[发明专利]自校准电流反馈的设备和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及控制系统，具体地涉及一种在控制系统中自校准电流反馈信号及后续指令信号的设备及方法。

背景技术

汽车正变得越来越复杂，特别是各种车载系统的电子控制器。这些系统中的多个的机电接口均包括一个用来移动机械装置的线圈，如阀衔铁(valve armature)，其中衔铁的位移是流过阀门的电流的函数。一些例子还包括在防抱制动系统、牵引控制系统和车辆稳定性控制系统中控制车辆制动器的电磁阀，在主动悬挂系统中控制扭杆的电磁阀和在电动液压转向系统中控制转向助力的线圈。另外，在许多汽车子系统中，用可变电流来驱动螺线管、DC电动机和其它感测负载。而且，线性螺线管的位置和DC电动机的扭矩与电流驱动力直接相关，这就需要准确的电流测量以精确地定位。

图1示出了一种典型的现有技术中的车辆控制系统10，其利用开关12控制通过负载14的电流。如图1所示，负载14连接在开关12的第一侧和电源V+之间。开关12的第二侧接地，这样若开关发生故障，则可以为电源提供短路保护。同样如图1所示，控制器16与开关12连接，以接通及断开开关。典型地，控制器16包括微处理器，其带有存储有运算算法的存储器。通常，控制器16还与一个或多个监控车辆运行参数的感测器连接。微处理器根据运算算法响应于感测器信号而选择性地接通及断开开关12，以使负载14启动及停止。

如上所述，负载14通常是线圈20，如图2所示。另外，开关12通常是半导体器件，例如场效应晶体管(FET)22，其包括与线圈20一端连接的漏极和接地的源极。另外，线圈20的另一端连接到电源V+。通常，FET 22的栅极与电子控制单元(ECU)24的控制端口连接，该电子控制单元24充当上述的控制器16。典型地，ECU控制端口在地电势时为“低”，或者在固定电压(如5伏)时为“高”。当控制端口为低时，FET22处于非导通状态，并且阻止电流通过线圈20，而当控制端口为高时，FET处于导通状态，允许可能的高电流通过线圈。

为了提供对系统的闭环控制，需要系统反馈。对于图2所示的负载20，需要通过线圈的实际电流的反馈，以确定控制正在实现所需的电流。在高电流电路中提供电流反馈的器件通常称为分流器(current shunts)，其可以是多种形式的，包括金属杆、电阻或者半导体器件。分阻器(resistive shunts)(未示出)应当连接在电感性负载20与开关22之间。然后通过测量分流器两端的电压差并应用欧姆定律将电压转换成电流，来测量电流。这是测量通过电磁线圈或者DC电动机的电流的常用方法。使用这种器件的缺点是昂贵、需要大量的空间并且需要散发由流经电流产生的任何热量的单元。

近来，已经开发出了包括提供电流反馈信号的内电路的便宜的集成FET片。该特性通常被称作“诊断反馈”、“电流感测输出”或者“镜相FET”。这种集成FET在下文中被称为“反馈FET”。图3中示出了反馈FET 32，在图3中，与图2所示的元件类似的元件具有相同的附图标记。在图3中，如果反馈FET 32处于导通状态，则在FET的电流反馈端34处产生一个电压，该电压与在FET 32的漏极和源极之间流过的电流成比例。电流反馈端34通过电流反馈线36连接到ECU 24上对应的电流反馈端口38。

如上所述，反馈FET不是唯一的实现线圈的电流反馈的器件；但是，自此往后在说明书和权利要求书中将主要利用反馈FET器件来进行讨论。

在一些应用中，多个负载是从单个FET供电的，但是受控于单独的控制FET，多个控制FET之一与各负载相关联。例如，当用多个电磁线圈控制车辆电动制动系统(例如，防抱制动系统、牵引控制系统和/或车辆稳定性控制系统)中的液压施加时可能发生这种情况。其它的应用可以包括在引擎控制系统中控制多个喷油嘴以及在主动悬挂系统和电动助力转向系统中控制电磁阀。

图4所示的是典型的多负载控制的应用，其中与前述附图中的元件类似的元件具有同样的附图标记。如图4所示，多个负载(示出为线圈L₁到L_n)中的每一个的高端各自连接到反馈FET 32的源极上。反馈FET的漏极与电源V+连接，而反馈FET的栅极与ECU 24连接。反馈FET