專利名稱：汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車零部件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是按駕駛員轉(zhuǎn)向意志控制汽車行駛線路和方向的重要裝置，它直接影響汽車的操縱性和穩(wěn)定性。對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，除了要求其工作安全可靠、操縱輕便、機(jī)動(dòng)性好、高效節(jié)能外，還要求它能夠在各種工況(包括直線行駛、正常轉(zhuǎn)向、快速轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向等)下，根據(jù)不同的行駛速度和路面狀況，提供最佳的路感，使駕駛員和汽車形成一個(gè)完善的反饋系統(tǒng)。安全、節(jié)能和環(huán)保成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)發(fā)展的主題，因此提高汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率和轉(zhuǎn)向性能，成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主線。在汽車出現(xiàn)后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，汽車沒(méi)有轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，僅靠人力來(lái)完成轉(zhuǎn)向操作。當(dāng)時(shí)，為減小轉(zhuǎn)向操舵力，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向盤半徑一般都比較大，不僅占據(jù)了一定的車內(nèi)空間，而且轉(zhuǎn)向操作很不方便，這些特征能見(jiàn)證于我國(guó)早期的一些公交車和貨車上。到二十世紀(jì)五十年代，轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)逐漸裝配到汽車上。最早的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)為傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering System，以下簡(jiǎn)稱HPS系統(tǒng))，隨后的一段時(shí)間內(nèi)， 動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)不斷革新，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronically Controlled Hydraulic Power SteeringSystem,以下簡(jiǎn)稱ECHPS系統(tǒng))，極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的操縱性能，助力隨車速變化，滿足了汽車操作穩(wěn)定性的要求，未來(lái)的幾年里，客車和載貨汽車仍將采用 ECHPS系統(tǒng)。近年來(lái)，新型的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，以下簡(jiǎn)稱EPS系統(tǒng))的出現(xiàn)，不僅滿足了對(duì)汽車產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保的要求，同時(shí)極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的性能，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)成為轎車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主流。早在上世紀(jì)八十年代，國(guó)外即開(kāi)展EPS系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作，目前部分廠家的產(chǎn)品已達(dá)到批量裝車的水平。與國(guó)外相比，我國(guó)在EPS技術(shù)方面的研究工作正在積極進(jìn)行，在技術(shù)上與國(guó)外相比，有不少差距。2000年9月，國(guó)家科委公布了《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》， 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)被列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)、新產(chǎn)品。國(guó)家通過(guò)政策及資金扶持，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行EPS系統(tǒng)技術(shù)的自主開(kāi)發(fā)，爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)完成EPS系統(tǒng)重點(diǎn)技術(shù)的突破，縮短與國(guó)外技術(shù)水平的差距?？刂破髯鳛镋PS系統(tǒng)核心部件，控制器一般由控制單元和驅(qū)動(dòng)單元兩部分組成。 控制單元通過(guò)采集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)、車速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，進(jìn)行必要的運(yùn)算處理后， 將控制信號(hào)輸?shù)津?qū)動(dòng)單元。隨著EPS控制策略的日益完善，控制算法越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)微控制器的運(yùn)算速度以及算法實(shí)現(xiàn)方面要求越來(lái)越高，而DSP在實(shí)現(xiàn)算法方面有較為突出的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)國(guó)外一些研究生產(chǎn)EPS系統(tǒng)的廠家采用DSP作為控制單元的核心部件，而且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出相關(guān)的產(chǎn)品。
發(fā)明內(nèi)容[0007]本發(fā)明的目的是提供一種汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器，它不僅滿足了對(duì)汽車產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保的要求，同時(shí)極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是該發(fā)明作為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心單元，其作用是根據(jù)外部傳感器信號(hào)的變化輸出具有一定控制能力的助力電流。電源管理模塊的電源輸出端口與MCU模塊的電源輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電壓輸出端口與電源管理模塊的電壓輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電壓輸出端口與H橋驅(qū)動(dòng)模塊的電壓輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電流輸出端口與H橋的電流輸入端口相連接，MCU模塊的PWM信號(hào)輸出端口與H橋驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端口相連接，H橋驅(qū)動(dòng)模塊的PWM信號(hào)輸出端口與H橋模塊的場(chǎng)效應(yīng)管柵極端口相連接，H橋的取樣電阻端口與反饋電流模塊的運(yùn)放端口相連接，反饋電流模塊的信號(hào)輸出端口與MCU模塊的AD端口相連接，轉(zhuǎn)矩傳感器的信號(hào)輸出端口與MCU模塊的AD端口相連接，車速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)輸出端口與MCU模塊的脈沖信號(hào)、捕捉信號(hào)輸入端口相連接。本發(fā)明的有益效果是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是按駕駛員轉(zhuǎn)向意志控制汽車行駛線路和方向的重要裝置，它直接影響汽車的操縱性和穩(wěn)定性。對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，除了要求其工作安全可靠、操縱輕便、機(jī)動(dòng)性好、高效節(jié)能外，還要求它能夠在各種工況(包括直線行駛、正常轉(zhuǎn)向、快速轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向等)下，根據(jù)不同的行駛速度和路面狀況，提供最佳的路感，使駕駛員和汽車形成一個(gè)完善的反饋系統(tǒng)。極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的操縱性能，助力隨車速變化，滿足了汽車操作穩(wěn)定性的要求，未來(lái)的幾年里，客車和載貨汽車仍將采用ECHPS系統(tǒng)。新型的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即 EPS系統(tǒng)的出現(xiàn)，不僅滿足了對(duì)汽車產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保的要求，同時(shí)極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的性能，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)成為轎車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主流。

圖1是本發(fā)明電路原理框圖；圖2是本發(fā)明電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述實(shí)施例1如圖2所示，R是電阻、D是晶體二極管、C是電容、T是三極管、LM是運(yùn)算放大器、 Relay是繼電器、MC33883是電機(jī)控制模塊、MCU68CS908AW32和M 2SK3090是場(chǎng)效應(yīng)管、 TLE4271-2G是電壓輸出穩(wěn)壓器、IFR024是三極管IC片。工作原理及工作過(guò)程如圖1所示，當(dāng)MCU檢測(cè)到轉(zhuǎn)矩信號(hào)ST的變化時(shí)，根據(jù)實(shí)現(xiàn)編寫在MCU Flash中的軟件調(diào)用與之成比例關(guān)系的目標(biāo)電流值，該目標(biāo)電流值與實(shí)際反饋的電流SI進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出具有一定控制信息的信號(hào)SB到H橋驅(qū)動(dòng)模塊，該信號(hào)通過(guò) H橋驅(qū)動(dòng)模塊后，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，可以完成H橋電路的場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟和關(guān)閉。電機(jī)控制單元由H橋電路組成，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)外部車速信號(hào)SV發(fā)生變化時(shí)， MCU能根據(jù)車速的變化對(duì)目標(biāo)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)的隨速助力大小控制功能。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)SE的功能是保護(hù)蓄電池，即EPS系統(tǒng)只有在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的條件下工作，以防止蓄電池的電量過(guò)渡虧損后無(wú)法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。具體的控制單元的電路原理如圖2所示，由傳感器接口電路、MCU外圍電路、H橋驅(qū)動(dòng)、H橋、反饋電流電路currant detector以及故障保護(hù)電路Relay driver組成。傳感器接口電路，就是建立傳感器與單片機(jī)之間兼容的信號(hào)通路，即傳感器的輸出信號(hào)復(fù)合MCU端口的電氣規(guī)范。Kl和K2模塊是轉(zhuǎn)矩傳感器接口電路，其作用是將耦合在轉(zhuǎn)矩信號(hào)上的干擾信號(hào)過(guò)濾掉。由于轉(zhuǎn)矩傳感器是滑線電阻器結(jié)構(gòu)，所以，在阻抗匹配上選擇IOK的電阻與滑線電阻器的電阻并聯(lián)，以放置造成漏電流而影響傳感器的輸出。K3和 K4模塊是車速和轉(zhuǎn)向信號(hào)的接口電路，其利用UC903的比較功能，利用其負(fù)端作為信號(hào)翻轉(zhuǎn)的參考信號(hào)，便于有效地對(duì)不同傳感器輸出電平信號(hào)進(jìn)行匹配。當(dāng)傳感器的電平變化時(shí)， 通過(guò)對(duì)負(fù)極的分壓電阻進(jìn)行調(diào)整，可獲得較好的匹配效果。USl單元為電流取樣運(yùn)放單元。由于該ECU是電流閉環(huán)控制單元，所以利用分流原理，在電機(jī)回路中串聯(lián)一大功率底阻值電阻SHUNTER，利用AD22057將SHUNTER兩端的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大成與流過(guò)SHUNTER的電路大小成正比的電壓信號(hào)。AD22057是高精度運(yùn)放，能較好的抑制耦合在電壓信號(hào)上共模噪聲信號(hào)，能提供理想的反饋信號(hào)。H橋驅(qū)動(dòng)，就是為后續(xù)H橋電路提供具有一定驅(qū)動(dòng)能力的控制信號(hào)，以準(zhǔn)確、有效地開(kāi)啟和關(guān)斷H橋電路。H橋驅(qū)動(dòng)模塊如原理圖所示的Hl單元。該單元的核心器件是 MC33883DW，此芯片集成解決了電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)的所有難題，極大的提高了本ECU的可靠性和設(shè)計(jì)的靈活性。H橋電路由4個(gè)N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管(Ml、M2、M3、M4)組成。本E⑶所選擇的場(chǎng)效應(yīng)為2SK3090，耐壓值為30V，最大導(dǎo)通電流為50A，其參數(shù)的選定既解決了穩(wěn)定性穩(wěn)態(tài)，又較大的降低了 ECU成本，是本ECU的關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一。相對(duì)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管可實(shí)現(xiàn)電機(jī)某一方向的控制?？刂齐娏鞯拇笮∮蓴夭ㄐ盘?hào)的占空比決定。RSl單元為故障保護(hù)電路，它將軟件的判定結(jié)果轉(zhuǎn)化成就有實(shí)際保護(hù)控制行為的電路。在本控制單元中，實(shí)際的保護(hù)措施就是切斷安全繼電器relay。該繼電器為汽車專用的小型大功率繼電器，能有效解決電路板設(shè)計(jì)過(guò)程的空間問(wèn)題，同時(shí)能提高了產(chǎn)品安全性。
權(quán)利要求1. 一種汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器，其特征是電源管理模塊的電源輸出端口與 MCU模塊的電源輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電壓輸出端口與電源管理模塊的電壓輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電壓輸出端口與H橋驅(qū)動(dòng)模塊的電壓輸入端口相連接，安全繼電器模塊的電流輸出端口與H橋的電流輸入端口相連接，MCU模塊的PWM信號(hào)輸出端口與H橋驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端口相連接，H橋驅(qū)動(dòng)模塊的PWM信號(hào)輸出端口與H橋模塊的場(chǎng)效應(yīng)管柵極端口相連接，H橋的取樣電阻端口與反饋電流模塊的運(yùn)放端口相連接，反饋電流模塊的信號(hào)輸出端口與MCU模塊的AD端口相連接，轉(zhuǎn)矩傳感器的信號(hào)輸出端口與MCU 模塊的AD端口相連接，車速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)輸出端口與MCU模塊的脈沖信號(hào)、捕捉信號(hào)輸入端口相連接。
專利摘要一種汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器，屬于汽車零部件技術(shù)領(lǐng)域，其特征是電源管理模塊與MCU模塊相連接，安全繼電器模塊與電源管理模塊相連接，安全繼電器模塊與H橋驅(qū)動(dòng)模塊相連接，安全繼電器模塊與H橋相連接，MCU模塊的PWM信號(hào)端口與H橋驅(qū)動(dòng)模塊端口相連接，H橋驅(qū)動(dòng)模塊的PWM信號(hào)端口與場(chǎng)效應(yīng)管端口相連接，H橋的電阻端口與反饋電流模塊端口相連接，反饋電流模塊輸出端口與MCU模塊的AD端口相連接，轉(zhuǎn)矩傳感器輸出端口與MCU模塊的AD端口相連接，車速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器輸出端口與MCU模塊的脈沖信號(hào)、捕捉信號(hào)端口相連接。有益效果是提高了操縱性能，助力隨車速變化，滿足了汽車操作穩(wěn)定性要求，EPS系統(tǒng)的出現(xiàn)，不僅滿足了對(duì)汽車節(jié)能、環(huán)保要求，極大地提高了助力轉(zhuǎn)向的性能。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201984309SQ20112009847
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者徐婷婷, 郭濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春一汽四環(huán)汽車泵有限公司