專利名稱：電機驅動的液壓助力轉向泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓助力轉向泵，特別是涉及一種電機驅動的液壓助力轉向泵。用于汽車上。
背景技術：
已有技術中，機械式助力轉向泵是由發動機提供動力。這種機械式助力轉向泵當隨著發動機轉速增加時，助力也相應的增大，導致汽車行駛過程中，低速時手感沉重，高速時手感發飄等情況，安全性較差，油耗較高。電動汽車由于沒有發動機，機械式助力轉向泵無法滿足；電機驅動式助力轉向泵沒有CAN總線。而目前汽車上基本都具有CAN總線，所以電機驅動式助力轉向泵難以匹配，導致故障信息不能輸出，不能及時提醒駕駛員，也不利于產品在線檢測，而且，線束過多。作為液壓助力轉向泵，無溫度補償功能是不行的。因為液壓油隨著溫度升高，性能發生變化，需要調整電機轉速進行溫度補償。如果采用的電機是有刷電機，不利于維護，壽命有限；純電動助力轉向裝置因功率較小，不能用于較重車型，存在在轉向力矩死區內無助力輸出，手感較差等問題。總之所述的機械式助力轉向泵存在安全性較差，油耗較高，不能應用于電動汽車；無CAN總線的電機驅動式轉向泵存在難以提醒報警，檢測困難；純電動助力轉向裝置存在功率小，手感較差等問題。
發明內容
本發明的目的為了克服上述已有技術中機械式助力轉向泵、電機驅動式轉向泵以及純電動助力轉向裝置存在的種種問題，提供一種能夠降低油耗，有溫度補償，可以配置成多種模式運行以及具有行車過程中實時的故障檢測及處理功能的液壓助力轉向泵。本發明為了達到上述的目的，提供一種電機驅動的液壓助力轉向泵，包括電氣接口，溫度傳感器，與電氣接口和溫度傳感器連接的電子控制單元，與電子控制單元連接的驅動電路，與驅動電路連接的電機，與電機連接的齒輪泵，齒輪泵的輸出連接到液壓回路接口上；進一步，所述電氣接口包括電源接口、點火信號輸入接口、CAN總線接口及轉向角速度信號輸入接口 ；所述點火信號輸入接口向電子控制單元輸入點火信號控制電子控制單元的啟動；所述電子控制單元通過CAN總線接口獲取汽車車速、發動機轉速以及電子控制單元通過CAN總線接口與連接在CAN總線上的具有加載軟件的上位機連接獲取加載和更新信息；所述轉向角速度信號輸入接口向電子控制單元實時提供汽車的轉向角速度信號。所述電機是無刷電機。所述驅動電路包括并聯的四個開關功率器件，采樣電路和二個霍爾傳感器。所述電子控制單元是一單片機，它包括手感圖計算模塊，溫度補償計算模塊，與手感圖計算模塊和溫度補償計算模塊共同輸出連接的轉速PI調節器，與轉速PI調節器連接的電流PI調節器。本發明的液壓助力轉向泵具有顯著的進步。
如上述本發明的結構，因為與電子控制單元連接的電氣接口包括點火信號輸入接口。因此，電子控制單元可以用點火信號啟動。所以，只要汽車起動就有點火信號使電子控制單元同步起動。這使電子控制單元啟動及時、穩定、可靠。使電子控制單元通過驅動電路能夠實時控制電機的運行，實時進行助力，降低了油耗。如上述本發明的結構，因為與電子控制單元連接的電氣接口包括CAN總線接口。電子控制單元通過該CAN總線接口不僅能夠獲取汽車的車速、發動機轉速，而且，通過CAN總線接口與連接在CAN總線上的具有加載軟件的上位機連接。因此，上位機能夠通過CAN總線由CAN總線接口對電子控制單元進行加載或更新處理。所以，本發明具有行車過程中實時的故障檢測及處理功能。如上述本發明的結構，因為與電子控制單元連接的電氣接口包括轉向角速度信號輸入接口。因此，通過該接口電子控制單元能夠實時獲取汽車運行的轉向角速度信號，以此實時調整電機的轉速。如上述本發明的結構，因為與電子控制單元連接的電氣接口包括點火信號輸入接口、CAN總線接口及轉向角速度信號輸入接口。因此，本發明具有幾種不同的條件，可以配置成多種模式運行。例如，至少可以配成三種運行模式進行助力:a、當只有點火信號時，采取電機固定轉速進行助力；b、具有點火信號及CAN總線信號(從CAN總線發來的信號)，采取電機轉速根據車速進行變化的助力；c、具有點火信號、CAN總線信號及轉向角速度信號，采取電機轉速根據車速及轉向角速度進行變化的助力。如上述本發明的結構，因為本發明中包含溫度傳感器，用來測量油溫。溫度傳感器實時將測得的油溫傳遞給電子控制單元，電子控制單元可以根據油溫的變化進行溫度補償，實時控制變化的助力。并電子控制單元內包括手感圖計算模塊，能夠根據定制手感的需求，靈活更改手感圖。如上述本發明的結構，所述電機采用無刷電機，可以減少電機維護成本，檢修方便，增長壽命。綜上所述，本發明具有結構緊湊、體積較小、重量較輕、降低油耗、溫度補償、能夠配置成多種模式運行以及能夠在行車過程中實時進行故障的檢測和處理的特點。
圖1是本發明液壓助力轉向泵一實施例的結構示意圖；圖2是本發明液壓助力轉向泵中驅動電路一實施例的結構示意圖；圖3是本發明液壓助力轉向泵中電子控制單元一實施例的內部結構示意圖；圖4是本發明液壓助力轉向泵中無刷電機轉速與車速特性曲線圖；圖5是本發明液壓助力轉向泵中無刷電機轉速與轉向角速度特性曲線圖；圖6是本發明液壓助力轉向泵中無刷電機轉速與溫度特性曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明的結構特征。如圖1所示，本發明的液壓助力轉向泵包括電氣接口 1，溫度傳感器2，與電氣接口I和溫度傳感器2連接的電子控制單元3，與電子控制單元3連接的驅動電路4，與驅動電路4連接的電機5，與電機5連接的 齒輪泵6，齒輪泵6的輸出連接到液壓回路接口 7上。進一步，所述電氣接口 I包括電源接口 11、點火信號輸入接口 12、CAN總線接口 13及轉向角速度信號輸入接口 14。所述點火信號輸入接口 12向電子控制單元3輸入點火信號控制電子控制單元3的啟動；所述電子控制單元3通過CAN總線接口 13獲取汽車車速、發動機轉速以及電子控制單元3通過CAN總線接口 13與連接在CAN總線上的具有加載軟件的上位機連接獲取加載和更新信息；所述轉向角速度信號輸入接口 14向電子控制單元3實時提供汽車的轉向角速度信號。在本實施例中，所述電機5是四相永磁無刷電機。圖2是驅動電路4 一實施例的結構示意圖。如圖2所示，在本實施例中，驅動電路4包括并聯的四個開關功率器件Kl、K2、K3、K4，采樣電路Rl、R2和二個霍爾傳感器N1、N2。如圖2所示，驅動電路4 一端是電機接口 41，另一端是控制單元接口 42。電機接口 41是驅動電路4與電機5的接口。具體是開關功率器件K1、K2、K3、K4連接于四相永磁無刷電機的繞組端。控制單元接口 42是驅動電路4與電子控制單元3的接口。在本實施例中，開關功率器件K1、K2、K3、K4是型號為BUK9E06-55A芯片。該芯片具有耐壓55V、電流達75Α，導通電阻小等特點，適合電機控制系統應用領域。霍爾傳感器N1、Ν2是型號為TL935的傳感器。用于米集電機轉子磁場信號、電機轉速信號，控制電機換向及轉速。由串聯的電阻Rl、R2構成的采樣電路為電機閉環控制提供電流信號(在本實施例中，電阻R1、R2采用I毫歐金屬電阻，精度為1% )。在本實施例中，電子控制單元3具體的結構及工作原理如圖3所示。在本實施例中，電子控制單元3是一單片機。如圖3所示，它包括手感圖計算模塊31，溫度補償計算模塊34，與手感圖計算模塊31和溫度補償計算模塊34共同輸出連接的轉速PI調節器32，與轉速PI調節器32連接的電流PI調節器33。轉速PI調節器32和電流PI調節器33分別與驅動電路4連接。在本實施例中，電子控制單元3采用具有上述結構功能的英飛凌公司提供的型號為XC164CM的單片機(單片機作為主控制器芯片)。
如圖3所示，由車速V、轉向角速度爐輸入到手感圖計算模塊31和溫度T輸入到溫度補償計算模塊34后共同確定的電機轉速η*與通過驅動電路4中霍爾傳感器(圖2示)測得的實際電機轉速η輸入到轉速PI調節器32中，計算出設定電流Γ ;設定電流Γ與驅動電路4中采樣電路(圖2示)所測得的實際電機電流I輸入到電流PI調節器33中，計算出PWM占空比，控制電機5運行，實現無刷電機轉速、電流雙閉環控制系統。通過電機的轉速和電流調節液壓油的流量及壓力，從而獲得合適的助力。如上述，電子控制單元3采用以單片機作為主控制器芯片。是汽車級產品，廣泛應用于汽車控制系統，性能優越。主頻具有40MHz，可實現高速數據運算及信號處理。包括10位精度模擬數字轉換模塊進行電源、電流、溫度等信號采集，PWM(Pulse-WidthModulation)模塊通過控制占空比調制電機相繞組端電壓，信號捕捉模塊進行電機轉子位置、霍爾傳感器信號的捕捉以及包括CAN總線模塊。能夠滿足本發明的設計需求。如上述，電子控制單元3通過CAN總線接口 13與連接在CAN總線上的具有加載軟件的上位機連接，能夠實時獲取上位機的加載或更新信息。所以本發明具有程序重新加載功能及手感圖根據客戶需求而定制的功能。如上述，本發明具有行車過程中實時故障監測及處理功能。如電子控制單元3通過CAN總線信號的報文、發送錯誤、校驗錯誤等檢測是否出現CAN總線故障，通過轉向角速度信號、PWM的周期、占空比范圍等檢測是否出現角速度信號故障，實時采樣電源電壓判斷是否欠電壓、過電壓等故障以及通過CAN總線采樣汽車系統中的溫敏電阻的阻值判斷系統是否溫度過高等。系統一旦發生故障，進入相應的故障安全模式，通過發送故障碼給整車控制單元，及時提醒駕駛員，同時使用系統中的存儲芯片將故障代碼存儲下來，以便檢測維修，具有較高的安全性。本發明根據電氣接口 I提供的信號，確定液壓助力轉向泵運行的模式。在本實施例中，至少可以確定三種運行模式:a、只有點火信號時，采取電機固定轉速進行助力；b、當有點火信號及CAN總線信號時，采取電機轉速根據車速進行變化的助力；c、當有點火信號、CAN總線信號及轉向角速度信號時，采取電機轉速根據車速及轉向角速度進行變化的助力。如上述，本發明液壓助力轉向泵中的電機是無刷電機。圖4是無刷電機轉速與車速特性曲線圖。圖4中橫坐標為車速V，縱坐標為電機轉速η。如圖4所示，在轉向角速度妒一定的情況下，電機轉速η隨著車速V的變化而變化；在V為O時，為了降低噪音，η處于一個略低的轉速，同時駕駛員不會感到手感過重；隨著V提高，η迅速提高，V在低速段保持，獲得較輕的手感；隨著V高于某一設定車速，為了防止手感發飄，提高安全性，η成比例的下降；當處于較高車速以上，電機處于最低轉速，即提供一定的助力，又具有較高安全性。數學表達式為:
權利要求
1.一種電機驅動的液壓助力轉向泵，包括電氣接口，溫度傳感器，與電氣接口和溫度傳感器連接的電子控制單元，與電子控制單元連接的驅動電路，與驅動電路連接的電機，與電機連接的齒輪泵，齒輪泵的輸出連接到液壓回路接口上；進一步，所述電氣接口包括電源接口、點火信號輸入接口、CAN總線接口及轉向角速度信號輸入接口 ；所述點火信號輸入接口向電子控制單元輸入點火信號控制電子控制單元的啟動；所述電子控制單元通過CAN總線接口獲取汽車車速、發動機轉速以及電子控制單元通過CAN總線接口與連接在CAN總線上的具有加載軟件的上位機連接獲取加載和更新信息；所述轉向角速度信號輸入接口向電子控制單元實時提供汽車的轉向角速度信號。
2.根據權利要求I所述的電機驅動的液壓助力轉向泵，其特征在于所述電機是無刷電機。
3.根據權利要求I所述的電機驅動的液壓助力轉向泵，其特征在于所述驅動電路包括并聯的四個開關功率器件，采樣電路和二個霍爾傳感器。
4.根據權利要求I所述的電機驅動的液壓助力轉向泵，其特征在于所述電子控制單元是一單片機，它包括手感圖計算模塊，溫度補償計算模塊，與手感圖計算模塊和溫度補償計算模塊共同輸出連接的轉速PI調節器，與轉速PI調節器連接的電流PI調節器。
全文摘要
一種電機驅動的液壓助力轉向泵，包括電氣接口，溫度傳感器，與電氣接口和溫度傳感器連接的電子控制單元，與電子控制單元連接的驅動電路，與驅動電路連接的電機和與電機連接的齒輪泵。所述電氣接口包括電源接口、點火信號輸入接口、CAN總線接口及轉向角速度信號輸入接口。所述點火信號輸入接口向電子控制單元輸入點火信號控制電子控制單元的啟動；所述CAN總線接口提供汽車車速、發動機轉速以及具有加載軟件的上位機發出的加載和更新信息；轉向角速度信號輸入接口實時提供汽車的轉向角速度信號。具有降低油耗、溫度補償、能夠配置成多種模式運行以及能夠在行車過程中實時進行故障的檢測和處理的特點。
文檔編號B62D5/06GK103253298SQ20131013320
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者張亮, 張兵, 陳艷 申請人:中國電子科技集團公司第三十六研究所