精密電流測(cè)量增強(qiáng)了電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

隨著車(chē)輛變得更加電氣化——不僅僅是電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，甚至是老式汽油/柴油動(dòng)力機(jī)器——準(zhǔn)確監(jiān)控電流消耗以確保性能和長(zhǎng)期可靠性變得越來(lái)越重要。這變得至關(guān)重要的一個(gè)領(lǐng)域是電子助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 系統(tǒng)。

EPS是一種機(jī)電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它用電子控制的馬達(dá)代替原來(lái)的水壓助力轉(zhuǎn)向裝置。EPS系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)占用更少的空間，更容易組裝，而且能夠節(jié)省燃油消耗。另外它在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不再使用有毒的液壓油。在小型車(chē)輛中，馬達(dá)是通過(guò)齒輪箱連接到轉(zhuǎn)向柱的，而在中型汽車(chē)內(nèi)，馬達(dá)利用凸緣架斜向或縱向安裝在齒輪架上，并通過(guò)齒輪箱作業(yè)。當(dāng)司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，馬達(dá)就為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供動(dòng)力。

電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源不同又可分為液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(液壓式EPS)和電子式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(電動(dòng)式EPS )。液壓式EPS是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、車(chē)速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車(chē)速信號(hào)，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時(shí)轉(zhuǎn)向助力的要求。電動(dòng)式EPS是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車(chē)速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向。電動(dòng)機(jī)的扭矩由電磁離合器通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增加扭矩后，加在汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。為了滿足現(xiàn)代汽車(chē)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求。

EPS 系統(tǒng)通過(guò)根據(jù)駕駛員需求調(diào)整可變轉(zhuǎn)向比、最大限度地減少傳動(dòng)系統(tǒng)干擾以及在安全關(guān)鍵情況下可能修改施加的扭矩來(lái)提高車(chē)輛安全性。諸如速度之類(lèi)的駕駛條件可以確定所需的扭矩水平，并有助于優(yōu)化不同駕駛情況的性能。考慮在德國(guó)高速公路上以高速公路行駛時(shí)與在當(dāng)?shù)仉s貨店停車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輛所需的不同扭矩要求。當(dāng)不需要時(shí)，EPS 將在低速時(shí)提供比高速時(shí)更高水平的輔助。

電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由一個(gè)控制單元、眾多傳感器和一個(gè)無(wú)刷馬達(dá)組成。控制單元對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，并提供馬達(dá)所需的信息。另外，它還從傳感器接收信息，這些傳感器主要用來(lái)測(cè)量方向角度、駕駛速度和扭矩等參數(shù)。檢測(cè)馬達(dá)位置和馬達(dá)電流的傳感器可確保馬達(dá)工作在最佳狀態(tài)。圖1為帶系統(tǒng)監(jiān)視功能的高階電子機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵組件。

電流測(cè)量是 EPS 系統(tǒng)中的常見(jiàn)要求。圖 1 是一個(gè)高級(jí)框圖，顯示了典型 EPS 實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)知識(shí)。我將回顧幾種用于 EPS 的電流感應(yīng)實(shí)現(xiàn)方式以及每種方式的優(yōu)勢(shì)。

圖 1：典型的 EPS 系統(tǒng)

圖 2 顯示了 EPS 系統(tǒng)中電流檢測(cè)的四個(gè)選項(xiàng)：高側(cè)過(guò)流保護(hù) (OCP)、低側(cè) OCP、低側(cè)相電流和串聯(lián)相電流。系統(tǒng)的需求將決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將選擇四種電流測(cè)量選項(xiàng)中的哪一種。為確保車(chē)輛安全，重要的是要準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)施加到轉(zhuǎn)向柱的扭矩并將其轉(zhuǎn)化為車(chē)輛響應(yīng)。精密電流測(cè)量確保了這種扭矩檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖2 ：電路圖顯示了三相電機(jī)實(shí)施的四種潛在電流測(cè)量選項(xiàng)

想要實(shí)現(xiàn)最大性能的系統(tǒng)需要精確調(diào)節(jié)通過(guò)電機(jī)的電流來(lái)控制電機(jī)扭矩。直列式電機(jī)相電流是提供連續(xù)相電流以及提供最準(zhǔn)確的相電流表示的唯一方法。然而，精確地重建這種串聯(lián)相電流在為電機(jī)控制系統(tǒng)選擇合適的電流檢測(cè)放大器方面提出了挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括需要確定支持負(fù)共模電壓范圍的放大器，以處理電機(jī)的感應(yīng)反沖或保護(hù)系統(tǒng)免受電池反接情況的影響。測(cè)量系統(tǒng)輸入端的共模電壓可能高于普通放大器所能支持的電壓，并且具有高 dV/dT 脈寬調(diào)制 (PWM) 特性。