[发明专利]电动伺服助力转向控制器

说明书

技术领域

本发明涉及电动伺服助力转向系统控制器，适用于转向助力较小，安装了转向轴助力式电动助力转向系统的小型车辆。

背景技术

液压助力转向系统的技术比较成熟，是目前在汽车上应用最为广泛的汽车助力转向系统。但其存在不少缺点，其一，助力效果固定，无法根据车速的变化对助力特性进行调整，造成低速时轻便性与高速时稳定型之间的矛盾难以解决；其二，发动机要一直驱动液压泵运转，以保持系统的油压，导致油耗增加；其三，系统的液压油泄漏造成污染，废弃液压油难于处理等问题。环境污染的加重和能源危机的凸显，都使得对环保、节能产品的需求不断增加，而电动助力转向技术相比液压助力转向技术可以使燃油消耗率下降达到5％到10％，并且没有液压系统的液压油污染问题，很好的符合了环保节能的要求。除此之外，电动助力还可以根据不同的车速提供不同的助力水平，兼顾车辆在低速时的轻便性和高速时的稳定性。

虽然很多汽车公司都对电动助力转向系统进行了大量的研究，并且有一些产品已经开始在汽车上使用，但是由于技术上的不完善，尤其是控制器功能的欠缺，导致电动助力转向系统的优点没有得到完全的体现。

主要的问题集中体现在以下几个方面：

在助力电机驱动方式上，当前使用的电动助力转向控制器一般利用独立mos管搭建H桥，通过脉宽调制信号(PWM)对mos管打开和关闭的时机和时间进行调整来控制电机的转向和电流大小。这种采用独立的mos管搭建H桥驱动电机的方案有以下缺点：独立的mos管需要驱动电路，并且驱动高端PNP型mos管需要升压电路来提供高于电源的电压，导致整个控制电路结构复杂；由于mos管制造工艺的原因，助力电流比较小，无法提供较大的助力，限制了系统的应用。

在助力电流闭环控制方式上，当前使用的控制器大部分都采用数字控制器来完成系统的功能。即微处理器采集扭矩信号和车速信号，通过查取助力特性曲线图计算出应有的助力电机电流给定，再配合电机电流反馈信号应用数字比例积分微分控制算法，计算数字控制器输出，得到用于控制电机驱动桥的具有相应占空比的脉宽调制信号(PWM)。这种数字控制方案的缺点在于：控制器计算所需的扭矩信号通过A/D采样获得，但是A/D采样的采样精度，采样速度的限制使得控制器的控制精度比较差；微处理器根据扭矩和车速信号得到电机电流给定信号需要进行大量的计算，但是一般微处理器的计算速度不够快，使系统存在滞后明显，反应迟钝，控制效果不理想，恶劣情况下甚至发生振动；

在扭矩输入比较小时，采用电机单极驱动方案的控制器，微处理器内存储的程序会设定电流给定为0，即存在中央死区，但是由于电机的惯性，冷启动时过渡不平滑，手感差。以上这些问题都难以解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种可提供更大转向助力，控制电路简单，驾驶手感更好的电动伺服助力转向控制器。

本发明的电动伺服助力转向控制器，包括比例积分微分控制器，三角波发生电路，比较器，电机电流检测电路，电机驱动电路，微处理器和电机电流给定电路；微处理器采集车速信号与发动机转速信号，其一个控制信号输出端通过SPI总线与电机电流给定电路的一个输入端相连，另一个控制信号输出端与电机驱动电路输入端相连；电机电流给定电路的外部信号输入端接扭矩传感器输出的主扭矩信号，电机电流给定电路输出的电压信号接比例积分微分控制器的同向输入端；比例积分微分控制器的反向输入端与电机电流检测电路的输出端相连，比例积分微分控制器的输出端与比较器的同向输入端相连，比较器的反向输入端与三角波发生电路的输出端相连，比较器输出的脉宽调制信号接入电机驱动电路的控制信号输入端，电机驱动电路的电机电流检测信号输出端与电机电流检测电路的输入端相连，电机驱动电路过电流故障检测信号输出端，三角波发生电路产生的三角波信号以及外部输入的故障检测信号分别连接微处理器的故障检测端。

本发明的优点是：

1.大部分的功能都通过模拟电路来实现，避免了A/D采样精度低和微处理器运行速度慢对系统性能的不利影响；

2.不需要微处理器根据扭矩信号进行计算，大大提高了控制器的反应速度，同时又节省了微处理器的内部资源，降低了对微处理器性能的要求，有利于降低成本，并且可以使微处理器专注于系统故障诊断保护的工作，提高了系统的可靠性；

3.电机驱动所需的H桥采用专用集成芯片组建，无需驱动电路，控制电路结构简单，可靠性大大提高，并且可以获得较大的助力电流，拓展了控制器的适用范围；