自校准电流反馈的设备和方法

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1、自校准电流反馈的设备和方法专利名称：自校准电流反馈的设备和方法技术领域：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，特别是各种车栽系统的电子控制器。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圏，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、

2、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l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控制通过负栽14的电流。如图l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1

3、2,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，其包括与线圏20端 连接的漏极和接地的源极。另外，线團20的另一端连接到电源V+。通 常，FET22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，FET 22处于非导通状态，并且阻止电流通过线圏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圏。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

4、负载 20,需要通过线圏的实际电流的反馈，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栽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圏或者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

5、通常,皮称作诊断反馈、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 FET32，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FET32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不是唯一的实现线圏的电流反馈的器件；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

6、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51擎控制系统中控制多个喷油嘴以及在主动悬桂系统和电动助 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，其中与前迷附图中的元件 类似的元件具有同样的附图标记。如图4所示，多个负载(示出为线圏 到Ln )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 32还包括电流反馈端34，该电流反馈端34

7、通过电流反馈线36连接到 ECU24上对应的电流反馈端口 38。还是如图4所示，多个负载L,到Ln 中的每一个的低端连接到关联控制或驱动器，FETl到L的漏极上。各 控制FET的源极接地，而各驱动FET的栅极与ECU 24连接。在图4所示的控制电路工作期间，反馈FET32处于导通状态，来为 各负载k到U供电。然后，通过有选择地使对应的驱动FET 1到Tn 处于导通状态而各自地给各负载供能。通常， 一次只启动一个负载，在 这种情况下，反馈FET32感测的电流将与负载电流相同。因此，使用单 个反馈FET 32就可以监测多个负载，从而使元件成本最小。尽管使用反馈FET 32能够为ECU 24提供有用

8、的反馈信息，但是特 殊的应用可能需要高精度的信息。遗憾的是，这些器件中内置的放大器 并不能提供针对特殊应用所需的精度。因此，提供一种具有自校准能力 的反馈FET是很有用的。发明内容本发明涉及一种自校准电流反馈信号并且利用该反馈来增强对电流 的控制的设备及方法。最终，使得能够使用便宜的但是精度不高的高功 率装置，同时保持通过便宜的低电流装置的精确反馈。本发明提供一种自校准控制电路，其包括与电流感测装置串联连接 的负载。该电路还包括具有已知特性的高精度负栽装置，该装置有选择 地跨所述负栽连接。该电路还包括与电流感测装置和高精度负栽相连接 的校准装置。该校准装置可操作为监测与所述负载连接的电源的输出

9、电 压，并测量在高精度负载装置未跨所述负栽连接时流过该负栽的第 一 负 载电流。该校准装置还可操作为将所述高精度负载装置跨所述负栽连接， 并且测量流过该负载的第二负载电流。该校准装置还可操作为将实际的 负载电流确定为第一和第二负栽电流、高精度负栽装置的已知特性以及电源电压的函数。本发明还提供一种校准负载电流的方法，该方法包括提供高精度 负载装置，该装置可以有选择地跨负载连接；并且测量在所述高精度负 载装置未跨所述负载连接时的第一负载电流。然后，该方法将该高精度 负载装置跨所述负载连接，并且将流过该高精度负载装置的期望校准电 流确定为所述高精度负载装置的已知特性和电连接至所述负载的电源的 电压的

10、函数。该方法还测量在高精度负载装置跨所述负载连接时的第二 负栽电流。当将实际负栽电流确定为第一和第二负载电流以及期望校准 电流的函数时，该方法结束。本发明还构想了通过以第一负载电流与实际负载电流的比值来标定 假定负栽阻抗而确定真实负载阻抗。本发明还构想了将控制系统中的至 少一个控制指令确定为如通过前述的标定步骤确定的真实负载阻抗的函 数。通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，本领域技术人员能更 清楚本发明的各种目的和优点。图l是典型的现有技术的控制电路的示意图。图2是图1所示的现有技术控制电路的一个实施例的示意图，其使 用场效应晶体管作为电开关。图3是图1所示的现有技术控制电路的替换实施例的

11、示意图，其使 用带有电流反馈的增强场效应晶体管作为电开关。图4是图3所示的现有技术控制电路的替换实施例的示意图。图5是根据本发明的控制电路的示意图。图6是描述图5所示的电路的工作的流程图。图7是描述负载电流和反馈FET产生的电流反馈信号之间的关系的 曲线图。图8是图5所示的电路的替换实施例的示意图。图9是图5所示的电路的另一替换实施例的示意图。具体实施方式现在参考附图，图5例示了根据本发明的控制电路的示意图。图5 中所示的与图4中示出的元件类似的元件具有相同的附图标记。从而， 多个负载(示出为线圏In到Ln)与电流感测装置32的输出端连接，在 优选实施例中，该输出端馈FET的源极，如图5所示。

12、应当理解， 除了图中所示的反馈FET,本发明还可以实现为其它电流感测装置。反 馈FET 32的漏极或电流感测装置的输入端与电源V +连接，而FET的 栅极与ECU 24连接。反馈FET的电流反馈端34通过线36与ECU 24 上的电流反馈端口 38连接。对于电流感测装置，类似的输出端(未示出) 将与ECU电流反馈端口 38连接。各负载L,到U的低端各自与关联驱 动FET 1到Tn的漏极连接。各驱动FET的源极接地，而各驱动FET 的栅极与ECU24连接。因此，ECU可操作为利用反馈FET 32向负载 供电，并且通过将与特定负载关联的驱动FET切换到其导通状态而有选 择地启动一个或多个负载。应当

13、理解，虽然本说明书涉及电路的元件与 ECU 24连接，但是通常也可以用内置于ECU中的孩i处理器(未示出) 来控制对电路的控制。因此，通过微处理器直接地或间接地连接并操作 各种电子元件。微处理器根据存储的控制算法工作。本发明构想了增加一个与负载L到并联的精度校准电阻器40。 如图5所示，校准电阻器40具有与负载U到U的高侧连接的第一端及 与开关连接的第二端，在优选实施例中，该开关是校准FET42，如图5 所示。因此，该较准电阻器40的第二端连接到较准FET 42的漏级。校 准FET 42的源极接地，而FET的栅极44通过线46与ECU 24上的校 准控制端口 48连接。ECU 24中的微处理器

14、可操作为通过分别在导通和 非导通状态之间切换校准FET 42，来有选择地将校准电阻器40插入或 者移出负载。另外，通过电压感测线50将电源V +连接到ECU24上的 电压感测端口 52。现在描述图5所示的电路的工作。当校准FET42被切换到其导通模 式时，负载抽取的并且由电流感测装置32测量到的电流会增加一单独贡 献于校准电阻器40的校准电流lR的可测量的量。由于校准电阻器40两 端的电压约等于如在电压感测端口 52处感测到的电源V+的电压V，并且精密电阻器40的电阻值R是已知的，所以通过ECU24可以确定精密 电阻器40抽取的校准电流Ir如下/ J/ (1)本发明构想了利用校准电流In标定由

15、电源V +提供的如由反馈FET 32感测或者测量的源电流Is，以确定负栽电流IL的真实值。应当理解， 由于负载与电源串联连接，所以感测的源电流也是感测的负栽电流，因 此在下述的说明中，通过电流感测装置流到负载的电流可用这两种术语 来指代。类似地，根据特定的电流感测装置，电流可以被感测或测量， 并且在下面的描述中可以用感测或测量来描述确定流向负载的电流的过程。本发明构想了用 一个比例校准系数k将校准电流IR与在校准电阻器 40跨和不跨负载连接时由反馈FET 32所感测或测量到的源电流之差关 来。比例校准系数k通过下面的关系式与感测的源电流相关联formula see original docum

16、ent page 11其中Isoff是当校准FET 42处于非导通状态时由反馈FET 32感测到的第 一电流，而Isow是当校准FET42处于导通状态时由反馈FET32感测到 的第二电流。上述公式也可以用来求解比例校准系数k如下V(八。w-Z服)。 (2) 而且，通过同一比例校准系数k也能将实际负载电流Il与当校准FET 42处于非导通状态时由反馈FET 32感测到的电流ISOFF关来，如下面公式所示上面的公式可以直接用来计算实际负载电流值IL。但是，通过将如 由IR与第二和第 一感测电流的差(ISON - ISOFF)之比确定的比例系数(如上面的公式(1)所述)代入上面的公式(3)中，则根据检测到的电流 的函数计算实际负载电流IL的第二个可替代的公式如下其中，Ik是根据上述式(1)所示的由精密电阻器40的已知的电阻值和、formula see original document page 11测量的电源电压v确定的，并且Ison和IsoM分別是当校准FET 42处于导通和非导通状态时反馈 FET 32感测