CN104271410B - 一种驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种驱动装置(1)包括来自主电源(5)和辅助电源(7)的输入(2)。所述驱动装置(1)包括DC‑DC转换器(8)和电机驱动电路(14)。所述电机驱动电路(14)与电动座椅安全带卷收器的电机(18)连接。所述驱动装置(1)在碰撞情况下驱动所述电机(18)。如果所述驱动装置(1)与所述主电源(5)之间失去连接，则驱动装置(1)从所述辅助电源(7)中吸收电能以驱动所述电机(18)。所述辅助电源(7)也可以通过限制从主电源(5)所吸收的电流以协助主电源(5)。

Description

一种驱动装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置，更具体地涉及一种用于驱动电动座椅安全带卷收器电机的驱动装置。座椅安全带卷收器可用作电气安全带束力限制器。
背景技术
电动座椅安全带卷收器安装在车辆上，倘若车辆发生碰撞情况，电动座椅安全带卷收器收紧座椅安全带的松弛部分。电动卷收器收紧松弛部分将座椅安全带牵拉导向穿戴座椅安全带的乘员，使得乘员在碰撞情况下被正确地约束。电动卷收器也可在碰撞情况下或碰撞情况之后通过为安全带留出支出量以限制作用在座椅安全带的束力，从而限制乘员的减速度。
在正常的车辆工作中，传统的电动座椅安全带卷收器通过车辆的电气系统与车辆的电池连接以获得电力。然而，在碰撞情况下，车辆的电池与电动卷收器之间的供电通道可损坏。在这种情况下，电动卷收器由于卷收器内的电机不再与电源连接导致无法运行。
在另外的情况下，车辆的电池与电动卷收器之间的供电通道可没有损坏。在这种情况下，电动卷收器将会正确工作，但是卷收器所吸收的高电流脉冲可扰乱车辆的其他电子元件。
发明内容
有必要提供一种驱动电动座椅安全带卷收器的驱动装置，以使得在碰撞情况下当电动卷收器与电池脱离时，电动卷收器正确工作。也有必要提供一种为电动卷收器提供电流的驱动装置以减少车辆电气系统中的高电流脉冲。
本发明旨在提供一种改进的驱动装置。
根据本发明的一个方面，提供一种驱动车辆安全设备的电机的驱动装置，所述装置包括有电源输入、辅助电源、DC-DC转换器电路、电机驱动电路以及控制单元，所述电源输入设置为与主电源连接，所述DC-DC 转换器电路设置为至少工作在升压模式，所述DC-DC转换器电路包括有设置为与所述辅助电源连接的输入，所述电机驱动电路包括有与所述 DC-DC转换器电路的输出和所述电源输入连接的输入，所述控制单元与 DC-DC转换器电路连接，所述控制单元设置为当输入所述电机驱动电路的电压低于预设水平时，触发所述DC-DC转换器电路工作在所述升压模式，以增加所述电机驱动电路的输入电压。
优选地，所述辅助电源为超级电容器。
方便地，所述超级电容器包括多个超级电容器单元。
作为优选地，跨接在每个所述超级电容器单元两端提供有分路调节器，以调节施加于每个单元上的电压和电流。
优选地，所述驱动装置包括电压电流限制器以限制输入到所述超级电容器的电压和电流。
方便地，所述DC-DC转换器电路为双向转换器，所述双向转换器也设置为工作在降压转换器模式，当触发所述降压转换器模式时，将所述主电源的电压减少至更低水平且将减少的电压输入所述超级电容器。
作为优选地，所述控制单元与所述DC-DC转换器电路中的控制开关连接，且所述控制单元设置为响应于感应的所述主电源的电压和感应的所述超级电容器两端的电压，调整所述DC-DC转换器电路中的开关以使得所述DC-DC转换器电路工作在降压模式或者升压模式。
优选地，所述控制单元设置为接收来自碰撞传感器表示碰撞情况或者预期碰撞情况的信号。
方便地，所述驱动装置与电动座椅安全带卷收器的电机连接。
作为优选地，所述驱动装置包括速度传感器以感应电机的旋转速度并输出表示电机旋转速度的速度信号到所述控制单元。
优选地，所述电机驱动电路为H桥电机驱动电路。
根据本发明的另一个方面，提供一种如本发明技术方案1-11 中任一项所述的驱动装置连接的座椅安全带卷收器。
优选地，所述座椅安全带卷收器作为负载限制器使用。
附图说明
为了使本发明可以更容易地理解，并使得进一步的特征可以被认识，本发明实施例现在将通过例子并参照附图进行描述，其中附图为：
图1为依据本发明一个实施例的驱动装置的示意图，驱动装置与车辆电池和电机连接；
图2为本发明一个实施例的电路原理图；
图3为车辆正常工作时的超级电容器充电的图形表示；
图4a为典型碰撞情况时车辆的加速度的图形表示；
图4b为本发明一个实施例的电源线电压和超级电容器电压，在碰撞情况时的图形表示；
图4c为由本发明一个实施例的驱动装置所驱动的电机的速度，在碰撞情况时的图形表示，且；
图4d为流过由本发明一个实施例的驱动装置所驱动的电机的电流，在碰撞情况时的图形表示。
具体实施方式
首先参照附图中的图1，作为本发明的优选的实施例，驱动装置1 包括电源输入2，电源输入2包括正极输入端3和接地输入端4。电源输入2的端3、4在使用时与车辆的主电气电源连接，例如与车辆电池5连接。
本发明该实施例的驱动装置1包括用于限制从车辆电池5吸收的电压和电流的电压电流限制器6。
驱动装置1包括以超级电容器7为形式的辅助电源。超级电容器7 接在驱动装置1的正电源轨和接地电源轨之间。超级电容器7优选地包括多个串联的超级电容器单元。然而，在另外一个实施例中，辅助电源为单个超级电容器或者单个超级电容器单元。
驱动装置1包括与超级电容器7并联的升压电路8。升压电路8为包括正电压输入9、正电压输出10和接地连接11的DC-DC转换器。升压电路8与控制单元12连接，控制单元12设置为控制升压电路8以提升正电压输入端9的电压输入到更高电压。
升压电路8的正电压输出10连接到电机驱动电路14的输入13。电机驱动电路14也包括接地输入15，接地输入15与驱动装置1的接地轨连接。电机驱动电路14优选地为H桥电路。电机驱动电路与控制单元12 连接以接收来自控制单元12的信号。
电机驱动电路14包括输出端16、17，输出端16、17在使用时与电动座椅安全带卷收器(未示出)内的电机18连接。在一个实施例中，电动座椅安全带卷收器设置为作为载荷限制器使用以通过为座椅安全带留出支出量来限制作用在座椅安全带的束力，从而限制穿戴座椅安全带的乘员的减速度。
超级电容器7优选地为双电层电容器(EDLC)，其也被称为超级电容、赝电容器或者超电容器。超级电容器7与传统的电解电容器相比具有相对高的能量密度。在本发明实施例中，超级电容器7优选地为0.4F和16V 或以上。在优选的实施例中，超级电容器7包括六个超级电容器单元，每个超级电容器单元为2.75V和2.4F。根据超级电容器的工艺和工作温度，电容的电压优选地在2V至2.75V之间。
现在参照附图中的图2，超级电容器7优选地由六个串联的超级电容器单元7a～f组成。分路调节器，例如稳压二极管19a～f，优选地跨接在每个超级电容器单元7a～f两端，以调节每个超级电容器单元7a～f 两端的电压。分路调节器稳压二极管19a～f优选地调节超级电容器单元 7a～f两端的电压至2V至2.75V之间。
驱动装置1优选地包括电流控制设备20，电流控制设备20调节提供给超级电容器7的电流。在一个实施例中，电流调节器20将提供给超级电容器7的电流限制为2A。因此，超级电容器单元7a～f优选地在少于 4秒内充电。
在该优选实施例中，升压电路8构成了组合双向降压-升压DC-DC转换器21的一部分。DC-DC转换器包括四个开关Q1～Q4，四个开关Q1～Q4 优选地为场效应管。DC-DC转换器21进一步包括电感L，电感L优选地为3.3μΗ伴随至少40A的工作电流容量。DC-DC转换器21也包括电容C，电容C优选地为1000μF伴随至少25V的工作电压。
每个开关Q1～Q4与控制单元12连接，以接收来自控制单元12的开关信号以切换开关Q1-Q4打开和关闭。控制单元12包括至少一个电压传感器，电压传感器与正电压轨在箭头22所示的超级电容器7的正电压端连接，且与正电压轨在箭头23所示的DC-DC转换器21的输出连接。控制单元12也与电流控制设备20连接，使得控制单元12控制电流控制设备20。
DC-DC转换器21的输出与电机驱动电路14的高电压轨和低电压轨连接。电机驱动电路14优选地为H桥电路，H桥电路包括H桥配置中连接的四个开关Q5～Q8。H桥配置的输出端16、17在使用时与电机18连接。速度传感器24优选地与电机18连接，以感应电机18的旋转速度。速度传感器24与控制单元12连接，以向控制单元12传送表示电机18速度的信号。
车辆电池5与电机驱动电路14的正电压轨通过二极管D连接。二极管D优选地为功率二极管，该功率二极管能够在达到20A的电流下工作，优选地在超过20A的电流下工作。
控制单元12优选地与车辆的控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)连接，使得控制单元12接收来自车辆主控制系统的信号。控制单元12优选地与碰撞传感器连接，碰撞传感器设置为感应碰撞情况或者预测的碰撞情况。
在工作时，控制单元感应作为主电源的车辆电池5所提供的电压。控制单元12也感应超级电容器7两端的电压。在该实施例中，控制单元 12设置为在DC-DC转换器8中切换开关Q1～Q4，以在来自电池5的供电电压超过12V且超级电容器7两端的电压低于16.5V时，以2A的电流向超级电容器7充电。控制单元12设置为操作开关Q1～Q4，以使得DC-DC 转换器8向H桥电机驱动电路14提供优选为12V的电源线电压。
控制单元12自动对开关Q1～Q4进行调整，以根据来自电池5的供电电压和超级电容器7两端的电压，使DC-DC转换器电路8工作在升压模式或者降压模式。例如，当来自电池5的供电电压低于12V，控制单元 12触发DC-DC转换器8以增加或者减少源于超级电容器7的辅助电源的电压，以维持电机驱动电路14的供电电压在12V。
现在参照附图中的图3，DC-DC转换器电路8在车辆正常工作时工作在两个状态。
状态1：从电源线到超级电容器的降压模式
当控制单元12感应到超级电容器7两端的电压小于来自电池5的电源线电压时，控制单元12操作DC-DC转换器8工作在降压模式，利用从车辆电池5吸收的电流对超级电容器7充电。控制单元12通过脉冲宽度调制(PWM)信号调整开关Q4，以打开或者关闭开关Q4。控制单元12通过补偿PWM信号调整开关Q3，使得开关Q3作为同步整流二极管。控制单元12打开开关Q1且关闭开关Q2。控制单元12通过控制施加在开关Q3、 Q4上的PWM信号的占空比，控制对超级电容器7的供电电流。
状态2：从电源线到超级电容器的升压模式
控制单元12打开开关Q4且关闭开关Q3。控制单元12通过PWM信号调整开关Q2，并通过补偿PWM信号调整开关Q1，使得开关Q1作为同步整流二极管。由施加在开关Q1、Q2上的PWM调制的占空比控制从电源线供给到超级电容器的电流。
在车辆正常工作时，控制单元12控制DC-DC转换器8工作在状态1 或者状态2，使得DC-DC转换器8自动在降压模式和升压模式之间切换，以保持对超级电容器7充电。
倘若车辆发生碰撞情况，车辆受力使得车辆以图4a近似的方式加速和减速。在碰撞情况下电池5和驱动单元1之间的主电源通道可能被损坏，使得没有电压从电池5输入。电池电压的丢失如图4b的图形表示。当电池的电压丢失导致电池成为驱动装置1上的等效串联电阻(ESR)模块时，向H桥电路14的电压输入会有立即的下降。
控制单元12感应到来自电池5的电压下降，触发DC-DC转换器8工作在第三状态，在第三状态下，DC-DC转换器8工作在降压模式，以减少来自超级电容器7的电压至与电池5的电源线电压相同。
状态3：从超级电容器到电源线的降压模式
控制单元12通过PWM信号调整开关Q1，并通过补充PWM信号调整 Q2，使得Q2作为同步整流二极管。控制单元12打开开关Q4且关闭开关 Q3。
当来自超级电容器7的电压下降至低于电源线电压，控制单元12控制DC-DC转换器8工作在第四状态，在第四状态下，DC-DC转换器8提升来自超级电容器7的电压至电源线电压。
状态4：从超级电容器到电源线的升压模式
控制单元12打开开关Q1且关闭开关Q2。控制单元12通过PWM命令调整开关Q3，并通过补充PWM命令调整开关Q4，使得开关Q4作为同步整流二极管。
现在参照附图中的图4c，控制单元12通过操作DC-DC转换器8工作在升压模式或者降压模式以尽可能长时间地将电机18两端的电压维持在电源线电压，从而控制电机18的旋转速度。控制单元12响应于所感应的电源线电压和所感应的超级电容器7两端的电压，自动切换DC-DC转换器8。
在本发明的实施例中，辅助电源的形式为超级电容器7，以在电动卷收器与车辆的主电源脱离时，为电动座椅安全带卷收器供电。在其他电动卷收器没有与车辆的主电源脱离的情况下，辅助电源提供电流以补充主电源向电动卷收器所提供的电流。这会有助于限制从车辆主电源所吸收的电流。因此，驱动装置减少了电动卷收器工作时在车辆电气系统中产生的电流峰值。
当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”、“包括有”及其变异意味着包括特定的特征、步骤或整体。该术语不被解释为排除其他特征，步骤或部件的存在。
前面的描述或者接下来的权利要求或者附图中所公开的特征，以具体形式或者从手段方面来表达，以展现其所公开的功能、或者达到所公开结果的方法或者流程，适当地可以单独或者以这些特征的任意组合来实现本发明的不同形式。

Claims (9)

1.一种连接到电动座椅安全带卷收器中的电机(18)的驱动装置，所述装置包括有：
设置为与主电源(5)连接的电源输入(2)；
超级电容器(7)；
设置为工作在升压转换器模式和降压转换器模式的双向DC-DC转换器电路(8)，所述双向DC-DC转换器电路(8)包括有设置为与所述超级电容器(7)连接的输入(9)；
电机驱动电路(14)，包括有与所述双向DC-DC转换器电路(8)的输出和所述电源输入(2)连接的输入(13)，所述电机驱动电路(14)还包括与所述电动座椅安全带卷收器的电机(18)连接的输出以及；
与所述双向DC-DC转换器电路(8)连接的控制单元(12)，所述控制单元(12)设置为触发所述双向DC-DC转换器电路(8)以：
当所述控制单元(12)感应到所述超级电容器(7)两端的电压低于所述主电源(5)的电压时工作在降压转换器模式，使得双向DC-DC转换器电路(8)将主电源(5)的电压减少到更低水平并且将减少的电压输出至超级电容器(7)从而向所述超级电容器(7)充电，
当所述控制单元(12)感应到所述超级电容器(7)两端的电压高于所述主电源(5)的电压时工作在升压转换器模式，使得所述双向DC-DC转换器电路(8)将所述主电源(5)的电压增加到更高水平并且将所述增加的电压输出至所述超级电容器(7)从而向所述超级电容器(7)充电，
其中，如果所述双向DC-DC转换器电路(8)从碰撞传感器接收表示碰撞情况或预期碰撞情况的信号，所述控制单元(12)被配置成触发所述双向DC-DC转换器电路(8)以：
当所述控制单元(12)感应到所述超级电容器(7)两端的电压高于所述主电源(5)的电压时工作在降压转换器模式，使得所述双向DC-DC转换器电路(8)将所述超级电容器(7)的电压减少到较低水平并且将减少的电压输出至电机驱动电路(14)以驱动所述电动座椅安全带卷收器内的所述电机(18)，以及
当所述控制单元(12)感应到所述超级电容器(7)两端的电压低于所述主电源的电压时工作在升压转换器模式，使得所述双向DC-DC转换器电路(8)将所述超级电容器(7)的电压增加到较高水平并且将所述增加的电压输出至所述电机驱动电路(14)从而驱动所述电动座椅安全带卷收器内的所述电机(18)。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述超级电容器(7)包括多个超级电容器单元(7a～f)。
3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，跨接在每个所述超级电容器单元(7a～f)两端提供有分路调节器(19a～f)，以调节施加于每个超级电容器单元(7a～f)上的电压和电流。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括电压电流限制器(6)以限制输入到所述超级电容器(7)的电压和电流。
5.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元(12)与所述双向DC-DC转换器电路(8)中的控制开关(Q1～Q4)连接，且所述控制单元(12)设置为响应于感应的所述主电源的电压和感应的所述超级电容器(7)两端的电压，调整所述双向DC-DC转换器电路(8)中的开关(Q1～Q4)以使得所述双向DC-DC转换器电路(8)工作在降压模式或者升压模式。
6.如前述权利要求任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括速度传感器(24)以感应电机(18)的旋转速度并输出表示电机(18)旋转速度的速度信号到所述控制单元(12)。
7.如权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述电机驱动电路(14)为H桥电机驱动电路。
8.一种安全带卷收器，所述安全带卷收器包括如前述权利要求任一项所述的驱动装置。
9.如权利要求8所述的安全带卷收器，其特征在于，所述座椅安全带卷收器作为负载限制器使用。
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