精密电流测量增强了电子动力转向系统

随着车辆变得更加电气化——不仅仅是电动汽车或混合动力电动汽车，甚至是老式汽油/柴油动力机器——准确监控电流消耗以确保性能和长期可靠性变得越来越重要。这变得至关重要的一个领域是电子助力转向 (EPS) 系统。

EPS是一种机电动力转向系统，它用电子控制的马达代替原来的水压助力转向装置。EPS系统在发动机舱内占用更少的空间，更容易组装，而且能够节省燃油消耗。另外它在转向系统中不再使用有毒的液压油。在小型车辆中，马达是通过齿轮箱连接到转向柱的，而在中型汽车内，马达利用凸缘架斜向或纵向安装在齿轮架上，并通过齿轮箱作业。当司机转动方向盘时，马达就为转向系统提供动力。

电控动力转向系统根据动力源不同又可分为液压式电控动力转向系统(液压式EPS)和电子式电控动力转向系统(电动式EPS )。液压式EPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时转向助力的要求。电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增加扭矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。为了满足现代汽车对转向系统的要求。

EPS 系统通过根据驾驶员需求调整可变转向比、最大限度地减少传动系统干扰以及在安全关键情况下可能修改施加的扭矩来提高车辆安全性。诸如速度之类的驾驶条件可以确定所需的扭矩水平，并有助于优化不同驾驶情况的性能。考虑在德国高速公路上以高速公路行驶时与在当地杂货店停车时转动车辆所需的不同扭矩要求。当不需要时，EPS 将在低速时提供比高速时更高水平的辅助。

电子动力转向系统由一个控制单元、众多传感器和一个无刷马达组成。控制单元对系统进行控制，并提供马达所需的信息。另外，它还从传感器接收信息，这些传感器主要用来测量方向角度、驾驶速度和扭矩等参数。检测马达位置和马达电流的传感器可确保马达工作在最佳状态。图1为带系统监视功能的高阶电子机械动力转向系统关键组件。

电流测量是 EPS 系统中的常见要求。图 1 是一个高级框图，显示了典型 EPS 实现的基础知识。我将回顾几种用于 EPS 的电流感应实现方式以及每种方式的优势。

图 1：典型的 EPS 系统

图 2 显示了 EPS 系统中电流检测的四个选项：高侧过流保护 (OCP)、低侧 OCP、低侧相电流和串联相电流。系统的需求将决定系统设计人员将选择四种电流测量选项中的哪一种。为确保车辆安全，重要的是要准确监测施加到转向柱的扭矩并将其转化为车辆响应。精密电流测量确保了这种扭矩检测的准确性。

图2 ：电路图显示了三相电机实施的四种潜在电流测量选项

想要实现最大性能的系统需要精确调节通过电机的电流来控制电机扭矩。直列式电机相电流是提供连续相电流以及提供最准确的相电流表示的唯一方法。然而，精确地重建这种串联相电流在为电机控制系统选择合适的电流检测放大器方面提出了挑战。这些挑战包括需要确定支持负共模电压范围的放大器，以处理电机的感应反冲或保护系统免受电池反接情况的影响。测量系统输入端的共模电压可能高于普通放大器所能支持的电压，并且具有高 dV/dT 脉宽调制 (PWM) 特性。