精密電流測量增強了電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

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

EPS是一種機電動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它用電子控制的馬達代替原來的水壓助力轉(zhuǎn)向裝置。EPS系統(tǒng)在發(fā)動機艙內(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。在小型車輛中，馬達是通過齒輪箱連接到轉(zhuǎn)向柱的，而在中型汽車內(nèi)，馬達利用凸緣架斜向或縱向安裝在齒輪架上，并通過齒輪箱作業(yè)。當(dāng)司機轉(zhuǎn)動方向盤時，馬達就為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供動力。

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

EPS 系統(tǒng)通過根據(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提高車輛安全性。諸如速度之類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?？紤]在德國高速公路上以高速公路行駛時與在當(dāng)?shù)仉s貨店停車時轉(zhuǎn)動車輛所需的不同扭矩要求。當(dāng)不需要時，EPS 將在低速時提供比高速時更高水平的輔助。

電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由一個控制單元、眾多傳感器和一個無刷馬達組成?？刂茊卧獙ο到y(tǒng)進行控制，并提供馬達所需的信息。另外，它還從傳感器接收信息，這些傳感器主要用來測量方向角度、駕駛速度和扭矩等參數(shù)。檢測馬達位置和馬達電流的傳感器可確保馬達工作在最佳狀態(tài)。圖1為帶系統(tǒng)監(jiān)視功能的高階電子機械動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵組件。

電流測量是 EPS 系統(tǒng)中的常見要求。圖 1 是一個高級框圖，顯示了典型 EPS 實現(xiàn)的基礎(chǔ)知識。我將回顧幾種用于 EPS 的電流感應(yīng)實現(xiàn)方式以及每種方式的優(yōu)勢。

圖 1：典型的 EPS 系統(tǒng)

圖 2 顯示了 EPS 系統(tǒng)中電流檢測的四個選項：高側(cè)過流保護 (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)計人員將選擇四種電流測量選項中的哪一種。為確保車輛安全，重要的是要準(zhǔn)確監(jiān)測施加到轉(zhuǎn)向柱的扭矩并將其轉(zhuǎn)化為車輛響應(yīng)。精密電流測量確保了這種扭矩檢測的準(zhǔn)確性。

圖2 ：電路圖顯示了三相電機實施的四種潛在電流測量選項

想要實現(xiàn)最大性能的系統(tǒng)需要精確調(diào)節(jié)通過電機的電流來控制電機扭矩。直列式電機相電流是提供連續(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)相電流在為電機控制系統(tǒng)選擇合適的電流檢測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，以處理電機的感應(yīng)反沖或保護系統(tǒng)免受電池反接情況的影響。測量系統(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。