CN103707924A - 智能液压助力转向系统的电控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能液压助力转向系统的电控装置，包括检测传感器、多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路、稳压电源和电机驱动电路；多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路均与稳压电源相连接；检测传感器均与多通道信号输入接口电路相连接；多通道信号输入接口电路与多路模拟转数字信号逻辑电路相连接，多路模拟转数字信号逻辑电路与智能逻辑单元电路相连接；电机驱动电路包括第一电机驱动电路和第二电机驱动电路；检测传感器包括点火开关触点、转角传感器、转矩传感器等传感器。本发明的智能液压助力转向系统的电控装置，具有可满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力、提高驾驶的舒适性和安全性等优点。

Description

智能液压助力转向系统的电控装置

技术领域

本发明涉及一种智能液压助力转向系统的电控装置，尤其是一种用于汽车转向控制的智能液压助力转向系统的电控装置。

背景技术

目前，汽车转向系统普遍采用传统的电控液压助力转向系统，其结构形式如图4所示。这种传统的电控液压助力转向系统包括：驱动电机1、电磁离合器9、转向油泵2、控制器10、液压油箱5、电磁阀11、控制主阀7和转向助力缸8；液压油箱的出油口与转向油泵的进油口相连接，驱动电机和电磁离合器相连接，电磁离合器与转向油泵和所述控制器相连接；转向油泵的出油口与电磁阀和所述控制主阀相连接并为这两个阀门提供液压油；控制器与所述电磁阀相连接，用于控制电磁阀的开关，以实现回油；转向油泵为所述控制主阀提供液压油，然后液压油通过控制主阀进入转向助力缸，由转向助力缸在液压油的控制下实现汽车的转向助力控制。

传统的电控液压助力转向系统设置了电磁阀和控制器。该电控液压助力转向系统的电磁阀由于电磁特性的限制，环境温度不能超过80℃，而汽车发动机室的环境温度往往超过80℃，这就造成了传统的电控液压助力转向系统在实际使用过程中存在有故障率高、可靠性差等缺陷。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种智能液压助力转向系统的电控装置，以满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

智能液压助力转向系统的电控装置，其结构特点是，包括检测传感器、多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路、稳压电源和电机驱动电路；所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路均与所述稳压电源相连接，由所述稳压电源为所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路提供电源；所述检测传感器均与所述多通道信号输入接口电路相连接，检测传感器将检测到的信号传输给所述多通道信号输入接口电路；所述多通道信号输入接口电路与所述多路模拟转数字信号逻辑电路相连接，所述多路模拟转数字信号逻辑电路与所述智能逻辑单元电路相连接；由多通道信号输入接口电路接收检测传感器发送的信号并传输给所述多路模拟转数字信号逻辑电路，所述多路模拟转数字信号逻辑电路将多通道信号输入接口电路发送的模拟信号转换为数字信号后发送给所述智能逻辑单元电路；所述智能逻辑单元电路接收所述多路模拟转数字信号逻辑电路发送的数字信号，并根据所述数字信号运算产生控制逻辑，并将控制逻辑发给电机驱动电路，通过电机驱动电路驱动用于控制步进节流阀的步进电机；所述电机驱动电路包括第一电机驱动电路和第二电机驱动电路；所述检测传感器包括点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器。

本发明的智能液压助力转向系统的电控装置的结构特点也在于：

所述智能逻辑单元电路包括智能控制器U1；所述第一电机驱动电路包括第一步进电机控制芯片U2和第一步进电机驱动芯片U3；所述第二电机驱动电路包括第二步进电机控制芯片U4和第二步进电机驱动芯片U5；所述点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器均与所述智能控制器U1相连接；所述第一步进电机驱动芯片U3通过所述第一步进电机控制芯片U2与所述智能控制器U1相连接，所述第二步进电机驱动芯片U5通过第二步进电机控制芯片U4与所述智能控制器U1相连接；第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均与被控制的步进电机相连接；

电容C1、电阻R1和电阻R2均与所述第一步进电机控制芯片U2相连接，电阻R3和电阻R4均与所述第一步进电机驱动芯片U3相连接；

电容C2、电阻R5和电阻R6均与所述第一步进电机控制芯片U4相连接，电阻R7和电阻R8均与所述第一步进电机驱动芯片U5相连接。

所述智能控制器U1为单片机STC12C5A60S2。

所述第一步进电机控制芯片U2和第二步进电机控制芯片U4均为步进电机专用控制器L297。

所述第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均为电机驱动芯片L298N。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的智能液压助力转向系统的电控装置，针对不同车速给出不同的助力特性,既满足了低速工况下的大助力需求，又保证了高速工况下的路感，是当前液压助力转向系统的发展趋势。传统的电控液压助力转向系统都采用电磁阀来调节系统的油压和流量，而本发明采用新型的步进节流阀来调节系统提供给转向助力缸的油压和流量。与电磁阀相比，步进阀有如下特点:提高了滑阀的位置精度；以固定车速行驶时，执行机构不消耗电力；行驶过程中，向执行机构供给的电流被中断时，转向力不会因为滑阀位置的变动而发生快速变化，即系统出故障的情况下稳定性好。

智能液压助力转向系统的电控装置是汽车的重要组成部分，是为保证汽车在最适宜的状态下调节驱动电机和步进节流阀，从而达到汽车液压助力转向系统工作在最低能耗上，这对驾驶舒适性和安全性都有较大的影响。

本发明的智能液压助力转向系统的电控装置，具有可满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力、提高驾驶的舒适性和安全性等优点。

附图说明

图1为本发明的智能液压助力转向系统的电控装置的结构框图。

图2为本发明的智能液压助力转向系统的电控装置的电控装置的智能逻辑单元电路的电路图。

图3为设置了本发明的电控装置的智能液压助力转向系统的控制原理图。

图4为现有技术的电控液压助力转向系统的结构框图。

图1～图4中标号为；1驱动电机，2转向油泵，3电控装置，4步进电机，5液压油箱，6步进节流阀，7控制主阀，8转向助力缸，9电磁离合器，10控制器，11电磁阀。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图3所示，智能液压助力转向系统包括驱动电机1、转向油泵2、电控装置3、步进电机4、液压油箱5、步进节流阀6、控制主阀7和转向助力缸8；所述驱动电机1与所述转向油泵2相连接，所述液压油箱5的出油口与所述转向油泵2的进油口相连接；所述电控装置3接入车辆检测传感器的检测信号，所述电控装置3还与所述驱动电机1和所述步进电机4相连接，由步进电机4控制步进节流阀6；所述转向油泵2的出油口与所述步进节流阀6和所述控制主阀7相连接并为所述步进节流阀6和所述控制主阀7提供液压油；所述步进节流阀6的出油口与所述液压油箱5的回油口相连接，以通过回油量的控制来控制转向油泵2为控制主阀7提供的输油量；所述控制主阀7与所述转向助力缸8相连接，转向油泵2输入给所述控制主阀7的液压油进入所述转向助力缸8，为汽车提供转向助力。

智能液压助力转向系统的电控装置，包括检测传感器、多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路、稳压电源和电机驱动电路；所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路均与所述稳压电源相连接，由所述稳压电源为所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路提供电源；所述检测传感器均与所述多通道信号输入接口电路相连接，检测传感器将检测到的信号传输给所述多通道信号输入接口电路；所述多通道信号输入接口电路与所述多路模拟转数字信号逻辑电路相连接，所述多路模拟转数字信号逻辑电路与所述智能逻辑单元电路相连接；由多通道信号输入接口电路接收检测传感器发送的信号并传输给所述多路模拟转数字信号逻辑电路，所述多路模拟转数字信号逻辑电路将多通道信号输入接口电路发送的模拟信号转换为数字信号后发送给所述智能逻辑单元电路；所述智能逻辑单元电路接收所述多路模拟转数字信号逻辑电路发送的数字信号，并根据所述数字信号运算产生控制逻辑，并将控制逻辑发给电机驱动电路，通过电机驱动电路驱动用于控制步进节流阀6的步进电机4；所述电机驱动电路包括第一电机驱动电路和第二电机驱动电路；所述检测传感器包括点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器。

所述智能逻辑单元电路包括智能控制器U1；所述第一电机驱动电路包括第一步进电机控制芯片U2和第一步进电机驱动芯片U3；所述第二电机驱动电路包括第二步进电机控制芯片U4和第二步进电机驱动芯片U5；所述点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器均与所述智能控制器U1相连接；所述第一步进电机驱动芯片U3通过所述第一步进电机控制芯片U2与所述智能控制器U1相连接，所述第二步进电机驱动芯片U5通过第二步进电机控制芯片U4与所述智能控制器U1相连接；第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均与被控制的步进电机相连接；

电容C1、电阻R1和电阻R2均与所述第一步进电机控制芯片U2相连接，电阻R3和电阻R4均与所述第一步进电机驱动芯片U3相连接；

电容C2、电阻R5和电阻R6均与所述第一步进电机控制芯片U4相连接，电阻R7和电阻R8均与所述第一步进电机驱动芯片U5相连接。

智能控制器U1优选STC12C5A60S2。STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2有以下特点：1）同样晶振的情况下，速度是普通51的8～12倍；2）有8路10位AD；3）多了两个定时器，带PWM功能；4）有SPI接口；5）有EEPROM；6）有1K内部扩展RAM；7）有WATCH_DOG；8）多一个串口；9）IO口可以定义，有四种状态；10）中断优先级有四种状态可定义。

电机驱动电路是由驱动控制逻辑芯片L297以及芯片L298N组成的多功能电路。单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L297、L298N驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制驱动电机或步进电机的驱动信号。

第一步进电机控制芯片U2和第二步进电机控制芯片U4均为L297。L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了SGS公司的模拟/数字兼容的I2L技术，使用5V的电源电压，全部信号的连接都与TFL/CMOS或集电极开路的晶体管兼容。L297芯片是具有20个引脚的双列直插式塑胶封装的步进电动机控制器。它可产生四相驱动信号，能用半步(八拍)和全步(四拍)等方式驱动单片机控制两相双极或四相单极步进电机。该芯片内部的PWM斩波器允许在关模式下控制步进电动机绕组电流，由于相序信号也是由内部产生的，因此它只需要时钟、方向和模式输入信号便能控制步进电动机，可减轻微处理器和程序设计的负担。

第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均为L298N。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接通过电源来调节输出电压；并可以直接用单片机的I/O口提供信号，电路简单，使用比较方便。

所述智能控制器U1为单片机STC12C5A60S2。

第一步进电机控制芯片U2和第二步进电机控制芯片U4均为步进电机专用控制器L297。

所述第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均为电机驱动芯片L298N。

本发明的智能液压助力转向系统电控装置，配备该套电控装置可以满足不同车速下获得不同的转向要求；使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力，随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，增加了驾驶员的明显“路感”，保障了车辆的稳定性；同时杜绝了传统的电控液压助力转向系统在实际使用过程中存在的故障率高、可靠性差等缺陷。

由各种传感器将多种信息经过多通道信号输入接口电路输送到多路模拟转数字信号逻辑电路，转换后的数字信息送入计算机智能逻辑处理单元电路，在这里经过逻辑处理与控制策略判断比对，将控制信息输送到控制逻辑单元，进而经过驱动电路去控制驱动电机与步进电机，同时也可以通过另外控制与输出单元送出辅助控制信号，以便最终达到在不同的车速下控制输出不同的转角的目的。

电源部分为智能开关电源模块，具有过流保护，能自动适应输入电压宽范围波动。

本发明的智能液压助力转向系统电控装置，具有以下几个技术特点：1）以转向盘转角为信息输入，以驱动电机和步进阀为被控器件。2）以车速、转向盘转向力矩为依据，不断检测液压系统的压力、流量、转角角度来控制驱动电机和步进阀，自动调整、控制液压系统。3）结合以上物理量，同时检测轴重、温度数值，在智能逻辑处理单元与标准模型库进行比对推理，首先突出主要控制目标量，再结合其他数据进行细节调整，从而实施精准控制的目的。针对不同车速给出不同的助力特性,既满足低速工况下的大助力需求，又保证了高速工况下的路感。4）应用了渐进式上下位死点控制策略，可以更好地实现在上下位死点处控制。5）通过故障应急处理程序实现了在故障复位时自动控制流量为适度较小值，保证了车辆操控安全性。

点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器等传感器将测得的汽车的运行参数发送给微控制器，由微控制器根据运行参数产生相应的控制信号，从而控制转向油泵为控制主阀和转向助力缸提供的输油量，进而实现助力特性的调节和供给。

本发明的智能液压助力转向系统的电控装置，针对不同车速给出不同的助力特性，既满足了低速工况下的大助力需求，又保证了高速工况下的路感，是当前电控液压助力转向系统的发展趋势。现行的电控液压助力转向系统都采用电磁阀来调节系统的油压和流量，而本发明的电控液压助力转向系统推出了一种采用步进电机控制的节流阀的阀特性式的系统。与电磁阀相比，步进节流阀有如下特点：提高了滑阀的位置精度；以固定车速行驶时，执行机构不消耗电力；行驶过程中，向执行机构供给的电流被中断时，转向力不会因为滑阀位置的变动而发生快速变化，即系统出故障的情况下稳定性好。传统电控液压助力转向系统的电磁阀由于电磁特性的限制，环境温度不能超过80℃，而汽车发动机室的环境温度往往超过80℃，这就造成了实际使用中故障率高、可靠性差等缺陷。而步进节流阀能够在120℃以下的环境温度中正常工作。由步进电机转动停留的位置，定义步进阀各阀口的导通状态。本发明的智能液压助力转向系统的电控装置，具有结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、环境温度达到120℃，能满足车辆要求，并可轻易实现闭环控制，取代电液伺服控制阀器可靠性差、成本高等缺陷。

本发明以车速、扭距传感器为被控制量，以传感器所获得的车速、扭距状态为检测信号，以驱动电机和步进阀为被控器件。本发明改变传统电控液压助力转向系统的工作模式，通过驱动电机和步进阀自动调整和控制液压系统的压力、流量，确保方向盘在最佳的状态下工作，能满足不同车速下获得不同的转向要求，并解决了汽车液压助力转向装置将不受汽车发动机布局的限制，可彻底改变大型客车后置式发动机转向系统布置难题。

本发明的种智能液压助力转向系统的电控装置，可解决大中型汽车转向轻便性和灵敏性的矛盾，使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力，高速行驶时获得较强的路感。本系统可根据车速传感器提供的信号，经处理后输出PWM的占空比来控制步进阀，以达到控制反力室压力的目的。

Claims (5)

1.智能液压助力转向系统的电控装置，其特征是，包括检测传感器、多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路、稳压电源和电机驱动电路；所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路均与所述稳压电源相连接，由所述稳压电源为所述多通道信号输入接口电路、多路模拟转数字信号逻辑电路、智能逻辑单元电路和电机驱动电路提供电源；所述检测传感器均与所述多通道信号输入接口电路相连接，检测传感器将检测到的信号传输给所述多通道信号输入接口电路；所述多通道信号输入接口电路与所述多路模拟转数字信号逻辑电路相连接，所述多路模拟转数字信号逻辑电路与所述智能逻辑单元电路相连接；由多通道信号输入接口电路接收检测传感器发送的信号并传输给所述多路模拟转数字信号逻辑电路，所述多路模拟转数字信号逻辑电路将多通道信号输入接口电路发送的模拟信号转换为数字信号后发送给所述智能逻辑单元电路；所述智能逻辑单元电路接收所述多路模拟转数字信号逻辑电路发送的数字信号，并根据所述数字信号运算产生控制逻辑，并将控制逻辑发给电机驱动电路，通过电机驱动电路驱动用于控制步进节流阀（6）的步进电机（4）；所述电机驱动电路包括第一电机驱动电路和第二电机驱动电路；所述检测传感器包括点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器。

2.根据权利要求1所述的智能液压助力转向系统的电控装置，其特征是，所述智能逻辑单元电路包括智能控制器U1；所述第一电机驱动电路包括第一步进电机控制芯片U2和第一步进电机驱动芯片U3；所述第二电机驱动电路包括第二步进电机控制芯片U4和第二步进电机驱动芯片U5；所述点火开关触点、转角传感器、转矩传感器、车速传感器、转向油泵压力传感器、轴重传感器、温度传感器和电机电流传感器均与所述智能控制器U1相连接；所述第一步进电机驱动芯片U3通过所述第一步进电机控制芯片U2与所述智能控制器U1相连接，所述第二步进电机驱动芯片U5通过第二步进电机控制芯片U4与所述智能控制器U1相连接；第一步进电机驱动芯片U3和第二步进电机驱动芯片U5均与被控制的步进电机相连接；

电容C1、电阻R1和电阻R2均与所述第一步进电机控制芯片U2相连接，电阻R3和电阻R4均与所述第一步进电机驱动芯片U3相连接；

电容C2、电阻R5和电阻R6均与所述第一步进电机控制芯片U4相连接，电阻R7和电阻R8均与所述第一步进电机驱动芯片U5相连接。

3.根据权利要求1所述的智能液压助力转向系统的电控装置，其特征是，所述智能化控制器U1为单片机STC12C5A60S2。

4.根据权利要求1所述的智能液压助力转向系统的电控装置，其特征是，所述第一电机控制芯片U2和第二电机控制芯片U4均为步进电机专用控制器L297。

5.根据权利要求1所述的智能液压助力转向系统的电控装置，其特征是，所述第一电机驱动芯片U3和第二电机驱动芯片U5均为电机驱动芯片L298N。

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