动电阻的第二端与所述第一隔离二极管的负极相连；
所述第二栅极驱动电阻的第一端与所述第四NMOS的栅极相连，所述第二栅极驱动电阻的第二端与所述第二隔离二极管的负极相连；
所述第三栅极驱动电阻的第一端与所述第五NMOS的栅极相连，所述第三栅极驱动电阻的第二端与所述第三隔离二极管的负极相连；
所述第一隔离二极管的正极、所述第二隔离二极管的正极和所述第三隔离二极管的正极均与所述第二开关控制电路的输出端相连；
所述第二开关控制电路包括：第四三极管和第五三极管，所述第四三极管为NPN型三极管，所述第五三极管是PNP型三极管，所述第四三极管的发射极与所述驱动电源相连，所述第四三极管的集电极与为所述第二开关控制电路的输出端，所述第四三极管的基极与所述第五三极管的集电极相连，所述第五三极管的发射极接地，所述第五三极管的基极与所述第二与门的输出端相连。
可选的，所述稳压电荷泵包括由第六NMOS和第一P沟道绝缘栅型场效应管PMOS组成的第一推挽电路、第一电荷泵电容、钳位二极管、第一储能电容、第一二极管和第二二极管，所述升压电荷泵包括由第七NMOS和第二PMOS组成的第二推挽电路、第二电荷泵电容、第二储能电容、第三二极管和第四二极管；
其中，所述第六NMOS的栅极和所述第一PMOS栅极通过第一电平转换电路与所述辅MCU相连，所述第六NMOS的漏极和所述第一PMOS的漏极相连，所述第六NMOS的源极接地，所述第一PMOS的源极与电池电源VBAT相连，所述电池电源与所述第一二极管的正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一电荷泵电容的第一端相连，所述第一PMOS的漏极与所述第一电荷泵电容的第二端相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极相连，所述钳位二极管的第一端接地，所述钳位二极管的第二端与所述第二二极管的负极相连，所述第一储能电容的第一端接地，所述第一储能电容的第二端与所述第二二极管的负极相连，所述第二二极管的负极作为所述稳压电荷泵的输出端；
所述第七NMOS的栅极和所述第二PMOS栅极通过第二电平转换电路与所述辅MCU相连，所述第七NMOS的漏极和所述第二PMOS的漏极相连，所述第七NMOS的源极接地，所述第二PMOS的源极与电池电源VBAT相连，所述第三二极管的正极与所述稳压电荷泵的输出端相连，所述第三二极管的负极与所述第二电荷泵电容的第一端相连，所述第二PMOS的漏极与所述第二电荷泵电容的第二端相连，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极相连，所述第二储能电容的第一端与电池电源，所述第二储能电容的第二端与所述第四二极管的负极相连，所述第二储能电容的第二端作为所述升压电荷泵的输出端，为所述母线断路器和所述电机断相器提供所述驱动电源。
可选的，所述装置还包括：所述电荷泵稳压升压器的采样电路，所述采样电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；
所述第一分压电阻的第一端与所述稳压电荷泵的输出端相连，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端相连，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻的第二端与主MCU相连，所述第一分压电阻的第二端与辅MCU相连；
所述第三分压电阻的第一端与所述升压电荷泵的输出端相连，所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端相连，所述第四分压电阻的第二端接地，所述第三分压电阻的第二端与主MCU相连，所述第三分压电阻的第二端与辅MCU相连。
可选的，所述电机断相器还包括：第一栅源极电阻、第二栅源极电阻、第三栅源极电阻、第一TVS、第二TVS和第三TVS；
所述第一TVS的两端分别与所述第三NMOS的栅极和源极相连，所述第一栅源极电阻与所述第一TVS并联；
所述第二TVS的两端分别与所述第四NMOS的栅极和源极相连，所述第二栅源极电阻与所述第二TVS并联；
所述第三TVS的两端分别与所述第五NMOS的栅极和源极相连，所述第三栅源极电阻与所述第三TVS并联。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种后轮随动转向系统，所述后轮随动转向系统包括本公开实施例的第一方面中提供的后轮随动转向系统的控制装置。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种车辆，所述车辆包括本公开实施例的第三方面中提供的后轮随动转向系统。
上述技术方案，本公开通过由两个背对背的NMOS组成的母线断路器来控制母线的通断，该母线断路器采用一个信号源同时控制两个NMOS，实现对输入和输出的关断。进一步的，通过由三个NMOS组成的电机断相器来控制对永磁同步电机U相、V相和W相的通断，该电机断相器也采用一个信号源同时控制三个NMOS，实现电机与后轮随动转向系统断路。利用MOS来代替继电器，提高了通断状态切换的响应速度，降低了成本和体积，并且由于MOS没有开关触点，提高了器件的可靠性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明，应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种后轮随动转向系统的框图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种母线断路模块及控制电路；
图3是根据一示例性实施例示出的一种电机断相器模块及控制电路；
图4是根据一示例性实施例示出的一种电荷泵升压电路结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种电荷泵电路电压监控采样电路。
附图标记说明
Q1第一PMOS Q2第六NMOS
Q3第二PMOS Q4第七NMOS
Q5第一NMOS Q6第二NMOS
Q7第一三极管 Q8第二三极管
Q9第三三极管 Q10第五三极管
Q11第三NMOS Q12第四NMOS
Q13第五NMOS Q14第四三极管
N1第一与门 N2第二与门
VCP驱动电源 D7钳位TVS
R1第一开关控制电路第一电阻 R2第一开关控制电路第二电阻
R3第一开关控制电路第三电阻 R4第一开关控制电路第四电阻
R5第一电阻 R6栅极驱动电阻
R7栅源极间电阻 R8第二开关控制电路第一电阻
R9第二开关控制电路第四电阻 R10第二开关控制电路第三电阻
R11第一栅源极电阻 R12第一栅极驱动电阻
R13第二栅源极电阻 R14第二栅极驱动电阻
R15第三栅源极电阻 R16第三栅极驱动电阻
R17第二开关控制电路第二电阻 Rvd1第一分压电阻
Rvd2第二分压电阻 Rvd3第三分压电阻
Rvd4第四分压电阻 DZ钳位二极管
D1第一二极管 D2第二二极管
D3第三二极管 D4第四二极管
D5第五二极管 D6第六二极管
D7钳位TVS D8第一TVS
D9第二TVS D10第三TVS
D11第四TVS D12第五TVS
D13第六TVS D14第一隔离二极管
D15第二隔离二极管 D16第三隔离二极管
C1栅源极间电容 CP1第一电荷泵电容
CREG第一储能电容 CP2第二电荷泵电容
CVCP第二储能电容 VREG钳位电压
VBAT电池电源
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“左、右、前、后”通常对应于车辆的左、右、前、后，需要注意的是，上述方位名词仅用于解释和说明本公开，并不用于限制。
在对本公开提供的后轮随动转向系统的控制装置、系统和车辆说明前，首先对本公开各个实施例所涉及应用场景进行介绍。该应用场景为任意一种车辆，该车辆不限于传统汽车、纯电动汽车或是混动汽车，其中车辆的车轮分为前轮和后轮两种，分别连接车辆的前轴和后轴，车辆的前轮设置有转向系统，同时后轮设置有后轮随动转向系统，能够根据前轮的转向进行随动转向。
图1是根据一示例性实施例示出的一种后轮随动转向系统的框图，如图1所示，该系统中包括：电源管理模块104、通信模块105、信号处理模块106、功率驱动模块107、主MCU(英文：Microcontroller Unit，中文：微控制单元)108和辅MCU 109。其中，电源管理模块104用于给主MCU 108、辅MCU 109、信号处理模块106提供稳压电源，通信模块105用于通过CAN(英文：Controller Area Network，中文：控制器局域网络)总线读取信号，信号处理模块106用于将进行整形滤波处理后的信号输入给主MCU 108和辅MCU 109，功率驱动模块107用于驱动PMSM(英文：Permanent Magnet Synchronous Motor，中文：永磁同步电机)。
本公开根据一示例性实施例可以提供一种后轮随动转向系统的控制装置，应用于后轮随动转向系统，该装置如图1所示，包括：母线断路器101和电机断相器102。
母线断路器101，如图2所示，包括第一NMOS(英文：Negative Channel MetalOxide Semiconductor，中文：N沟道绝缘栅型场效应管)Q5和第二NMOS Q6，第一NMOS Q5的源极和第二NMOS Q6的源极相连，第一NMOS Q5的栅极和第二NMOS Q6的栅极均与后轮随动转向系统的第一开关控制电路的输出端相连，第一NMOS Q5的漏极作为母线断路器101的输入端与驱动电源VCP相连，第二NMOS Q6的漏极作为母线断路器101的输出端。
示例的，第一NMOSQ5和第二NMOS Q6背对背连接，驱动电源VCP从母线断路器101的输入端同时控制第一NMOS Q5和第二NMOS Q6的关断，同时还具有防反接的作用。
电机断相器102，如图3所示，包括第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13，第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的栅极均与后轮随动转向系统的第二开关控制电路的输出端相连，第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的漏极分别与后轮随动转向系统的PMSM的U相、V相和W相连接，第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的源极分别作为PMSM的U相、V相和W相的输入端。
举例来说，第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13分别控制PMSM的U相、V相和W相的通断，由于第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的栅极均由第二开关控制电路控制，因此U相、V相和W相能够同时断路，PMSM与后轮随动转向系统完全断开。
其中，母线断路器101和电机断相器102均与后轮随动转向系统的功率驱动模块107相连，功率驱动模块107用于驱动PMSM。
综上所述，本公开通过由两个背对背的NMOS组成的母线断路器来控制母线的通断，该母线断路器采用一个信号源同时控制两个NMOS，实现对输入和输出的关断。进一步的，通过由三个NMOS组成的电机断相器来控制对永磁同步电机U相、V相和W相的通断，该电机断相器也采用一个信号源同时控制三个NMOS，实现电机与后轮随动转向系统断路。利用MOS来代替继电器，提高了通断状态切换的响应速度，降低了成本和体积，并且由于MOS没有开关触点，提高了器件的可靠性。
可选的，该装置如图1所示，还包括：电荷泵稳压升压器103。
电荷泵稳压升压器103，如图4所示，包括稳压电荷泵和升压电荷泵，稳压电荷泵用于给升压电荷泵提供电压，升压电荷泵用于给母线断路器101和电机断相器102提供电压，稳压电荷泵和升压电荷泵的输入端均与后轮随动转向系统的MCU连接。
其中，母线断路器101和电机断相器102均由电荷泵稳压升压器103供电。
举例来说，因为母线断路器101和电机断相器102及其中的MOS均为高边开关，所以需要高压驱动电源，为了使后轮随动转向系统能够在宽电压范围内工作，采用分立元件设计，将电荷泵稳压升压器103分为稳压电荷泵和升压电荷泵。其中，稳压电荷泵能够将不同的输入电压(电池电源VBAT)钳位到统一的钳位电压VREG，使得稳压电荷泵能够在宽电压范围内正常工作，为升压电荷泵提供电源。升压电荷泵输出能够为母线断路器101和电机断相器102中的高边MOS(第一NMOSQ5、第二NMOS Q6、第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOSQ13)提供驱动电压为VBAT+VREG的电源，即驱动电源VCP。
如图1所示，上述MCU包括主MCU 108和辅MCU 109。
主MCU 108用于控制后轮随动转向，辅MCU 109用于控制电荷泵稳压升压器103。
其中，稳压电荷泵的输入端和升压电荷泵的输入端均与辅MCU 109连接。
需要说明的是，主MCU 108是用于完成后轮随动转向系统中的转向控制，辅MCU109用于监控后轮随动转向系统的运行状态，对外部输入的位移传感器信号进行采样，并与主MCU 108获取的位移传感器信号进行数据校验，同时用于驱动电荷泵稳压升压器103。其中主MCU 108和辅MCU 109互相校验和监控，分别采样电荷泵稳压升压器103的输入电压和输出电压，提高后轮随动转向系统的安全性。
可选的，主MCU 108和辅MCU 109均通过第一与门N1与第一开关控制电路的输入端相连，用于控制母线断路器101的开关。主MCU和辅MCU均通过第二与门N2与第二开关控制电路的输入端相连，用于控制电机断相器102的开关。
举例来说，主MCU 108的信号和辅MCU 109的信号，经过第一与门N1来控制母线断路器101的通断，只有当主MCU 108的信号和辅MCU 109的信号均为高电平时，母线断路器101为通路，主MCU 108的信号和辅MCU109的信号中至少有一个为低电平时，母线断路器101为断路。同理，主MCU 108的信号和辅MCU 109的信号，经过第二与门N2来控制电机断相器102的通断，只有当主MCU 108的信号和辅MCU 109的信号均为高电平时，电机断相器102为通路，此时PMSM接收后轮随动转向系统的控制信号。即当任一MCU出现系统故障或者跑飞时，能够控制母线断路器断路，保证后轮随动转向系统安全。
如图2所示，母线断路器101还包括：栅极驱动电阻R6、栅源极间电阻R7、钳位瞬态二极管TVS D7和栅源极间电容C1。
栅极驱动电阻R6的第一端与第一NMOS Q5的栅极相连，栅极驱动电阻R6的第二端与第一开关控制电路的输出端相连，用于限制第一NMOS Q5的栅极和第二NMOS Q6的栅极的充电电流。
栅源极间电阻R7的第一端与第一NMOS Q5的栅极相连，栅源极间电阻R7的第二端与第一NMOS Q5的源极相连，用于防止第一NMOS Q5和第二NMOS Q6的误导通。
钳位TVS D7与栅源极间电阻R7并联，用于钳位第一NMOS Q5和第二NMOS Q6的栅极和源极之间的电压。
栅源极间电容C1与栅源极间电阻R7并联，用于减小电磁干扰。
第一开关控制电路包括：第一三极管Q7和第二三极管Q8，第一三极管Q7为NPN型三极管，第二三极管Q8是PNP型三极管，第一三极管Q7的发射极与驱动电源VCP相连，第一三极管Q7的集电极与栅极驱动电阻R6相连，第一三极管Q7的基极与第二三极管Q8的集电极相连，第二三极管Q8的发射极接地GND，第二三极管Q8的基极与第一与门N1的输出端相连。
具体的，栅极驱动电阻R6用于限制第一NMOS Q5的栅极和第二NMOS Q6的栅极的充电电流，栅源极间电阻R7用于防止第一NMOS Q5和第二NMOS Q6产生寄生误导通，钳位TVSD7用于钳位第一NMOS Q5的栅极源极之间和第二NMOS Q6的栅极源极之间可能出现的高压，栅源极间电容C1用于抑制第一NMOS Q5的栅极和第二NMOS Q6的栅极电压快速上升，减小开关EMI(英文：Electromagnetic Interference，中文：电磁干扰)。同时，母线断路器101还可以包括第六二极管D6，第六二极管D6设置在栅极驱动电阻R6的第二端与第一开关控制电路的输出端之间，第六二极管D6的正极与栅极驱动电阻R6的第二端相连，第六二极管D6的负极与第一开关控制电路的输出端相连。
第一开关控制电路中的第二三极管Q8饱和导通时，第一三极管Q7也饱和导通，驱动电源VCP给第一三极管Q7和第二三极管Q8栅源极间电容充电，控制第一NMOS Q5和第二NMOS Q6开启，当第二三极管Q8截至时，第一NMOS Q5和第二NMOS Q6断路。具体的，第一开关控制电路还包括：第一开关控制电路第一电阻R1、第一开关控制电路第二电阻R2、第一开关控制电路第三电阻R3和第一开关控制电路第四电阻R4。其中，第一开关控制电路第一电阻R1的一端连接第一三极管Q7的发射极，另一端连接第一三极管Q7的基极，第一开关控制电路第二电阻R2的一端连接第一三极管Q7的基极，另一端连接第二三极管Q8的集电极，第一开关控制电路第三电阻R3的一端连接第二三极管Q8的基极，另一端连接第一与门N1的输出端，第一开关控制电路第四电阻R4的一端连接第二三极管Q8的基极，另一端接地。
可选的，母线断路器101还包括：快速放电电路。
快速放电电路包括：第三三极管Q9、第一电阻R5和第五二极管D5，第三三极管Q9的基极与第五二极管D5的正极相连，第五二极管D5的负极与第一电阻R5的第一端相连，第一电阻R5的第二端接地，第三三极管Q9的发射极与第一NMOS Q5的栅极相连，第三三极管Q9的集电极与第一NMOS Q5的源极相连。
举例来说，为了进一步提高母线断路器101的关断速度，可以设置快速放电电路，在母线断路器101关断时，第三三极管Q9饱和导通，能够快速释放第一NMOS Q5的栅极源极之间和第二NMOS Q6的栅极源极之间的电容电量，实现快速关断。
如图3所示，电机断相器102还包括：第四TVS D11、第五TVS D12、第六TVS D13、第一栅极驱动电阻R12、第二栅极驱动电阻R14、第三栅极驱动电阻R16、第一隔离二极管D14、第二隔离二极管D15和第三隔离二极管D16。
第四TVS D11、第五TVS D12和第六TVS D13的两端分别与第三NMOS Q11、第四NMOSQ12和第五NMOS Q13的源极和栅极相连，用于过压保护。
第一栅极驱动电阻R12的第一端与第三NMOS Q11的栅极相连，第一栅极驱动电阻R12的第二端与第一隔离二极管D14的负极相连。
第二栅极驱动电阻R14的第一端与第四NMOS Q12的栅极相连，第二栅极驱动电阻R14的第二端与第二隔离二极管D15的负极相连。
第三栅极驱动电阻R16的第一端与第五NMOS Q13的栅极相连，第三栅极驱动电阻R16的第二端与第三隔离二极管D16的负极相连。
第一隔离二极管D14的正极、第二隔离二极管D15的正极和第三隔离二极管D16的正极均与第二开关控制电路的输出端相连。
第二开关控制电路包括：第四三极管Q14和第五三极管Q10，第四三极管Q14为NPN型三极管，第五三极管Q10是PNP型三极管，第四三极管Q14的发射极与驱动电源相连，第四三极管Q14的集电极为第二开关控制电路的输出端，第四三极管Q14的基极与第五三极管Q10的集电极相连，第五三极管Q10的发射极接地GND，第五三极管Q10的基极与第二与门N2的输出端相连。
举例来说，第四TVS D11、第五TVS D12和第六TVS D13作为电机断相器102在关断时产生的续流回路，并吸收能量，第一栅极驱动电阻R12、第二栅极驱动电阻R14、第三栅极驱动电阻R16用于限制第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的栅极产生的充电电流。
第二开关控制电路中的第五三极管Q10饱和导通时，第四三极管Q14也饱和导通，驱动电源VCP给第四三极管Q14和第五三极管Q10栅源极间电容充电，控制第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13开启，当第五三极管Q10截至时，第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13断路。具体的，第二开关控制电路还包括：第二开关控制电路第一电阻R8、第二开关控制电路第四电阻R9、第二开关控制电路第三电阻R10和第二开关控制电路第二电阻R17。其中，第二开关控制电路第一电阻R8的一端连接第四三极管Q14的发射极，另一端连接第四三极管Q14的基极，第二开关控制电路第二电阻R17的一端连接第四三极管Q14的基极，另一端连接第五三极管Q10的集电极，第二开关控制电路第三电阻R10的一端连接第五三极管Q10的基极，另一端连接第一与门N1的输出端，第二开关控制电路第四电阻R9的一端连接第五三极管Q10的基极，另一端接地。
如图4所示，电荷泵稳压升压器103中，稳压电荷泵包括由第六NMOS Q2和第一P沟道绝缘栅型场效应管PMOS Q1组成的第一推挽电路、第一电荷泵电容CP1、钳位二极管DZ、第一储能电容CREG、第一二极管D1和第二二极管D2，升压电荷泵包括由第七NMOS Q4和第二PMOS Q3组成的第二推挽电路、第二电荷泵电容CP2、第二储能电容CVCP、第三二极管D3和第四二极管D4。
其中，第六NMOS Q2的栅极和第一PMOS Q1栅极通过第一电平转换电路与辅MCU109相连，第六NMOS Q2的漏极和第一PMOS Q1的漏极相连，第六NMOS Q2的源极接地，第一PMOS Q1的源极与电池电源VBAT相连，电池电源与第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极与第一电荷泵电容CP1的第一端相连，第一PMOS的漏极与第一电荷泵电容CP1的第二端相连，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极相连，钳位二极管DZ的第一端接地，钳位二极管DZ的第二端与第二二极管D2的负极相连，第一储能电容CREG的第一端接地，第一储能电容CREG的第二端与第二二极管D2的负极相连，第二二极管D2的负极作为稳压电荷泵的输出端。
第七NMOS Q4的栅极和第二PMOS Q3栅极通过第二电平转换电路与辅MCU 109相连，第七NMOS Q4的漏极和第二PMOS Q3的漏极相连，第七NMOS Q4的源极接地，第二PMOS Q3的源极与电池电源VBAT相连，第三二极管D3的正极与稳压电荷泵的输出端相连，第三二极管D3的负极与第二电荷泵电容CP2的第一端相连，第二PMOS Q3的漏极与第二电荷泵电容CP2的第二端相连，第三二极管D3的负极与第四二极管D4的正极相连，第二储能电容CVCP的第一端与电池电源，第二储能电容CVCP的第二端与第四二极管D4的负极相连，第二储能电容CVCP的第二端作为升压电荷泵的输出端，为母线断路器101和电机断相器102提供驱动电源。
举例来说，稳压电荷泵中的第一推挽电路作为第一电荷泵电容CP1的驱动电路，第一推挽电路由辅MCU 109的PWM1(英文：Pulse Width Modulation，中文：脉冲宽度调制)管脚输出控制信号，并通过第一电平转换电路来控制。第六NMOS Q2为小功率NMOS、第一PMOSQ1为小功率PMOS，钳位二极管DZ的钳位电压可以是12V。当第六NMOS Q2打开时，电池电源VBAT通过第一二极管D1向第一电荷泵电容CP1充电，第一电荷泵电容CP1两端的充电电压VCP1由第六NMOS Q2导通时间Tcharge决定：
VCP1＝(VBAT-VD1)*(1-e(-Tcharge/R*C1))
R＝RD1+ESRCP1+RDS(on)Q2
其中，VD1为第一二极管D1的导通电压，C1为第一电荷泵电容CP1的电容值，RD1为第一二极管D1的电阻，ESRCP1为第一电荷泵电容CP1的等效串联电阻，RDS(on)Q2为第六NMOS Q2漏极与源极之间的导通电阻。
当第一PMOS Q1导通，第六NMOS Q2断路时，第一电荷泵电容CP1向第一储能电容CREG放电，钳位电压VREG由第一PMOS Q1导通时间Tdischarge决定：
VREG＝VREG(t0)+[((VBAT-VD1)+VCP1-VD2)-VREG(t0)]*(1-e(-Tdischarge/R*C2))
R＝RD2+ESRCREG+RDS(on)Q1
其中，VD2为第二二极管D2的导通电压，VREG(t0)为钳位电压VREG的初始值，C2为第一储能电容CREG的电容值，RD2为第二二极管D2的电阻，ESRCREG为第一储能电容CREG的等效串联电阻，RDS(on)Q1为第一PMOS Q1漏极与源极之间的导通电阻。那么钳位电压VREG的最大值为VBAT+VCP1-(VD1+VD2)。因此当VBAT小于12V+VD1+VD2时，启动稳压电荷泵，通过控制第六NMOS Q2和第一PMOS Q1的占空比(由辅MCU 109通过第一电平转换电路来控制)，进行升压，使钳位电压VREG＝12V，当VBAT大于12V时，不启动稳压电荷泵，钳位二极管DZ将钳位电压VREG钳位到12V。
升压电荷泵中的第二推挽电路作为第二电荷泵电容CP2的驱动电路，第二推挽电路由辅MCU 109的PWM2管脚输出控制信号，并通过第二电平转换电路来控制，第七NMOS Q4为小功率NMOS、第二PMOS Q3为小功率PMOS。当第七NMOS Q4打开时，电池电源VBAT通过第三二极管D3向第二电荷泵电容CP2充电，第二电荷泵电容CP2两端的充电电压VCP2由第七NMOSQ4导通时间Tcharge2决定：
VCP2＝(VREG-VD3)*(1-e(-Tcharge2/R*C3))
R＝RD3+ESRCP2+RDS(on)Q4
其中，VD3为第三二极管D3的导通电压，C3为第二电荷泵电容CP2的电容值，RD3为第三二极管D3的电阻，ESRCP2为第二电荷泵电容CP2的等效串联电阻，RDS(on)Q2为第七NMOS Q4漏极与源极之间的导通电阻。
当第二PMOS Q3导通，第七NMOS Q4断路时，第二电荷泵电容CP2向第二储能电容CVCP放电，驱动电源VCP由第二PMOS Q3导通时间Tdischarge2决定：
VCP＝VCP(t0)+[(VBAT+VREG-VD3)-VD4-VCP(t0)]*(1-e(-Tdischarge/R*C4))
R＝RD4+ESRCVCP+RDS(on)Q3
其中，VD4为第四二极管D4的导通电压，VCP(t0)为驱动电源VCP的初始值，C4为第二储能电容CVCP的电容值，RD4为第四二极管D4的电阻，ESRCVCP为第二储能电容CVCP的等效串联电阻，RDS(on)Q3为第二PMOS Q3漏极与源极之间的导通电阻。那么驱动电源VCP的最大值为VBAT+VREG-(VD3+VD4)。因此通过控制第七NMOS Q4和第二PMOS Q3的占空比(由辅MCU 109通过第二电平转换电路来控制)，最大效率使得VBAT+VREG-(VD3+VD4)，选择第三二极管D3和第四二极管D4，使VD3+VD4小于1V，使得VCP≧VBAT+11V，则驱动母线断路器101和电机断相器102时，其中的MOS的驱动电压大于等于11V，保证了MOS完全打开。
图5是根据图4示出的电荷泵稳压升压器103的采样电路的电路图，如图5所示，该装置还包括：电荷泵稳压升压器103的采样电路，采样电路包括第一分压电阻Rvd1、第二分压电阻Rvd2、第三分压电阻Rvd3和第四分压电阻Rvd4。
第一分压电阻Rvd1的第一端与稳压电荷泵的输出端相连，第一分压电阻Rvd1的第二端与第二分压电阻的第一端相连，第二分压电阻Rvd2的第二端接地，第一分压电阻Rvd1的第二端与主MCU 108相连，第一分压电阻Rvd1的第二端与辅MCU 109相连。
第三分压电阻Rvd3的第一端与升压电荷泵的输出端相连，第三分压电阻Rvd3的第二端与第四分压电阻Rvd4的第一端相连，第四分压电阻Rvd4的第二端接地，第三分压电阻Rvd3的第二端与主MCU 108相连，第三分压电阻Rvd3的第二端与辅MCU 109相连。
示例的，主MCU 108和辅MCU 109分别采样电荷泵稳压升压器103中升压电荷泵的输入电压(即钳位电压VREG)和输出电压(即驱动电源VCP)，互相校验和监控。其中，钳位电压VREG对应的信号由主MCU 108的ADC1(英文：Analog-to-Digital Converter，中文：模数转换器)和辅MCU 109的ADC1管脚采样，驱动电源VCP对应的信号由主MCU 108的ADC2和辅MCU 109的ADC2管脚采样。
可选的，电机断相器102还包括：第一栅源极电阻R11、第二栅源极电阻R13、第三栅源极电阻R15、第一TVS D8、第二TVS D9和第三TVS D10。
第一TVSD8的两端分别与第三NMOS Q11的栅极和源极相连，第一栅源极电阻R11与第一TVSD8并联。
第二TVS D9的两端分别与第四NMOS Q12的栅极和源极相连，第二栅源极电阻R13与第二TVS D9并联。
第三TVS D10的两端分别与第五NMOS Q13的栅极和源极相连，第三栅源极电阻R15与第三TVS D10并联。
需要说明的是，第一栅源极电阻R11、第二栅源极电阻R13、第三栅源极电阻R15用于防止第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13产生寄生误导通，第一TVS D8、第二TVS D9和第三TVS D10用于对第三NMOS Q11、第四NMOS Q12和第五NMOS Q13的栅极源极之间可能出现的高压。
综上所述，本公开通过由两个背对背的NMOS组成的母线断路器来控制母线的通断，该母线断路器采用一个信号源同时控制两个NMOS，实现对输入和输出的关断。进一步的，通过由三个NMOS组成的电机断相器来控制对永磁同步电机U相、V相和W相的通断，该电机断相器也采用一个信号源同时控制三个NMOS，实现电机与后轮随动转向系统断路。利用MOS来代替继电器，提高了通断状态切换的响应速度，降低了成本和体积，并且由于MOS没有开关触点，提高了器件的可靠性。
本公开根据一示例性实施例还可以提供一种后轮随动转向系统，该后轮随动转向系统可以包括图2至图5所示的任一种后轮随动转向系统的控制装置。
本公开根据一示例性实施例还可以提供一种车辆，该车辆包括上述实施例中提供的后轮随动转向系统。
综上所述，本公开通过由两个背对背的NMOS组成的母线断路器来控制母线的通断，该母线断路器采用一个信号源同时控制两个NMOS，实现对输入和输出的关断。进一步的，通过由三个NMOS组成的电机断相器来控制对永磁同步电机U相、V相和W相的通断，该电机断相器也采用一个信号源同时控制三个NMOS，实现电机与后轮随动转向系统断路。利用MOS来代替继电器，提高了通断状态切换的响应速度，降低了成本和体积，并且由于MOS没有开关触点，提高了器件的可靠性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种后轮随动转向系统的控制装置，其特征在于，应用于后轮随动转向系统，所述装置包括：母线断路器和电机断相器；
所述母线断路器，包括第一N沟道绝缘栅型场效应管NMOS和第二NMOS，所述第一NMOS的源极和所述第二NMOS的源极相连，所述第一NMOS的栅极和所述第二NMOS的栅极均与所述后轮随动转向系统的第一开关控制电路的输出端相连，所述第一NMOS的漏极作为所述母线断路器的输入端与驱动电源相连，所述第二NMOS的漏极作为所述母线断路器的输出端；
所述电机断相器，包括第三NMOS、第四NMOS和第五NMOS，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的栅极均与所述后轮随动转向系统的第二开关控制电路的输出端相连，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的漏极分别与所述后轮随动转向系统的永磁同步电机PMSM的U相、V相和W相连接，所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的源极分别作为所述PMSM的U相、V相和W相的输入端；
其中，所述母线断路器和所述电机断相器均与所述后轮随动转向系统的功率驱动模块相连，所述功率驱动模块用于驱动PMSM。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：电荷泵稳压升压器；
所述电荷泵稳压升压器，包括稳压电荷泵和升压电荷泵，所述稳压电荷泵用于给所述升压电荷泵提供电压，所述升压电荷泵用于给所述母线断路器和所述电机断相器提供电压，所述稳压电荷泵和所述升压电荷泵的输入端均与所述后轮随动转向系统的微控制单元MCU连接；
其中，所述母线断路器和所述电机断相器均由所述电荷泵稳压升压器供电。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述MCU包括主MCU和辅MCU；
所述主MCU用于控制后轮随动转向，所述辅MCU用于控制所述电荷泵稳压升压器；
其中，所述稳压电荷泵的输入端和所述升压电荷泵的输入端均与所述辅MCU连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主MCU和所述辅MCU均通过第一与门与所述第一开关控制电路的输入端相连，用于控制所述母线断路器的开关；所述主MCU和所述辅MCU均通过第二与门与所述第二开关控制电路的输入端相连，用于控制所述电机断相器的开关。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述母线断路器还包括：栅极驱动电阻、栅源极间电阻、钳位瞬态二极管TVS和栅源极间电容；
所述栅极驱动电阻的第一端与所述第一NMOS的栅极相连，所述栅极驱动电阻的第二端与所述第一开关控制电路的输出端相连，用于限制所述第一NMOS的栅极和所述第二NMOS的栅极的充电电流；
所述栅源极间电阻的第一端与所述第一NMOS的栅极相连，所述栅源极间电阻的第二端与所述第一NMOS的源极相连，用于防止所述第一NMOS和所述第二NMOS的误导通；
所述钳位TVS与所述栅源极间电阻并联，用于钳位所述第一NMOS和所述第二NMOS的栅极和源极之间的电压；
所述栅源极间电容与所述栅源极间电阻并联，用于减小电磁干扰；
所述第一开关控制电路包括：第一三极管和第二三极管，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管是PNP型三极管，所述第一三极管的发射极与所述驱动电源相连，所述第一三极管的集电极与所述栅极驱动电阻相连，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的集电极相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极与所述第一与门的输出端相连。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述母线断路器还包括：快速放电电路；
所述快速放电电路包括：第三三极管、第一电阻和第五二极管，所述第三三极管的基极与所述第五二极管的正极相连，所述第五二极管的负极与所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端接地，所述第三三极管的发射极与所述第一NMOS的栅极相连，所述第三三极管的集电极与所述第一NMOS的源极相连。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电机断相器还包括：第四TVS、第五TVS、第六TVS、第一栅极驱动电阻、第二栅极驱动电阻、第三栅极驱动电阻、第一隔离二极管、第二隔离二极管和第三隔离二极管；
所述第四TVS、所述第五TVS和所述第六TVS的两端分别与所述第三NMOS、所述第四NMOS和所述第五NMOS的源极和栅极相连，用于过压保护；
所述第一栅极驱动电阻的第一端与所述第三NMOS的栅极相连，所述第一栅极驱动电阻的第二端与所述第一隔离二极管的负极相连；
所述第二栅极驱动电阻的第一端与所述第四NMOS的栅极相连，所述第二栅极驱动电阻的第二端与所述第二隔离二极管的负极相连；
所述第三栅极驱动电阻的第一端与所述第五NMOS的栅极相连，所述第三栅极驱动电阻的第二端与所述第三隔离二极管的负极相连；
所述第一隔离二极管的正极、所述第二隔离二极管的正极和所述第三隔离二极管的正极均与所述第二开关控制电路的输出端相连；
所述第二开关控制电路包括：第四三极管和第五三极管，所述第四三极管为NPN型三极管，所述第五三极管是PNP型三极管，所述第四三极管的发射极与所述驱动电源相连，所述第四三极管的集电极为所述第二开关控制电路的输出端，所述第四三极管的基极与所述第五三极管的集电极相连，所述第五三极管的发射极接地，所述第五三极管的基极与所述第二与门的输出端相连。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述稳压电荷泵包括由第六NMOS和第一P沟道绝缘栅型场效应管PMOS组成的第一推挽电路、第一电荷泵电容、钳位二极管、第一储能电容、第一二极管和第二二极管，所述升压电荷泵包括由第七NMOS和第二PMOS组成的第二推挽电路、第二电荷泵电容、第二储能电容、第三二极管和第四二极管；
其中，所述第六NMOS的栅极和所述第一PMOS栅极通过第一电平转换电路与所述辅MCU相连，所述第六NMOS的漏极和所述第一PMOS的漏极相连，所述第六NMOS的源极接地，所述第一PMOS的源极与电池电源VBAT相连，所述电池电源与所述第一二极管的正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一电荷泵电容的第一端相连，所述第一PMOS的漏极与所述第一电荷泵电容的第二端相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极相连，所述钳位二极管的第一端接地，所述钳位二极管的第二端与所述第二二极管的负极相连，所述第一储能电容的第一端接地，所述第一储能电容的第二端与所述第二二极管的负极相连，所述第二二极管的负极作为所述稳压电荷泵的输出端；
所述第七NMOS的栅极和所述第二PMOS栅极通过第二电平转换电路与所述辅MCU相连，所述第七NMOS的漏极和所述第二PMOS的漏极相连，所述第七NMOS的源极接地，所述第二PMOS的源极与电池电源VBAT相连，所述第三二极管的正极与所述稳压电荷泵的输出端相连，所述第三二极管的负极与所述第二电荷泵电容的第一端相连，所述第二PMOS的漏极与所述第二电荷泵电容的第二端相连，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极相连，所述第二储能电容的第一端与电池电源，所述第二储能电容的第二端与所述第四二极管的负极相连，所述第二储能电容的第二端作为所述升压电荷泵的输出端，为所述母线断路器和所述电机断相器提供所述驱动电源。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：所述电荷泵稳压升压器的采样电路，所述采样电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；
所述第一分压电阻的第一端与所述稳压电荷泵的输出端相连，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端相连，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻的第二端与主MCU相连，所述第一分压电阻的第二端与辅MCU相连；
所述第三分压电阻的第一端与所述升压电荷泵的输出端相连，所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端相连，所述第四分压电阻的第二端接地，所述第三分压电阻的第二端与主MCU相连，所述第三分压电阻的第二端与辅MCU相连。
10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述电机断相器还包括：第一栅源极电阻、第二栅源极电阻、第三栅源极电阻、第一TVS、第二TVS和第三TVS；
所述第一TVS的两端分别与所述第三NMOS的栅极和源极相连，所述第一栅源极电阻与所述第一TVS并联；
所述第二TVS的两端分别与所述第四NMOS的栅极和源极相连，所述第二栅源极电阻与所述第二TVS并联；
所述第三TVS的两端分别与所述第五NMOS的栅极和源极相连，所述第三栅源极电阻与所述第三TVS并联。
11.一种后轮随动转向系统，其特征在于，所述后轮随动转向系统包括权利要求1-10任一项所述的后轮随动转向系统的控制装置。
12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求11所述的后轮随动转向系统。
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