專利名稱：一種全硬件伺服助力轉(zhuǎn)向控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)伺服助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器，涉及一種全硬件伺服助力轉(zhuǎn)向控制
O
背景技術(shù)：
機(jī)械液壓助力是我們最常見的一種助力方式，由于技術(shù)成熟可靠，而且成本低廉， 得以被廣泛普及。但是由于依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)油泵，能耗比較高，所以車輛的行駛動(dòng)力無(wú)形中就被消耗了一部分；液壓系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，各種控制油液的閥門數(shù)量繁多， 后期的保養(yǎng)維護(hù)需要成本；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，使用壽命也會(huì)受到影響，這些都是機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)所在。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering，縮寫EPS)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和控制器等組成。與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。其一，只在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供助力，可以顯著降低燃油消耗；其二，轉(zhuǎn)向助力大小可以通過(guò)軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；其三，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，生產(chǎn)線裝配好，易于維護(hù)保養(yǎng)；其四，通過(guò)程序的設(shè)置，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容易與不同車型匹配，可以縮短生產(chǎn)和開發(fā)的周期。雖然目前有很多電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的產(chǎn)品已投入使用，但是由于技術(shù)上的不完善，尤其是控制器功能的不完善，使得電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)能得到完全體現(xiàn)。目前大部分控制器采用微處理器來(lái)采集扭矩信號(hào)和車速信號(hào)，再通過(guò)計(jì)算和查去助理特性曲線來(lái)達(dá)到控制目的。這種控制方式的缺陷在于信號(hào)獲取都是通過(guò)A/D采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是A/D采樣的采樣速度和采樣精度都會(huì)限制控制器的控制精度，同時(shí)獲得的扭矩信號(hào)和車速信號(hào)需要通過(guò)微處理器的大量計(jì)算，才能得到所需的輸出參數(shù)，從而造成了系統(tǒng)存在明顯的滯后，控制效果不理想，在某些情況下甚至?xí)l(fā)生振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種依靠全硬件實(shí)現(xiàn)，而不借助于微處理器實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器。本發(fā)明的基于硬件的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器，包括電源產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、比較器、雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、反饋電流檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路。電源產(chǎn)生電路產(chǎn)生整個(gè)控制器需要的12V、+5V、+2. 5V電壓，并給基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、反饋電流檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路這三個(gè)電路模塊供電；基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生基準(zhǔn)三角波信號(hào)，與信號(hào)處理電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)在比較器中進(jìn)行比較輸出；產(chǎn)生的PWM再經(jīng)由雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，產(chǎn)生助力；反饋電流檢測(cè)電路通過(guò)采樣電阻，檢測(cè)電機(jī)回路中的電流，并經(jīng)過(guò)處理輸出反饋電壓到信號(hào)處理電路中，用作閉環(huán)控制。信號(hào)處理電路代替微處理器功能，信號(hào)處理電路將輸入扭矩信號(hào)、車速信號(hào)和反饋電流檢測(cè)電路的輸出結(jié)果做處理和計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)輸入到比較器中。
3
所述信號(hào)處理電路包括輸入扭矩信號(hào)處理電路，頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路，乘法器電路，加減法電路，比例積分微分電路。其中，輸入扭矩信號(hào)處理電路將輸入扭矩信號(hào)做差分放大計(jì)算，得到輸入扭矩信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值。頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路將車速信號(hào)由頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。乘法器電路通過(guò)用FET和運(yùn)放組合實(shí)現(xiàn)的乘法器完成扭矩信號(hào)和車速信號(hào)的乘法計(jì)算。加減法電路將扭矩信號(hào)和車速信號(hào)以及兩者乘積做加減法計(jì)算處理，最后做將值以電壓量輸出到比例積分微分電路。比例積分微分電路將電機(jī)反饋信號(hào)及加減法電路的輸出信號(hào)作差值輸出，起到調(diào)節(jié)電壓的作用，并將結(jié)果輸出到比較器。本發(fā)明通過(guò)電流反饋和扭矩車速響應(yīng)的方式，用模擬電路實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器的功能，并且還具備以下優(yōu)勢(shì)首先，全部功能都是通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)，避免了 A/D采樣和微處理器計(jì)算速度造成的不利影響；其次，不需要微處理器對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)和扭矩信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，提高了控制器的相應(yīng)速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。最后，通過(guò)比例積分微分電路對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，不需要微處理器進(jìn)行干涉，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。本發(fā)明中的功能都通過(guò)純硬件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用信號(hào)處理電路F取代傳統(tǒng)的微處理器處理信號(hào)的功能，避免了 A/D采樣精度和微處理器運(yùn)行速度對(duì)系統(tǒng)性能的不利影響， 節(jié)省了微處理器系統(tǒng)資源開支在提高系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，通過(guò)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)助力特性的要求，并使控制器能夠?qū)崿F(xiàn)很好的操作手感。


圖1全硬件伺服助力轉(zhuǎn)向控制器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)圖3輸入扭矩處理電路； 圖4頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路； 圖5乘法器電路圖； 圖6加減法電路； 圖7反饋電流檢測(cè)電路； 圖8比例積分微分電路； 圖9基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于模擬電路的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器，其組成結(jié)構(gòu)包括電源產(chǎn)生電路A、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路B、比較器C、雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊D、反饋電流檢測(cè)電路E、所述信號(hào)處理電路F (包括輸入扭矩信號(hào)處理電路F-I，頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路F-2，乘法器電路 F-3，加減法電路F-4，比例積分微分電路F-5)。電源產(chǎn)生電路A產(chǎn)生整個(gè)控制器需要的12V、+5V、+2. 5V電壓，信號(hào)處理電路F將控制器的輸入信號(hào)包括(車速信號(hào)，輸入扭矩信號(hào))與反饋電流檢測(cè)電路E得到的電機(jī)的反饋信號(hào)通過(guò)處理，輸出調(diào)節(jié)電壓至比較器C中；比較器C將此電壓與基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路B輸出的三角波信號(hào)進(jìn)行比較輸出，將得到的PWM信號(hào)輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊D，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。
電源由車上+12V的車載蓄電池提供。電源產(chǎn)生電路A產(chǎn)生整個(gè)控制器需要的12V、 +5V、+2. 5V電壓，此部分用到TLE6215和TLE4278這兩個(gè)芯片，并通過(guò)相應(yīng)的電源驅(qū)動(dòng)電路， 將車載蓄電池的+12V電壓，轉(zhuǎn)化為控制器各個(gè)模塊需要用到的+12V，+5V和+2. 5V三種不同的電壓，并提供給基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路B，反饋電流檢測(cè)電路E和信號(hào)處理電路F使用；
本發(fā)明中，信號(hào)處理電路F代替微處理器的功能，其實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。其中，輸入扭矩信號(hào)處理電路F-I將輸入扭矩做差分放大計(jì)算，得到輸入扭矩對(duì)應(yīng)的電壓值。頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路F-2將車速信號(hào)由頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。乘法器電路F-3通過(guò)用FET和運(yùn)放組合實(shí)現(xiàn)的乘法器完成扭矩信號(hào)和車速信號(hào)的乘法計(jì)算。加減法電路F-4 將扭矩信號(hào)和車速信號(hào)以及兩者乘積做加減法計(jì)算處理，最后做將值以電壓量輸出到比例積分微分電路F-5。比例積分微分電路F-5講電機(jī)反饋信號(hào)及加減法電路F-4的輸出信號(hào)作差值輸出，起到調(diào)節(jié)電壓的作用，并將結(jié)果輸出。輸入扭矩信號(hào)處理電路F-I中，方向盤輸入扭矩由傳感器測(cè)得對(duì)應(yīng)電壓Tl、T2，該信號(hào)經(jīng)輸入扭矩信號(hào)處理電路計(jì)算，得到相應(yīng)的扭矩信號(hào) Vt0此部分電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，輸入信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器A，得到的扭矩信號(hào)為
權(quán)利要求
1. 一種全硬件伺服助力轉(zhuǎn)向控制器，其特征是包括電源產(chǎn)生電路(A、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路(B)、比較器(C)、雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(D)、反饋電流檢測(cè)電路(E)、信號(hào)處理電路(F)； 電源產(chǎn)生電路(A)產(chǎn)生整個(gè)控制器需要的12V、+5V、+2. 5V電壓，并給基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路(B)、反饋電流檢測(cè)電路(E)、信號(hào)處理電路(F)這三個(gè)電路模塊供電；基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路(B)產(chǎn)生基準(zhǔn)三角波信號(hào)，與信號(hào)處理電路(F)產(chǎn)生的電壓信號(hào)在比較器(C)中進(jìn)行比較輸出；產(chǎn)生的HVM再經(jīng)由雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊⑶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，產(chǎn)生助力；反饋電流檢測(cè)電路(E) 通過(guò)采樣電阻，檢測(cè)電機(jī)回路中的電流，并經(jīng)過(guò)處理輸出反饋電壓到信號(hào)處理電路(F)中， 用作閉環(huán)控制；信號(hào)處理電路(F)代替微處理器功能，信號(hào)處理電路(F)將輸入扭矩信號(hào)、 車速信號(hào)和反饋電流檢測(cè)電路(E)的輸出結(jié)果做處理和計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)輸入到比較器(C)中；所述信號(hào)處理電路(F)包括輸入扭矩信號(hào)處理電路(F-I)，頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路 (F-2)，乘法器電路(F-3)，加減法電路(F-4)，比例積分微分電路(F-5)；其中，輸入扭矩信號(hào)處理電路(F-I)將輸入扭矩信號(hào)做差分放大計(jì)算，得到輸入扭矩信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值；頻率信號(hào)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)電路(F-幻將車速信號(hào)由頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；乘法器電路 (F-3)通過(guò)用FET和運(yùn)放組合實(shí)現(xiàn)的乘法器完成扭矩信號(hào)和車速信號(hào)的乘法計(jì)算；加減法電路(F-4)將扭矩信號(hào)和車速信號(hào)以及兩者乘積做加減法計(jì)算處理，最后做將值以電壓量輸出到比例積分微分電路(F-5)；比例積分微分電路(F-5)將電機(jī)反饋信號(hào)及加減法電路 (F-4)的輸出信號(hào)作差值輸出，起到調(diào)節(jié)電壓的作用，并將結(jié)果輸出到比較器(C)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全硬件伺服助力轉(zhuǎn)向控制器。包括12V、+5V、+2.5V產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、比較器、雙極電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、反饋電流檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路。電壓生成電路產(chǎn)生整個(gè)控制器需要的12V、+5V、+2.5V電壓，并提供給各個(gè)電路模塊；信號(hào)處理電路，將控制器的輸入信號(hào)和電機(jī)反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)電路處理，得到所需要的量，輸出信號(hào)至比較器中，比較器將此信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的三角波信號(hào)進(jìn)行比較輸出，將得到的PWM信號(hào)，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊達(dá)到控制電機(jī)的目的。信號(hào)處理電路采用多種組合，達(dá)到車速對(duì)助力特性進(jìn)行修正的目的。本發(fā)明能夠快速響應(yīng)，不受處理器計(jì)算速度所限。
文檔編號(hào)B62D119/00GK102556152SQ20121001497
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者馮元, 凌鑫晨, 劉若飛, 吳鋒, 姚棟偉, 胡安慶, 謝煌 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)