具有直流電機制動器的驅動系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種驅動系統，驅動系統的一個實施例可包括與連接在輸入軸和輸出軸之間的齒輪組連接的電機軸。該系統還可具有選擇性地將電機軸保持在固定位置以響應于主電源突然斷電將輸入軸和輸出軸彼此接合的直流電機。該系統還可包括使直流電機能夠提供阻力矩的輔助電源。
【專利說明】具有直流電機制動器的驅動系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛領域，尤其涉及用于車輛內的各種設備和組件的驅動系統。
【背景技術】
[0002]汽車制造商已開發出用于車輛內的各種設備和組件的驅動系統。在一個實例中，驅動系統可與轉向組件聯用來基于車速乘以或除以轉向比。具體地，當駕駛員駕駛車輛進入或離開停車地點時，由于車速低于預定最小閾值，轉向組件可乘以轉向比。此外，當車輛在高速路上行駛并且最小轉向輸入能快速引導車輛朝向預定路徑時，由于車速高于預定的最大閾值，轉向組件可除以轉向比。驅動系統可包括與轉向輸入軸和轉向輸出軸互連的變速箱以乘以或除以轉向比。驅動系統還可包括與變速箱連接的電機，用以輔助乘以或除以轉向比。然而，除轉向組件外，驅動系統可具有與各種設備和組件聯用的其它合適部件。
[0003]需要提供一種可與具有電動機制動器的多種車輛系統和組件聯用的改進的驅動系統，以在電機突然斷電時將輸入軸和輸出軸相互接合。
【發明內容】
[0004]根據本發明的一方面提供了一種驅動系統，驅動系統的一個實施例可包括與連接在輸入軸和輸出軸之間的齒輪組連接的電機軸。該系統還可具有響應于主電源突然斷電選擇性地將電機軸保持在固定位置以將輸入軸和輸出軸彼此接合的直流電機。該系統還可包括使直流電機能夠提供阻力矩的輔助電源。
[0005]根據本發明的一個實施例，驅動系統還包括:選擇性連接輔助電源以使直流電機的多根導線短路來產生將電機軸維持在固定位置的阻力矩的輔助開關。
[0006]根據本發明的一個實施例，驅動系統還包括:存儲電動機制動器已配置值的非易失性存儲器；響應于檢測到突然斷電時產生斷電信號的功率傳感器；以及提供了與非易失性存儲器、功率傳感器和輔助開關耦合的門的集成電路芯片；其中，門可響應于接收到基于非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并進一步響應于接收到來自功率傳感器的斷電信號而閉合輔助開關。
[0007]根據本發明的一個實施例，驅動系統還包括:響應于檢測到正常關閉而無突然斷電將解除配置信號存儲在非易失性存儲器中的控制器。
[0008]根據本發明的一個實施例，直流電機為發電機。
[0009]根據本發明的一個實施例，輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
[0010]根據本發明的一個實施例，突然斷電表示保險絲熔斷、電線被切斷和電池作廢中
至少其一。
[0011]根據本發明的另一方面，提供了一種驅動系統，該驅動系統的一個實施例可包括與連接在輸入軸和輸出軸之間的齒輪組連接的電機軸。該系統還包括直流電機，該直流電機具有產生將電機軸保持在固定位置以使輸入軸和輸出軸彼此接合的阻力矩的永磁轉子。此外，該系統還可包括與直流電機連接以響應于突然斷電于直流電機內產生阻力矩的多個電機短路晶體管。該系統還可具有為上述多個電機短路晶體管供電的輔助電源。
[0012]根據本發明的一個實施例，驅動系統還包括:選擇性連接輔助電源以使直流電機的多根導線短路從而在直流電機中產生將電機軸保持在固定位置的阻力矩的輔助開關。
[0013]根據本發明的一個實施例，驅動系統還包括:存儲電動機制動器已配置值的非易失性存儲器；響應于檢測到突然斷電而產生斷電信號的功率傳感器；以及提供了與非易失性存儲器、功率傳感器和輔助開關耦合的門的集成電路芯片；其中，門可響應于接收到基于非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并進一步響應于接收到來自功率傳感器的斷電信號而閉合輔助開關。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述控制器響應于檢測到正常關閉而無所述突然斷電將解除配置信號存儲在所述非易失性存儲器中。
[0015]根據本發明的一個實施例，直流電機為發電機。
[0016]根據本發明的一個實施例，輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
[0017]根據本發明的一個實施例，突然斷電表示保險絲熔斷、電線被切斷和電池作廢中
至少其一。
[0018]根據本發明的又一方面，提供了用于運行驅動系統的流程，該流程的一個實施例包括將齒輪組可操作地連接于輸入軸和輸出軸之間的步驟。該流程還包括將齒輪組可操作地連接于電機軸和輸出軸之間。此外，該流程可包括通過選擇性地將電機軸鎖定在固定位置而使輸入軸和輸出軸相互接合。該流程還包括響應于主電源突然斷電致動直流電機以選擇性地將電機軸保持在固定位置。
[0019]根據本發明的一個實施例，該流程還包括:閉合輔助開關以使輔助電源向直流電機供電來產生將電機軸保持在固定位置的阻力矩。
[0020]根據本發明的一個實施例，該流程還包括:
[0021]將電動機制動器已配置值存儲在非易失性存儲器中；以及響應于檢測到突然斷電由功率傳感器產生斷電信號；以及響應于集成電路芯片中的門接收到基于非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并接收到來自功率傳感器的斷電信號，閉合輔助電源和直流電機之間的輔助開關。
[0022]根據本發明的一個實施例，該流程還包括:響應于正常關閉請求，將輔助電源和直流電機之間的輔助開關保持在打開位置。
[0023]根據本發明的一個實施例，直流電機為發電機。
[0024]根據本發明的一個實施例，輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1A是包括直流電機制動器的驅動系統的一個實施例的示意圖；
[0026]圖1B是包括直流電機制動器的驅動系統的另一實施例的示意圖；
[0027]圖2是圖1A中系統的電路示意圖；
[0028]圖3A是圖1A中的系統的電路示意圖，其示出包括處于無效狀態的直流電機制動器的驅動系統在正常運行期間的電路；
[0029]圖3B是圖1A中的系統的電路示意圖，其示出包括處于無效狀態的直流電機制動器的驅動系統在正常關閉期間的電路；[0030]圖3C是圖1A中的系統的電路示意圖，其示出了突然斷電期間的電路，此時直流電機制動器處于有效狀態；
[0031]圖4是運行圖1A中的驅動系統的流程的其中一個實施例的流程圖；
[0032]圖5是圖4中的流程的子程序的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]驅動系統可包括與齒輪組連接的電動機，齒輪組又可以操作地連接于輸入軸和輸出軸之間，以允許組件或設備的運行。例如，可與轉向組件聯用的驅動系統可包括輸入軸，該輸入軸的一端與方向盤連接而相反端與齒輪組連接。該驅動系統可進一步包括輸出軸，該輸出軸的一端與齒輪組連接而另一端與轉向齒條組件連接。該驅動系統還可具有電動機，其與齒輪組連接以乘以或除以輸出轉向比，或者提供使輸入軸和輸出軸相互接合的電動機制動器以允許駕駛員在突然斷電時控制車輛。然而，該驅動系統當然可與除轉向組件之外的任何合適的系統、組件或設備聯用。
[0034]改進型驅動系統可包括檢測突然斷電的功率傳感器和對輔助開關進行致動以從輔助電源向電動機供應電力的控制器。在這方面，電動機可產生用于將電機軸保持在固定位置的阻力矩，以便使輸入和輸出軸相互接合并例如在保險絲熔斷或電線切斷時如電機制動器一樣運行。
[0035]參考圖1A和圖2，驅動系統100的一個實施例可與轉向組件聯用。驅動系統100可包括與齒輪組104連接的電機軸102，齒輪組104連接在輸入軸106和輸出軸108之間。輸入軸106可接收來自方向盤110的輸入，并且電機軸102可與直流電機112 (“DC電機”)連接，以便通過輸出軸向轉向組件提供轉向輸出。DC電機112可具有與電機軸可操作地連接的永磁轉子114，以便電機在導線116、118、120短路時(圖2)可產生高阻力矩。
[0036]如圖1B舉例所示，驅動系統100’的另一實施例可與混合動力汽車的動力系統聯用。具體地，輸入軸106’可改為與發動機110’連接，并且電機軸可與混合動力系統的電動發電機112’連接。該驅動系統可整合在車輛或非車輛應用的多種系統和組件內部。
[0037]參照圖2，系統100還可具有主電源122 (諸如車輛主蓄電池)和選擇性地將主電源連接至DC電機的主開關124。由此，DC電機112和方向盤110可向齒輪組104提供輸入，從而例如基于車速乘以或除以通過輸出軸108引導的轉向輸出。
[0038]如圖2最佳示出的，系統100還可包括諸如備用電池或電容器的輔助電源134和輔助開關136，輔助開關136將輔助電源134選擇性地連接至DC電機112來產生將電機軸102保持在固定位置的阻力矩。具體地，該系統還可具有與輔助電源134通過閉合開關136連接的多個導線或電機短路晶體管116、118、120，其隨后在DC電機112中產生阻力矩，從而將電機軸102保持在固定位置。系統100還可包括非易失性存儲器138，其用于存儲電動機制動器已配置(armed)值或電動機制動器解除配置(disarmed)值。具體地，在突然斷電之前，非易失性存儲器可在其中存儲電動機制動器已配置值以預配置系統100，以便產生基于電動機制動器已配置值的已配置信號。然而，非易失性存儲器可響應于檢測到系統正常關閉而未突然斷電改為存儲電動機制動器解除配置值。
[0039]系統100還可具有功率傳感器140，其可在突然斷電時產生斷電信號。例如，功率傳感器140可檢測元件142的故障，諸如保險絲熔斷、電線被切斷或電池作廢(圖3C)。作廢的電池不會有任何電荷并且不能再充電，或者可能是低電量或不充電的電池，這種電池不能在例如車輛用電負載在車輛運行時超過交流發電機能力的情況下為該系統提供最小運行電壓。這種低電量或不充電的電池可在充電或再充電之后變得可用。
[0040]如圖2所示，系統100還可具有集成電路芯片144，其提供了與非易失性存儲器138、功率傳感器140和輔助開關136耦合的門。響應于從功率傳感器140接收的斷電信號146和從非易失性存儲器138接收的基于電動機制動器已配置值的已配置信號148，該門可閉合開關136(圖3C)。該IC芯片可為車輛中的控制器或獨立處理器的部件。圖3A示出系統100正常運行，由于功率傳感器沒有產生斷電信號146，因此該系統內的輔助開關處于打開狀態。此外，在該系統正常運行期間，主電源122可對輔助電源134充電，并且非易失性存儲器可將電動機制動器已配置值存儲其中，以便在突然斷電時預配置該系統。圖3B示出了系統100的正常關閉，其中，主開關處于打開狀態，并且控制器將非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值覆寫為電動機制動器解除配置值，因此使輔助開關處于打開位置。圖3C示出了諸如由保險絲熔斷、電線被切斷或電池142作廢導致的突然斷電。在突然斷電期間，響應于從功率傳感器140接收的斷電信號146并進一步響應于從非易失性存儲器138接收的已配置信號148，該門閉合輔助開關136。在輔助開關136閉合的情況下，輔助電源134可向短路晶體管116、118、120供電，隨后使DC電機112產生將電機軸102保持在固定位置的阻力矩，以便使輸入軸和輸出軸相互接合，并在該實施例中允許駕駛員駕駛車輛。
[0041]圖4示出了運行圖1中系統的示例性流程400。在方框402中，可致動軟件控制的系統來正常運行系統100以將齒輪組可操作地連接于輸入軸和輸出軸之間，并進一步將齒輪組可操作地連接于電機軸和輸出軸之間。此外，該系統可由存儲有電動機制動器已配置值的非易失性存儲器進行預配置。驅動系統100的正常運行在圖5所示的流程圖中詳細顯
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[0042]在方框404中，系統可響應突然斷電。例如，功率傳感器140可產生表示保險絲熔斷、電線被切斷或電池作廢的斷電信號，并將此信號傳送至門或控制器。如果突然斷電了，則該流程可繼續至方框406。如果并未突然斷電，則該流程可繼續至方框408。
[0043]在方框406中，可致動電子制動器以將電機軸保持在固定位置并使輸入軸和輸出軸相互接合。具體地，上述門可從非易失性存儲器接收已配置信號，并從功率傳感器接收斷電信號，以便閉合輔助開關并由輔助電源向短路晶體管供電，隨后在DC電機112中產生阻力矩以將電機軸保持在固定位置。此特性可允許組件在主電源突然中斷向DC電機供電時繼續運行。例如，此特性可允許轉向組件繼續運行，以便駕駛員在主電源突然斷電時仍可駕駛車輛。
[0044]在方框408中，控制器可判定是否請求正常關閉。如果請求正常關閉，則該流程會繼續至方框410。然而，如果并未請求正常關閉，則該流程會返回至方框402。
[0045]在方框410中，控制器可在非易失性存儲器中存儲電動機制動器解除配置值，如此會覆寫電動機制動器已配置值。由此，電子制動器不會被致動，具體地，輔助開關響應于正常關閉請求而維持在打開位置。
[0046]圖5不出了圖4中方框402的不例性子程序流程500,其不出系統100正常運行。該流程可由多種設備來執行，諸如由控制器152或計算機處理單元執行。
[0047]在方框502中，通過執行與電動機制動器或與電機制動器聯用的轉向組件的任意一個或多個部件的可操作性的一個或多個測試，可使該系統初始化。該系統可根據一個或多個傳感器檢測到駕駛員插入鑰匙點火、啟動車輛發動機、將鑰匙移至“開”位置、致動駕駛員側門把手或各種其他情況來初始化。每個傳感器均可產生表明電動機制動器或上述組件的情況的測試信號。
[0048]在方框504中，控制器可接收來自相應的傳感器的測試信號，并判定電動機制動器或上述組件是否處于功能狀態。如果控制器確定電機制動器和組件都處于功能狀態，則流程500可繼續至方框506。如果控制器確定電機制動器、上述組件或以上二者都出現故障、受損或因其它原因未正常工作，則該流程可繼續至方框508。
[0049]在方框508中，該系統可行進至一個或多個故障運行模式。例如，控制器可產生故障信息信號，并將故障信息信號傳送至顯示設備158。顯示設備158可為顯示屏、構造成顯示符號的光設備、其他合適的通信設備或這些設備的任意組合。此外，顯示設備可整合在儀表板、儀表盤、中控臺、車輛的其他合適部分、手持設備、遠程計算機或這些設備的任意組合中。顯示設備可顯示指示電動機制動器和/或組件中錯誤的信息。此外，在故障運行模式下，控制器152可產生性能控制信號，并將該信號傳送至車輛的點火控制系統160。點火控制系統160可響應該性能控制信號而失效。由此，該系統可將系統的狀況告知駕駛員以允許維修。然而，該系統可在相同響應情況下產生由多種設備和系統接收的多種信號。
[0050]在方框506中，該系統可行進至主要正常運行模式，此模式下，該系統針對潛在的突然斷電情況而設置為預配置電動機制動狀態，突然斷電可能由保險絲熔斷、電線被切斷或電池作廢導致。具體地，控制器152可在非易失性存儲器中儲存電動機制動器已配置值，以便在突然斷電時通過電動機制動器預配置該系統。
[0051]在方框510中，該控制器可判定是否請求關閉該系統。例如，當變速器在車輛已行駛預定距離后已經至少停駐了預定時間時，響應于從點火控制系統160接收的關閉信號，該控制器可確定已經請求系統關閉。如果控制器判定已經請求關閉該系統，則該流程可繼續至方框512。然而，如果控制器判定并未請求關閉該系統，則該流程可繼續至方框514。
[0052]在方框514中，該系統可執行指向電機制動器和組件的任意合適部分的一個或多個診斷程序和測試程序。如果控制器判定電機制動器和組件均通過了測試程序，則該流程可返回至方框506。如果控制器判定系統未通過該測試程序中的一個或多個，則該流程可繼續至方框508。
[0053]在方框512中，控制器可將電動機制動器解除配置值存儲至非易失性存儲器中。由此，該門將不閉合輔助開關，從而將電子制動器保持在無效狀態。
[0054]關于本文描述的流程、系統、方法等，應該理解，盡管這些流程等的步驟被描述為按照一定順序進行，但是，這些流程也可將所述的步驟以不同于本文所述順序的順序來執行。還應該理解，可同時進行某些步驟，可增加一些步驟、或可以省略本文描述的某些步驟。換句話說，本文的流程描述用于示出某些實施例且不應該解釋為限制權利要求。
[0055]因此，應該理解，上述描述意在說明而非限制。在閱讀上述描述的基礎上，除了提供的實例外，很多實施例和應用是顯而易見的。所確定的范圍不應該參照以上描述，而是應該參照所附權利要求以及與這些權利要求所要求相等效的整個范圍內確定。可以想到，未來會在本文涉及的技術上進一步發展，并且所公開的系統和方法會結合到這些未來實施例中。總之，應該理解，能夠對應用進行修改和替換。[0056]權利要求中所使用的所有術語目的在于給出本領域的技術人員能夠理解的最廣泛合理的解釋及普通含義，除非本文明確地給出相反的說明。特別是，“一個”、“這個”、“所述”等單數冠詞的使用應該被理解為陳述一個或多個指明的元件，除非權利要求明確地陳述了相反的限定。
[0057]本公開的摘要部分可以讓讀者很快地獲知本技術公開的性質。可以理解，其不用于解釋或限制權利要求的范圍或意義。此外，通過上述描述可知，為了簡化本公開，在不同的實施例中可將部分部件組合在一起。所公開的方法不應被理解為反映出所要求保護的實施例需要的部件要多于每個權利要求中明確列出的部件。相反，正如以下權利要求所反映的，發明主題在于少于單個公開的實施例的所有部件。因此，下列權利要求結合在本詳細描述中，而且每個權利要求作為單獨保護的發明主題。
【權利要求】
1.一種驅動系統，包括: 與連接在輸入軸和輸出軸之間的齒輪組連接的電機軸； 響應于主電源突然斷電將所述電機軸維持在固定位置以將所述輸入軸與所述輸出軸彼此接合的直流電機；以及 使所述直流電機能夠提供阻力矩的輔助電源。
2.根據權利要求1所述的驅動系統，還包括: 選擇性連接所述輔助電源以使所述直流電機的多根導線短路來在所述直流電機中產生將所述電機軸維持在所述固定位置的阻力矩的輔助開關。
3.根據權利要求2所述的驅動系統，還包括: 存儲電動機制動器已配置值的非易失性存儲器； 響應于檢測到所述突然斷電而產生斷電信號的功率傳感器；以及 提供了與所述非易失性存儲器、所述功率傳感器和所述輔助開關耦合的門的集成電路芯片； 其中，所述門可響應于接收到基于所述非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并進一步響應于接收到來自所述功率傳感器的斷電信號而閉合所述輔助開關。
4.根據權利要求3所述的驅動系統，還包括: 響應于檢測到正常關閉而無所述突然斷電將解除配置信號存儲在所述非易失性存儲器中的控制器。
5.根據權利要求1所述的驅動系統，其中，所述直流電機為發電機。
6.根據權利要求1所述的驅動系統，其中，所述輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
7.根據權利要求1所述的驅動系統，其中，所述突然斷電表示保險絲熔斷、電線被切斷和電池作廢中至少其一。
8.—種驅動系統,包括: 與連接在輸入軸和輸出軸之間的齒輪組連接的電機軸； 直流電機，具有產生將所述電機軸保持在固定位置以將所述輸入軸與所述輸出軸彼此接合的阻力矩的永磁轉子； 連接于所述直流電機以響應于突然斷電于所述直流電機中產生阻力矩的多個電機短路晶體管；以及 為所述多個電機短路晶體管供電的輔助電源。
9.根據權利要求8所述的驅動系統，還包括: 選擇性連接所述輔助電源以使所述直流電機的多根導線短路從而在所述直流電機中產生將所述電機軸保持在所述固定位置的阻力矩的輔助開關。
10.根據權利要求8所述的驅動系統，還包括: 存儲電動機制動器已配置值的非易失性存儲器； 響應于檢測到所述突然斷電而產生斷電信號的功率傳感器；以及 提供了與所述非易失性存儲器、所述功率傳感器和所述輔助開關耦合的門的集成電路芯片； 其中，所述門可響應于接收到基于所述非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并進一步響應于接收到來自所述功率傳感器的斷電信號而閉合所述輔助開關。
11.根據權利要求8所述的驅動系統，其中，所述控制器響應于檢測到正常關閉而無所述突然斷電將解除配置信號存儲在所述非易失性存儲器中。
12.根據權利要求8所述的驅動系統，其中，所述直流電機為發電機。
13.根據權利要求8所述的驅動系統，其中，所述輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
14.根據權利要求8所述的驅動系統，其中，所述突然斷電表示保險絲熔斷、電線被切斷和電池作廢中至少其一。
15.一種用于運行驅動系統的流程，包括: 將齒輪組可操作地連接于輸入軸和輸出軸之間； 將所述齒輪組可操作地連接于電機軸和所述輸出軸之間；通過選擇性地將所述電機軸鎖定在固定位置而使所述輸入軸和所述輸出軸相互接合；以及 響應于主電源突然斷電而致動直流電機以選擇性地將所述電機軸保持在固定位置。
16.根據權利要求15 所述的流程，還包括: 閉合輔助開關以使輔助電源向所述直流電機供電來產生將所述電機軸保持在所述固定位置的阻力矩。
17.根據權利要求16所述的流程，還包括: 將電動機制動器已配置值存儲在非易失性存儲器中；以及響應于檢測到所述突然斷電由功率傳感器產生斷電信號；以及響應于集成電路芯片中的門接收到基于所述非易失性存儲器中的電動機制動器已配置值的已配置信號并接收到來自所述功率傳感器的斷電信號而閉合輔助電源和所述直流電機之間的輔助開關。
18.根據權利要求15所述的流程，還包括: 響應于正常關閉請求，將所述輔助電源和所述直流電機之間的輔助開關保持在打開位置。
19.根據權利要求15所述的流程，其中，所述直流電機為發電機。
20.根據權利要求15所述的流程，其中，所述輸入軸從方向盤和發動機其中之一接收輸入。
【文檔編號】H02P3/12GK104038111SQ201410081669
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2013年3月7日
【發明者】布萊恩·D.·魯特科夫斯基, 大衛·約翰·魯特科夫斯基 申請人:福特環球技術公司