一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電流采樣電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電流采樣電路，包括：采樣單元與電流輸入端相連，對電流信號進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；延時(shí)控制單元的輸入端與采樣單元的輸出端相連，延時(shí)控制單元的控制端與電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號輸出端相連，根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制采樣單元輸入的電壓信號中的有效信號延時(shí)輸出，且屏蔽掉電壓信號中的無效信號；保持單元的輸入端與延時(shí)控制單元的輸出端相連，保持有效信號輸出且在無效信號階段將有效信號泄放輸出；放大單元的輸入端與保持單元相連，將輸入的信號進(jìn)行放大后輸出，提高了電流采樣的準(zhǔn)確性。本實(shí)用新型還公開了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其應(yīng)用了上述電流采樣電路，提高了系統(tǒng)的靈活性。
【專利說明】一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電流采樣電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電動助力【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電流采 樣電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS, Electric Power Steering)逐漸 成為主流的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)中的助力電機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn) 向操作，所以該系統(tǒng)相對于機(jī)械液壓助力系統(tǒng)和電子液壓助力系統(tǒng)來說具有節(jié)能、環(huán)保、調(diào) 整靈活、裝配方便等優(yōu)點(diǎn)。助力電機(jī)由采用電流閉環(huán)控制，電流采樣電路輸出的電流的精度 直接影響助力電機(jī)的助力效果。
[0003] 目前，電流采樣電路由分立器件組成，主要包括采樣濾波電路、保持電路和反相比 例放大電路。當(dāng)助力電機(jī)工作時(shí)電流采樣電路的采樣電阻上會流過大電流，一方面在采樣 電阻上反彈出較高電壓，另一方面極易產(chǎn)生共模信號，影響真實(shí)電流信號。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，保持電路通過增大采樣濾波電路的濾波時(shí)間常數(shù)將反彈出的較高電 壓濾掉，來保證信號的真實(shí)性。但增大濾波時(shí)間常數(shù)會對真實(shí)電流信號造成延遲，影響電機(jī) 控制動態(tài)響應(yīng)，容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向頓挫感。為克服電流信號的延遲，采樣保持電路使用反相比例 放大器對電流信號進(jìn)行放大，雖然可以達(dá)到放大目的，對共模信號沒有抑制作用。為抑制共 模信號，使用軟件標(biāo)定反向比例放大器的放大倍數(shù)，但軟件標(biāo)定過程非常復(fù)雜，標(biāo)定不合理 會造成電機(jī)出力過大或過小，從而使駕駛員感覺轉(zhuǎn)向過輕或轉(zhuǎn)向吃力，影響駕駛操控性。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電流采樣電路，以提高電流采 樣的精度，改善電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操控性。
[0006] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，包括：采樣單 元、延時(shí)控制單元、保持單元和放大單元；其中，
[0007] 所述采樣單元與電流輸入端相連，用于對電流信號進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換為電壓信 號；
[0008] 所述延時(shí)控制單元的輸入端與所述采樣單元的輸出端相連，所述延時(shí)控制單元的 控制端與電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號輸出端相連，用于根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制信號控制所述 采樣單元輸入的電壓信號中的有效信號延時(shí)輸出，且屏蔽掉所述電壓信號中的無效信號； [0009] 所述保持單元的輸入端與所述延時(shí)控制單元的輸出端相連，用于保持所述有效信 號輸出，且在無效信號階段將所述有效信號泄放輸出；
[0010] 所述放大單元的輸入端與所述保持單元相連，用于將輸入的信號進(jìn)行放大后輸 出。
[0011] 優(yōu)選地，所述放大單元為差分放大單元，用于將輸入的信號進(jìn)行差分放大后輸出。
[0012] 優(yōu)選地，所述差分放大單元包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和運(yùn)算 放大器；
[0013] 所述第一電阻和所述第三電阻并聯(lián)接入所述保持單元的輸出端；
[0014] 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接所述第一電阻的一端，且通過所述第二電阻接 地；
[0015] 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接所述第三電阻和所述第四電阻的一端，且通過 所述第四電阻的另一端連接至所述運(yùn)算放大器的輸出端。
[0016] 優(yōu)選地，所述延時(shí)控制單元包括：采樣開關(guān)管、第一開關(guān)管驅(qū)動電阻、第二開關(guān)管 驅(qū)動電阻、延遲電容、延遲電阻和延時(shí)控制驅(qū)動管；
[0017] 所述采樣開關(guān)管通過輸入端和輸出端串接在采樣單元和保持單元之間，所述采樣 開關(guān)管的控制端通過第一開關(guān)管驅(qū)動電阻接12V電源，且通過第二開關(guān)管驅(qū)動電阻和延時(shí) 控制驅(qū)動管接地；
[0018] 所述延時(shí)控制驅(qū)動管的控制端接地；
[0019] 所述延時(shí)控制驅(qū)動管的輸入端通過延時(shí)電阻連接電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號，且通 過延時(shí)電容接地。
[0020] 優(yōu)選地，所述保持單元包括：泄放電阻，和與所述泄放電阻并聯(lián)的保持電容。
[0021] 優(yōu)選地，所述采樣單元包括：采樣電阻。
[0022] 優(yōu)選地，所述采樣開關(guān)管和所述延時(shí)控制驅(qū)動管為NPN型三極管。
[0023] 本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電流采樣電路和電機(jī)驅(qū) 動電路；
[0024] 所述電流采樣電路采用本實(shí)用新型任意實(shí)施例所提供的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電 流采樣電路；
[0025] 所述電機(jī)驅(qū)動電路至少包括脈沖寬度調(diào)制信號控制電路，用于控制電機(jī)，且將所 述脈沖寬度調(diào)制信號的輸出端連接所述電流采樣電路。
[0026] 本實(shí)用新型實(shí)施例通過一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電流采樣電路，相對于現(xiàn)有技 術(shù)中的電流采樣電路，去除濾波電路，消除了濾波電容對電流采樣造成的延遲；增加了延遲 控制單元，消除無效反彈電壓信號。進(jìn)一步的，還通過使用差分放大單元消除共模電壓，提 高了電流采樣的準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0028] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是，此處 所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說 明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0030] 實(shí)施例一
[0031] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0032] 為提高電流采樣的準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電 流采樣電路，如圖1所示，包括：采樣單元100、延時(shí)控制單元101、保持單元102和放大單元 103。
[0033] 其中，采樣單元100與電流輸入端相連，用于對電流信號進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換為電壓 信號；延時(shí)控制單元101的輸入端與采樣單元100的輸出端相連，延時(shí)控制單元101的控制 端與電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號輸出端相連，用于根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制采樣單 元100輸入的電壓信號中的有效信號延時(shí)輸出，且屏蔽掉電壓信號中的無效信號；保持單 元102的輸入端與延時(shí)控制單元101的輸出端相連，用于保持有效信號輸出，且在無效信號 階段將有效信號泄放輸出；放大單元103的輸入端與保持單元102相連，用于將輸入的信號 進(jìn)行放大后輸出。
[0034] 在本實(shí)施例的技術(shù)方案中，PWM信號可作為采樣單元的控制開關(guān)，控制采樣開關(guān)開 通時(shí)刻，以便將采樣信號中的無效信號屏蔽掉，保證有效信號順利進(jìn)入保持單元。可以控制 調(diào)節(jié)延遲時(shí)間，使得根據(jù)PWM信號屏蔽無效信號的時(shí)刻與反彈電壓持續(xù)時(shí)間相匹配，便可 以有效濾除無效信號，保證采樣的準(zhǔn)確性。
[0035] 通過本實(shí)用新型實(shí)施例一公開的一種電流采樣電路，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的電流采 樣電路，去除濾波電路，消除了濾波電容對電流采樣造成的延遲；增加了延遲控制單元，消 除無效反彈電壓信號。
[0036] 在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述放大單元優(yōu)選為差分放大單元，用于將輸入的信號 進(jìn)行差分放大后輸出。采用差分放大單元可以消除共模電壓，提高了電流采樣的準(zhǔn)確性。
[0037] 實(shí)施例二
[0038] 本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，如圖2所示， 包括：采樣單元100、延時(shí)控制單元101、保持單元102和放大單元103。
[0039] 具體的，采樣單元100包括：采樣電阻R1。采樣電阻R1對電流信號進(jìn)行采樣，并 轉(zhuǎn)換為電壓信號。
[0040] 延時(shí)控制單元101包括：采樣開關(guān)管Q1、第一開關(guān)管驅(qū)動電阻R7、第二開關(guān)管驅(qū)動 電阻R8、延遲電容C2、延遲電阻R9和延時(shí)控制驅(qū)動管Q2 ;采樣開關(guān)管Q1通過輸入端和輸 出端串接在采樣單元1〇〇和保持單元102之間，采樣開關(guān)管Q1的控制端通過第一開關(guān)管驅(qū) 動電阻R7接12V電源，且通過第二開關(guān)管驅(qū)動電阻R8和延時(shí)控制驅(qū)動管Q2接地；延時(shí)控 制驅(qū)動管Q2的控制端接地；延時(shí)控制驅(qū)動管Q2的輸入端通過延時(shí)電阻連接電機(jī)的脈沖寬 度調(diào)制信號，且通過延時(shí)電容C2接地。
[0041] 需要進(jìn)行說明的，當(dāng)采樣電阻R1采樣的電流信號發(fā)生突變時(shí)，在采樣電阻R1上反 彈的無效電壓信號，開啟采樣開關(guān)管Q1屏蔽該無效電壓信號；當(dāng)采樣電阻R1采樣的電流 信號未發(fā)生突變時(shí)，閉合采樣開關(guān)管Q1，保證有效信號順利進(jìn)入保持單元102。并且根據(jù)反 彈電壓持續(xù)時(shí)間，調(diào)節(jié)延遲電阻R9或延遲電容C2參數(shù)調(diào)節(jié)延遲采樣時(shí)間，避免采樣無效信 號，保證采樣電流的準(zhǔn)確性。
[0042] 保持單元102包括：泄放電阻R2,和與泄放電阻R2并聯(lián)的保持電容C1。
[0043] 需要進(jìn)行說明的是，有效信號進(jìn)入保持單元102后保持在電容C1上，當(dāng)采樣電阻 R1上無電流時(shí)，采樣開關(guān)管Q1關(guān)斷，保持的有效信號通過泄放電阻R2泄放，還原電機(jī)續(xù)流 時(shí)電流下降過程，還原了電機(jī)工作時(shí)實(shí)際電流，保證了電流采樣的實(shí)時(shí)性。
[0044] 放大單元103為差分放大單元，用于將輸入的信號進(jìn)行差分放大后輸出。在本實(shí) 用新型實(shí)施例二中，差分放大單元包括：第一電阻R3、第二電阻R4、第三電阻R5、第四電阻 R6和運(yùn)算放大器U1 ;第一電阻R3和第三電阻R5并聯(lián)接入保持單元102的輸出端；運(yùn)算放 大器U1的同相輸入端連接第一電阻R3的一端，且通過第二電阻R4接地；運(yùn)算放大器U1的 反相輸入端連接第三電阻R5和第四電阻R6的一端，且通過第四電阻R6的另一端連接至運(yùn) 算放大器U1的輸出端。
[0045] 需要進(jìn)行說明的是，差分放大單元可以有效地屏蔽采樣電阻上的共模信號，并實(shí) 現(xiàn)對有效信號差分放大，從而可以避免采樣電阻上由于地漂或其他原因引入的無效信號干 擾，保證采樣信號的真實(shí)性。
[0046] 在本實(shí)用新型實(shí)施例二中，采樣開關(guān)管Q1和延時(shí)控制驅(qū)動管Q2可以是NPN型三 極管。
[0047] 通過本實(shí)用新型實(shí)施例二公開的一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，延遲控 制單元消除了無效反彈電壓信號；保持單元采用還原了電機(jī)工作時(shí)實(shí)際電流，保證了電流 采樣的實(shí)時(shí)性，差分放大單元消除了共模電壓，提高了電流采樣的準(zhǔn)確性。本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解，上述各個(gè)單元的具體電路結(jié)構(gòu)并不限于圖2所示，還可以采用其他器件構(gòu)成，能 夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)單元的功能即可。
[0048] 本實(shí)用新型還公開了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電流采樣電路和電機(jī)驅(qū)動電 路，其中，電流采樣電路為本實(shí)用新型任意實(shí)施例公開的電流采樣電路；
[0049] 電機(jī)驅(qū)動電路至少包括脈沖寬度調(diào)制信號控制電路，用于控制電機(jī)，且將脈沖寬 度調(diào)制信號的輸出端連接電流采樣電路。
[0050] 本實(shí)用新型公開的一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于電流采樣電路消除了無效反彈電 壓信號和共模信號，電流采樣的準(zhǔn)確性提高，從而提高了電極的控制精度，使得電動助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)更加靈活，提高駕駛員手感舒適度。
[0051] 值得注意的是，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以理解，本實(shí)用新型不限于這里的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行 各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上 實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例，在 不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍 由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1. 一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于，包括：采樣單元、延時(shí)控制單 元、保持單元和放大單元；其中， 所述采樣單元與電流輸入端相連，用于對電流信號進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換為電壓信號； 所述延時(shí)控制單元的輸入端與所述采樣單元的輸出端相連，所述延時(shí)控制單元的控制 端與電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號輸出端相連，用于根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制信號控制所述采樣 單元輸入的電壓信號中的有效信號延時(shí)輸出，且屏蔽掉所述電壓信號中的無效信號； 所述保持單元的輸入端與所述延時(shí)控制單元的輸出端相連，用于保持所述有效信號輸 出，且在無效信號階段將所述有效信號泄放輸出； 所述放大單元的輸入端與所述保持單元相連，用于將輸入的信號進(jìn)行放大后輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于： 所述放大單元為差分放大單元，用于將輸入的信號進(jìn)行差分放大后輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于： 所述差分放大單元包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和運(yùn)算放大器； 所述第一電阻和所述第三電阻并聯(lián)接入所述保持單元的輸出端； 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接所述第一電阻的一端，且通過所述第二電阻接地； 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第三電阻和所述第四電阻的一端，且通過所述第四 電阻的另一端連接至所述運(yùn)算放大器的輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流米樣電路，其特征在于： 所述延時(shí)控制單元包括：采樣開關(guān)管、第一開關(guān)管驅(qū)動電阻、第二開關(guān)管驅(qū)動電阻、延 遲電容、延遲電阻和延時(shí)控制驅(qū)動管； 所述采樣開關(guān)管通過輸入端和輸出端串接在采樣單元和保持單元之間，所述采樣開關(guān) 管的控制端通過第一開關(guān)管驅(qū)動電阻接12V電源，且通過第二開關(guān)管驅(qū)動電阻和延時(shí)控制 驅(qū)動管接地； 所述延時(shí)控制驅(qū)動管的控制端接地； 所述延時(shí)控制驅(qū)動管的輸入端通過延時(shí)電阻連接電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號，且通過延 時(shí)電容接地。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于： 所述保持單元包括：泄放電阻，和與所述泄放電阻并聯(lián)的保持電容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于，所述采樣 單元包括：采樣電阻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路，其特征在于，所述采樣 開關(guān)管和所述延時(shí)控制驅(qū)動管為NPN型三極管。
8. -種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電流米樣電路和電機(jī)驅(qū)動電路，其特征在于： 所述電流采樣電路采用權(quán)利要求1-7任一所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流采樣電路； 所述電機(jī)驅(qū)動電路至少包括脈沖寬度調(diào)制信號控制電路，用于控制電機(jī)，且將所述脈 沖寬度調(diào)制信號的輸出端連接所述電流采樣電路。
【文檔編號】G01R19/00GK203909127SQ201420351351
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】張鐵寧 申請人:北京經(jīng)緯恒潤科技有限公司