CN104760613A - 一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种电磁转差离合器断电保护与提示故障系统，包括指示器，ECU，车载蓄电池，两个二极管，三个电流传感器，两个电子开关，蓄电池。所述三个电流传感器输出端与ECU对应处理外接供电电路、紧急电路和安全电路电流信号的输入端相连，指示器输入端与ECU对应故障信号的输出端相连。外部供电电路由车载蓄电池、二极管、电流传感器串联组成。安全电路由电子开关、二极管、电流传感器和蓄电池串联组成。紧急电路由电流传感器和电子开关串联组成。它应用ECU、电子开关进行安全电路和紧急电路的开闭，应用ECU、电流传感器和指示器对ESC失效之后的线路问题进行初步的判断。为ESC提供了一种低成本的故障报警方式，并使系统保持一定时间的稳定运行，保障了行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及车辆底盘转向系统与电磁电路领域，特别是涉及一种新型电磁液压助力转向系统动力元件的断电保护与故障告警技术。
背景技术
目前，电磁转差离合器(ESC)多采用励磁形式，励磁电流来自于ESC的三相电路，当三相电路故障时，励磁绕组中励磁电流偏小或者消失，直接导致ESC无法传递转矩，造成系统失效，助力立刻消失，引起驾驶员驾驶时的瞬间不适和之后的过多疲劳，从而导致不必要的交通隐患。本发明着重解决了励磁式电磁转差离合器励磁电路电流产生的磁场不足以驱动从动部分克服系统固有阻力，从而不发生转动，造成无法传递力矩，产生的助力转向系统立刻失效，带来的方向盘转向力矩突增问题。它应用ECU、电子开关进行安全电路和紧急电路的开闭，应用ECU、电流传感器和指示器对ESC失效之后的线路问题进行初步的判断。它为E-ECHPS助力转向系统的关键组件ESC提供了一种低成本的故障报警方式，并使系统保持一定时间的稳定运行，保障了行车安全。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种简易的、低成本的电磁转差离合器断电保护与故障提示系统及其方法。
本发明提供的一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，包括外部供电电路、安全电路、紧急电路、第一电子开关、ECU、指示器；
所述第一电子开关与电磁转差离合器的励磁绕组连接；
所述安全电路由蓄电池、第三电流传感器、第二二极管依次串联而成；
所述紧急电路由第二电子开关和第二电流传感器依次串联而成；
所述安全电路和所述紧急电路并联在电磁转差离合器的三相回收电路与第一电子开关之间；
所述外部供电电路由第一二极管、车载蓄电池和第一电流传感器依次串联而成；所述第一二极管与所述第三电流传感器连接，所述第一电流传感器与电磁转差离合器的励磁绕组连接；
所述ECU包括外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端和故障信号输出端；所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器分别与所述外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端连接，所述故障信号输出端连接所述指示器。
上述方案中，所述第一电子开关和第二电子开关均采用电磁继电器，所述第一电子开关的电磁继电器与外部供电电路连接，所述第二电子开关的电磁继电器与安全电路连接。
上述方案中，所述指示器采发光二极管提示并安装在驾驶室内，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器采用霍尔式电流传感器。
本系统所有回路均连接到车辆本身线路零线上。
电磁继电器由电磁铁、衔铁和动、静触点组成。当电磁铁通电，产生磁力，吸引衔铁，使触点克服弹簧力移动，从而使继电器闭合或断开。第一电子开关的电磁铁与外部供电电路相连，当外部供电电路的电流＜3A时，第一电子开关的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第一电子开关闭合，安全电路通路；第二电子开关与安全电路相连，当安全电路的电流＜3A时，第二电子开关的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第二电子开关闭合，紧急电路通路。
本发明还提供一种电磁转差离合器断电保护与故障提示方法，包括步骤如下：
步骤1，ECU接收外部供电电路第一电流传感器的信号；
步骤2，当外部供电电路电流＜3A时，第一电子开关的电磁继电器闭合，即第一电子开关闭合，安全电路通路，蓄电池经第二二极管、第一电子开关对励磁绕组供电；
同时，ECU经判断得出电磁转差离合器断电信号，传递给指示器，指示器发出警告，提示电磁转差离合器外部供电电路故障；
步骤3，ECU接收安全电路第三电流传感器的信号，当安全电路第三电流传感器发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池正常供电；当安全电路电流＜3A时，第二电子开关的电磁继电器闭合，即第二电子开关闭合，所述电磁转差离合器的三相电回收电路电流直接经过第二电子开关和第二电流传感器流向所述电磁转差离合器的励磁绕组；
步骤4，ECU接收紧急电路的第二电流传感器信号，当紧急电路第二电流传感器发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池电路故障，并传递给提示器；
步骤5，当外部供电电路第一电流传感器、安全电路第三电流传感器和紧急电路第二电流传感器电流信号均＜3A时，ECU判断系统失效，并传递给提示器；
步骤6，当外部供电电路电流≥3A时，第一电子开关的电磁继电器断开，即第一电子开关断开，外部供电电路正常工作，所述蓄电池储存三相电回收电路转换的转差功率，所述蓄电池经所述第三电流传感器、第一二极管给车载蓄电池充电。
电磁继电器由电磁铁、衔铁和动、静触点组成。当电磁铁通电，产生磁力，吸引衔铁，使触点克服弹簧力移动，从而使继电器闭合或断开。所述第一电子开关6和第二电子开关12采用电磁继电器。第一电子开关的电磁铁与外部供电电路相连，当外部供电电路的电流＜3A时，第一电子开关的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第一电子开关闭合，安全电路通路；第二电子开关的电磁铁与安全电路相连，当安全电路的电流＜3A时，第二电子开关的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第二电子开关闭合，紧急电路通路。
本发明的有益效果为：本发明着重解决了励磁式电磁转差离合器在励磁电路因为电流不足，导致产生的磁场不足以驱动从动部分克服系统固有阻力，从而不发生转动，造成无法传递力矩，助力转向系统立刻失效时，带来的方向盘转向力矩突增问题。它应用ECU、电子开关进行安全电路和紧急电路的开闭，应用ECU、电流传感器和指示器对ESC失效之后的线路问题进行初步的判断，为E-ECHPS助力转向系统的关键组件ESC提供了一种低成本的故障报警方式，并使系统在故障情况下保持一定时间的稳定运行，保障了行车安全。
附图说明
图1为一种电磁转差离合器断电保护与提示系统的结构示意图；
图2为一种电磁转差离合器断电保护与提示系统指示器示意图；
图3为一种电磁转差离合器断电保护与提示系统工作流程图。
图中：1-指示器；2-ECU；3-车载蓄电池；4-第一二极管；5-第一电流传感器；6-第一电子开关；7-第二电流传感器；8-第二二极管；9-第三电流传感器；10-蓄电池；11-电磁转差离合器(ESC)；12-第二电子开关。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的具体思路为：在正常行驶工况下，在必要时通过安全电路的通路，保证电磁转差离合器(ESC)在外接电路故障，产生供电不足，造成励磁线圈电流过低，使ESC中磁场相对较弱，从而无法驱动ESC从动部分转动这一故障情况下，保证系统能够正常工作，避免因转向助力突然消失造成的驾驶安全隐患；并通过安装在驾驶室内的提示装置显示故障部位，简化故障排查程序，缩短检修时间。
ESC作为本E-ECHPS转向助力系统的动力元件，承担传递转矩的作用。ESC的工作原理是电磁感应，工作时，ESC从动部件磁极通入励磁电流，产生恒定磁场，当ESC主动部分电枢由发动机带动旋转，电枢切割磁感线，电枢中产生感应电动势和感应电流，产生的感应电流与励磁绕组产生的恒定磁场相互作用，产生电磁转矩，从而带动从动部分转动。正由于ESC这一工作特性，当外接供电电路出现故障，导致外接供电电路无法提供电流产生励磁磁场时，ESC将无法传递转矩，整个助力系统会立刻失去作用，而变为纯机械式转向。本系统ESC采用外接电路供电形式。
如图1所示，一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，包括外部供电电路、安全电路、紧急电路、第一电子开关6、ECU2、指示器1；
所述第一电子开关6与电磁转差离合器11的励磁绕组连接；
所述安全电路由蓄电池10、第三电流传感器9、第二二极管8依次串联而成；
所述紧急电路由第二电子开关12和第二电流传感器7依次串联而成；
所述安全电路和所述紧急电路并联在电磁转差离合器11的三相回收电路与第一电子开关6之间；
所述外部供电电路由第一二极管4、车载蓄电池3和第一电流传感器5依次串联而成；所述第一二极管4与所述第三电流传感器9连接，所述第一电流传感器5与电磁转差离合器11的励磁绕组连接；
所述ECU2包括外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端和故障信号输出端；所述第一电流传感器5、第二电流传感器7、第三电流传感器9分别与所述外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端连接，所述故障信号输出端连接所述指示器1。
进一步的，所述第一电子开关6和第二电子开关12均采用电磁继电器，所述第一电子开关6的电磁继电器与外部供电电路连接，所述第二电子开关12的电磁继电器与安全电路连接。
进一步的，所述指示器1采用发光二极管并安装在驾驶室内，所述第一电流传感器5、第二电流传感器7、第三电流传感器9采用霍尔式电流传感器。
ECU 2作为汽车中常用的电子控制单元，可以很方便快捷的获得和处理所需信号，并将这些信号传递出去。电子开关，采用电磁继电器，电磁继电器由电磁铁、衔铁和动、静触点组成，实际应用广泛。电流传感器实时向ECU2传递线路上的电流数值。指示器1用以在故障情况下，根据ECU2传递的故障信号，显示是否故障和故障类型，本发明所用指示器1采用简单的发光二极管作为提示形式，ECU 2主控芯片选择飞思卡尔公司的K60N512芯片。
根据本发明所用ESC 11的设计，当励磁电流I＜3A时，它的从动部分即无法克服外部载荷阻力，从而无法转动、无法传递力矩，导致系统失效。所以励磁电路电流应始终保持大于等于3A的基础之上，才能保证系统的正常运行。
电磁继电器由电磁铁、衔铁和动、静触点组成。当电磁铁通电，产生磁力，吸引衔铁，使触点克服弹簧力移动，从而使继电器闭合或断开。所述第一电子开关6和第二电子开关12采用电磁继电器。第一电子开关6的电磁铁与外部供电电路相连，当外部供电电路的电流＜3A时，第一电子开关6的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第一电子开关6闭合，安全电路通路；第二电子开关12的电磁铁与安全电路相连，当安全电路的电流＜3A时，第二电子开关12的电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，即第二电子开关12闭合，紧急电路通路。
在外接电路出现故障，造成ESC转子励磁电路电流过小，产生的磁场强度不够，导致ESC 11从动部分无法克服转向泵阻力传递转矩。而此时，第一电子开关6因为外接供电电路电流＜3A而闭合，安全电路通路，ESC 11回收的转差电流从蓄电池10经过第三电流传感器9和第二二极管8直接流向励磁绕组电路。此时，系统由蓄电池10供电，在一定时间内保证了励磁电路电流I≥3A，系统能够在此时间内保持正常运行。而如果安全电路电流同样＜3A，由安全电路电流控制的第二电子开关12闭合，使紧急电路通路，将ESC三相电回收电路回收的电流直接供给给励磁绕组，保证了系统在紧急情况下的运行。
当第一电流传感器5产生电流信号，传递给ECU 2，ECU 2读取信号，产生系统故障信号传递给安装在驾驶室的指示器1，指示器1故障灯开启。此时，ECU2接收第二电流传感器9信号，并进行判断，当ECU 2发现此一信号低于预设电流3A时，ECU 2发出蓄电池10故障信号，并显示在指示器1上，而如果此时第三电流传感器8信号同样＜3A，ECU 2发出系统失效信号，显示在指示器1。
所述ECU 2采用型芯片，用于控制并计算外设单元器件的数据信息。ECU 2事先输入系统的数据包括：①外接供电电路电流信号Ip＜3A or Ip≥3A②蓄电池电路电流信号Id≥3A or Id＜3A③紧急电路电流信号Ie＝0or Ie≠0④指示器1三个指示灯开启信号1和关闭信号0。
所述第一电流传感器5、第二电流传感器7、第三电流传感器9采用闭环式霍尔式电流传感器，其工作原理为：当原边电流IP产生的磁通通过磁芯集中在磁路中，霍尔器件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边电流(IP)产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。
所述第一电子开关6和第二电子开关12采用电磁继电器。电磁继电器由电磁铁、衔铁和动、静触点组成。当电磁铁通电，产生磁力，吸引衔铁，使触点克服弹簧力移动，从而使继电器闭合或断开。第一电子开关6电磁铁通与外接供电电路相连，第二电子开关12电磁铁与安全电路相连，当电子开关所通电流＜3A时，电磁铁吸力不足以使衔铁克服弹簧力，继电器闭合，从而使相应电路通路。
所述第一二极管4、第二二极管7，因其单向性，使得所处电路电流单向流动，在线路短路和蓄电池的逆向放电时保护整个电路安全。
如图3所示，电磁转差离合器断电保护与提示系统的具体工作步骤如下：
步骤1，ECU2接收外部供电电路第一电流传感器5的信号；
步骤2，当外部供电电路电流＜3A时，第一电子开关6的电磁继电器闭合，即第一电子开关6闭合，安全电路通路，蓄电池10经第二二极管8、第一电子开关6对励磁绕组供电；
同时，ECU2经判断得出电磁转差离合器11断电信号，传递给指示器1，指示器1发出警告，提示电磁转差离合器11外部供电电路故障；
步骤3，ECU2接收安全电路第三电流传感器9的信号，当安全电路第三电流传感器9发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池10正常供电；当安全电路电流＜3A时，第二电子开关12的电磁继电器闭合，即第二电子开关12闭合，所述电磁转差离合器11的三相电回收电路电流直接经过第二电子开关12和第二电流传感器7流向所述电磁转差离合器11的励磁绕组；
步骤4，ECU2接收紧急电路第二电流传感器7信号，当紧急电路第二电流传感器7发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池10电路故障，并传递给提示器1；
步骤5，当外部供电电路第一电流传感器5、安全电路第三电流传感器9和紧急电路第二电流传感器7电流信号均＜3A时，ECU2判断系统失效，并传递给提示器1；
步骤6，当外部供电电路电流≥3A时，第一电子开关6的电磁继电器断开，即第一电子开关6断开，外部供电电路正常工作，所述蓄电池10储存三相电回收电路转换的转差功率，所述蓄电池10经所述第三电流传感器9、第一二极管4给车载蓄电池3充电。
所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，包括外部供电电路、安全电路、紧急电路、第一电子开关(6)、ECU(2)、指示器(1)；
所述第一电子开关(6)与电磁转差离合器(11)的励磁绕组连接；
所述安全电路由蓄电池(10)、第三电流传感器(9)、第二二极管(8)依次串联而成；
所述紧急电路由第二电子开关(12)和第二电流传感器(7)依次串联而成；
所述安全电路和所述紧急电路并联在电磁转差离合器(11)的三相回收电路与第一电子开关(6)之间；
所述外部供电电路由第一二极管(4)、车载蓄电池(3)和第一电流传感器(5)依次串联而成；所述第一二极管(4)与所述第三电流传感器(9)连接，所述第一电流传感器(5)与电磁转差离合器(11)的励磁绕组连接；
所述ECU(2)包括外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端和故障信号输出端；所述第一电流传感器(5)、第二电流传感器(7)、第三电流传感器(9)分别与所述外接供电电路电流信号输入端、紧急电路电流信号输入端、安全电路电流信号输入端连接，所述故障信号输出端连接所述指示器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，其特征在于，所述第一电子开关(6)和第二电子开关(12)均采用电磁继电器，所述第一电子开关(6)的电磁继电器与外部供电电路连接，所述第二电子开关(12)的电磁继电器与安全电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，其特征在于，所述指示器(1)采用发光二极管并安装在驾驶室内。
4.根据权利要求1所述的一种电磁转差离合器断电保护与故障提示系统，其特征在于，所述第一电流传感器(5)、第二电流传感器(7)、第三电流传感器(9)采用霍尔式电流传感器。
5.一种电磁转差离合器断电保护与故障提示方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1，ECU(2)接收外部供电电路第一电流传感器(5)的信号；
步骤2，当外部供电电路电流＜3A时，第一电子开关(6)的电磁继电器闭合，即第一电子开关(6)闭合，安全电路通路，蓄电池(10)经第二二极管(8)、第一电子开关(6)对励磁绕组供电；
同时，ECU(2)经判断得出电磁转差离合器(11)断电信号，传递给指示器(1)，指示器(1)发出警告，提示电磁转差离合器(11)外部供电电路故障；
步骤3，ECU(2)接收安全电路第三电流传感器(9)的信号，当安全电路第三电流传感器(9)发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池(10)正常供电；当安全电路电流＜3A时，第二电子开关(12)的电磁继电器闭合，即第二电子开关(12)闭合，所述电磁转差离合器(11)的三相电回收电路电流直接经过第二电子开关(12)和第二电流传感器(7)流向所述电磁转差离合器(11)的励磁绕组；
步骤4，ECU(2)接收紧急电路第二电流传感器(7)信号，当紧急电路第二电流传感器(7)发出电流≥3A的信号时，判断蓄电池(10)电路故障，并传递给提示器(1)；
步骤5，当外部供电电路第一电流传感器(5)、安全电路第三电流传感器(9)和紧急电路第二电流传感器(7)电流信号均＜3A时，ECU(2)判断系统失效，并传递给提示器(1)；
步骤6，当外部供电电路电流≥3A时，第一电子开关(6)的电磁继电器断开，即第一电子开关(6)断开，外部供电电路正常工作，所述蓄电池(10)储存三相电回收电路转换的转差功率，所述蓄电池(10)经所述第三电流传感器(9)、第一二极管(4)给车载蓄电池(3)充电。
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