CN103010299B - 汽车电动助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车电动助力转向系统，属于汽车转向控制技术领域，其可解决现有汽车电动助力转向系统的电控单元可靠性差的问题。本发明的汽车电动助力转向系统，包括电控单元，所述的电控单元包括相互通信的主微控制器和监控微控制器，所述的主微控制器和所述的监控微控制器的输出信号经过与门运算后输出。本发明的电控单元抗干扰的能力强，从而提高了汽车电动助力转向系统的可靠性。

Description

汽车电动助力转向系统

技术领域

本发明属于汽车转向控制技术领域，具体涉及一种汽车电动助力转向系统。

背景技术

目前，汽车电动助力转向系统（EPS）已经广泛应用于汽车动力转向领域。电动助力转向机构主要包括电控单元（以下简称ECU）、助力电动机、继电器、扭矩传感器、减速机构等主要部件，其中ECU是整个系统的运算中心。然而，EPS一般安装在发动机附近，不可避免地会有热辐射与电磁干扰的影响，这就对EPS的ECU单元提出了很高的可靠性要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有汽车电动助力转向系统的电控单元可靠性差的问题，提供一种可靠性高的汽车电动助力转向系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种汽车电动助力转向系统，包括电控单元，所述的电控单元包括相互通信的主微控制器和监控微控制器，所述的主微控制器和所述的监控微控制器的输出信号经过与门运算后输出。

优选的是，所述的主微控制器和监控微控制器采用串行外设接口总线和通用串行数据总线进行通信。

优选的是，所述的电控单元还包括接口电路，所述的接口电路用于向主微控制器传输信号。

优选的是，所述的汽车电动助力转向系统还包括扭矩传感器，所述的扭矩传感器用于检测作用在转向盘上的扭矩的大小和方向，并向所述的接口电路传输信号。

优选的是，所述的汽车电动助力转向系统还包括为汽车电动助力转向系统提供动力的助力电机。

优选的是，所述的电控单元还包括驱动电路，所述的驱动电路用于控制助力电机。

优选的是，所述的电控单元还包括继电器，所述的继电器接收经过与门运算后的输出信号并用于控制驱动电路。

优选的是，所述的电控单元还包括电源装置，所述的电源装置为所述的继电器提供电源。

优选的是，所述的电控单元还包括电源管理电路，所述的电源管理电路用于向所述的接口电路、主微控制器和监控微控制器提供电源。

优选的是，所述的电控单元还包括电源装置，所述的电源装置为所述的电源管理电路提供电源。

通过以上技术方案，如果其中一个微控制器出现故障，另一个微控制器通过串行外设接口总线和通用串行数据总线进行通信得知这个信息，然后控制自身输出到与门的控制信号为低电平，因此，无论这时出现故障的微控制器输出到与门的控制信号为低电平或者是高电平，与门的输出都为低电平，继电器处于关断状态，从而保证驱动电路停止工作，提高了电控单元抗干扰的能力，从而提高了汽车EPS的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例1中汽车EPS的示意图；

图2是本发明实施例1中电控单元（ECU）的示意图；

图3是本发明实施例1中主MCU和监控MCU的通信示意图；

图4是本发明实施例1中与门74HC08芯片的逻辑控制原理图。

其中：

对于图1：1.转向盘、2.输入轴、3.扭矩传感器、4.电控单元、5.减速机构、6.输出轴、7.助力电机。

对于图3：其中SPI包含SS-从选择、MOSI-数据信号、MISO—数据信号、SCK—串行时钟信号；

UART包含TXD—发送、RXD—接收两组数据信号。

对于图4：

引脚1（1A）：接主MCU的控制信号；

引脚2（1B）：接监控MCU的控制信号；

引脚3（1Y）：输出端，连接到继电器，控制继电器的断开与闭合；

引脚7（GND）：地；

引脚14（VCC）:电源输入端，通常需要添加去偶电容（C34）。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1-4所示，本实施提供一种可靠性高的汽车电动助力转向系统。

优选的，如图1所示，汽车电动助力转向系统主要包括转向盘1、输入轴2、扭矩传感器3、电控单元（ECU）4、助力电动机、减速机构5、输出轴6。

其中，扭矩传感器3用来检测作用在转向盘1上的扭矩的大小和方向，并将其转换为电压信号提供给电控单元（ECU）4使用。输入轴2传递转向盘1上的扭矩。

电控单元（ECU）4接收转向盘1的扭矩、车速、发动机状态信号等的输入量进行分析和决策，计算出施加到助力电机7驱动电路的输出量并控制继电器的吸合状态；通过电流采样电路跟踪助力电机7电枢中实际的电流的大小，对其进行校正。

助力电机7是助力系统的动力源，其功能是根据电控单元（ECU）4的控制输出相应的扭矩。助力电机7的性能对汽车EPS影响较大，要求其具有低转速、大扭矩、转动惯量小、噪音低、可靠性高、控制性能好等特点。

助力电机7的产生的扭矩通过减速机构5减速后，由输出轴6带动车轮的转向。

汽车电动助力转向系统的工作原理：汽车EPS利用助力电机7作为动力源，根据转向盘1旋转的方向和车速等信号，控制助力电机7的输出扭矩，实现转向的助力功能。转向时，扭矩传感器3将转向扭矩的大小和方向传送到电控单元（ECU）4，由电控单元（ECU）4根据扭矩、车速信号进行运算，测算出助力电动机电枢的目标电流和方向，控制助力电机7输出助力扭矩，并通过减速机构5得到助力扭矩，加在汽车的转向机构上，实现助力的效果。

优选的，如图2所示，电控单元（ECU）4由2个微控制器(MCU)组成，即主微控制器和监控微控制器、电源管理电路、信号接口电路、驱动电路、与门、继电器组成。

电控单元（ECU）4单元通过两个MCU各发送一个控制信号（KF_CON_M和KF_CON_S），然后进行逻辑“与”运算，通过运算后的结果来控制继电器的开关，从而控制驱动电路的工作与停止。这样的好处是保证当某一个MCU受干扰而不能正常执行其控制策略时，另一个MCU能及时关闭继电器，让系统停止工作，从而提高了系统的可靠性。

其中，主MCU输出的控制信号为KF_CON_M，监控MCU输出的控制信号为KF_CON_S，这两个信号作为与门的输入，与门的输出信号为KF_CON，用来驱动继电器，当KF_CON为高电平的时候，继电器闭合，驱动电路正常工作；当KF_CON为低电平的时候，继电器断开，驱动电路停止工作。

优选的，两个MCU，其中一个作为主MCU，用的是MC9S12G128单片机，封装为LQFP64；另一个MCU，作为监控MCU，用的是MC9S08SG4单片机，封装为TSSOP16。优选的，如图3所示，主MCU和监控MCU通过串行外设接口总线(SPI)和通用串行数据总线(UART)通信，互相监控。

优选的，与门用的是74HC08与门芯片，对与门来说，当输入都为高电平的时候，输出为高电平；当输入都为低电平的时候，输出为低电平；当输入不相同的时候，输入也为低电平。控制继电器的信号为高电平有效。

如果其中一个MCU出现故障，另一个MCU通过SPI或者UART得知这个信息，然后控制自身输出到与门的控制信号为低电平，因此，无论这时出现故障的MCU输出到与门的控制信号为低电平或者是高电平，与门的输出都为低电平，继电器处于关断状态，从而保证驱动电路停止工作，提高系统的可靠性。

电控单元4的具体工作过程如下：

电控单元4的电源管理电路从蓄电池取电，经过电源管理电路产生接口电路、主MCU和监控MCU所需的工作电源，蓄电池通过继电器的控制同时给电机驱动电路供电。接口电路负责处理外部输入的点火信号、车速信号以及扭矩信号等等，将这些信号送入主MCU，主MCU判断这些信号的状态，根据自身设计的算法完成对驱动电路的控制。同时，监控MCU和主MCU通过SPI和UART实时通信，当任一MCU出现故障的时候，另一正常运行的MCU运行一套算法，将送往与门的控制信号（KF_CON_M或KF_CON_M）拉低。当送往与门的控制信号一路为低电平的时候，输出（KF_CON）也为低，继电器断开，停止向驱动电路供电，驱动电路停止工作。该方法提高了电控单元（ECU）4抗干扰的能力，从而提高了汽车EPS的可靠性。

蓄电池为继电器和驱动电路提供电源，电源管理电路经过降压为接口电路和电控单元（ECU）4提供电源。接口电路为电控单元（ECU）4提供车速、扭矩等信号。

优选的，如图4所示，与门74HC08芯片的逻辑控制原理图。该电路结构简单且易于实现。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种汽车电动助力转向系统，包括电控单元，其特征在于，所述的电控单元包括相互通信的主微控制器和监控微控制器，所述的主微控制器和所述的监控微控制器的输出信号经过与门运算后输出；

所述的电控单元还包括接口电路，所述的接口电路用于向主微控制器传输信号；

主微控制器和监控微控制器通过相互通信实现互相监控。

2.如权利要求1所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的主微控制器和监控微控制器采用串行外设接口总线和通用串行数据总线进行通信。

3.如权利要求1所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的汽车电动助力转向系统还包括扭矩传感器，所述的扭矩传感器用于检测作用在转向盘上的扭矩的大小和方向，并向所述的接口电路传输信号。

4.如权利要求1-3任一所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的汽车电动助力转向系统还包括为汽车电动助力转向系统提供动力的助力电机。

5.如权利要求4所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的电控单元还包括驱动电路，所述的驱动电路用于控制助力电机。

6.如权利要求5所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的电控单元还包括继电器，所述的继电器接收经过与门运算后的输出信号并用于控制驱动电路。

7.如权利要求6所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的电控单元还包括电源装置，所述的电源装置为所述的继电器提供电源。

8.如权利要求1所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的电控单元还包括电源管理电路，所述的电源管理电路用于向所述的接口电路、主微控制器和监控微控制器提供电源。

9.如权利要求8所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述的电控单元还包括电源装置，所述的电源装置为所述的电源管理电路提供电源。