CN106828594A - 一种汽车电动液压助力转向泵总成 - Google Patents

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李连祥
张伟
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Abstract

本发明公开了一种汽车电动液压助力转向泵总成，包括转向泵、油壶以及电机，所述油壶固定于电机的定子机壳上，所述电机的输出轴通过联轴器与转向泵的输入轴连接，所述电机为永磁同步电机，所述电机的定子机壳一侧通过密封胶固定有一罩盖，所述罩盖的内侧固定安装有用于驱动并控制电机工作的控制单元。本发明采用永磁同步电机驱动，其可以闭环控制，产品体积和重量减小、变轻；转向泵采用直流驱动，不需要外设DC‑AC逆变器，避免能量损耗，节约能源；控制单元直接封闭设置于产品上，密封防水性能好，防护等级达到IP67以上，适用整车任何装配环境；控制单元集成化，零部件少，结构简单，整车应用方便，管、线装配连接路线短，损耗小、整车应用轻量化。

Description

一种汽车电动液压助力转向泵总成
技术领域
本发明属于车辆转向系统技术领域，特别是一种汽车电动液压助力转向泵总成。
背景技术
随着汽车转向系统的发展，目前在汽车转向系统包括液压助力转向系统(HPS)、电动液压助力转向系统(EHPS)和电动助力转向系统(EPS)。电动助力转向系统已经逐步在乘用车上普及，相关技术已经逐步成熟。但在商用车，特别是商用车新能源汽车上，电动助力转向系统因为材料原因短时间内不能得到应用及普及，而电动液压助力转向系统助力功率大，同时不需要传统燃油发动机的驱动，特别适用于商用车新能源汽车。
目前商用车新能源汽车广泛使用的方案是“交流异步电机+叶片泵”或“交流永磁同步电机+叶片泵”通过DC-AC逆变器驱动的方式。以上方案仅停留在解决提供转向助力的阶段，存在很多技术隐患和能源浪费。
现有的电动助力转向系统所存在的不足包括：第一，驱动系统与电机本体相对独立，不能有效的发挥电机的功率，产品本身体积大，质量重；第二，驱动电源为交流，需要将车身电源通过DC-AC转换成交流电，转化过程中产生能量损耗；第三，产品防护等级低，多为开放式结构，对使用环境要求高；第四，产品零部件多且散乱，整车应用复杂，由于管、线装配连接路线长，造成损耗、整车重量增加等不良影响。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种体积和重量减小、能耗低、防护等级高、结构紧凑的汽车电动液压助力转向泵总成。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种汽车电动液压助力转向泵总成，包括转向泵、油壶以及电机，所述油壶固定于电机的定子机壳上，所述电机的输出轴通过联轴器与转向泵的输入轴连接，所述电机为直流无刷电机，所述电机的定子机壳一侧通过密封胶固定有一罩盖，所述罩盖的内侧固定安装有用于驱动并控制电机工作的控制单元。
作为优选的实施方式，所述控制单元为板状结构，其底部设有散热器，控制单元通过散热器固定于罩盖内侧。
作为优选的实施方式，所述罩盖上设有与控制单元连接的信号航插和电源航插，信号航插、电源航插与罩盖之间设有O型密封圈。
作为优选的实施方式，所述电机的定子机壳的底部设有减震橡胶。
作为优选的实施方式，所述控制单元包括电机转向控制模块、PI调节电机输出控制模块、电机电流输入模块和功率电源处理模块；所述电机转向控制模块根据实时获取的转向参数信号判断车辆的行驶状态和转向状态，确定应提供的助力大小，同时向电机发出控制信号，使电机以相应的转速驱动转向泵运转；所述PI调节电机输出控制模块根据给定值和实际值构成控制偏差，对电机进行输出控制；所述电机电流输入模块向电机提供输入电流；所述功率电源处理模块提供直流工作电压。
作为优选的实施方式，所述转向参数信号包括汽车方向盘转角、汽车转向盘角速度、汽车车速、汽车发动机转速和汽车电动机的转速。
作为优选的实施方式，所述电机电流输入模块通过增加电机电流输入，配合电机的过载能力预留，使得电机功率在一定时间内达到三倍最大过载。
作为优选的实施方式，所述功率电源处理模块通过PWM占空比调节实现DC150V～DC720V电压供电。
作为优选的实施方式，所述控制单元还包括用于与汽车控制系统通讯的CAN通讯模块，根据汽车车速信号和汽车方向盘转角信号实现多变量模糊控制。
转向泵采用直流驱动，不需要设置DC-AC逆变器，避免能量损耗，节约能源；控制单元直接封闭设置于产品上，密封防水性能好，防护等级达到IP67以上，适用整车任何装配环境；控制单元集成化，零部件少，结构简单，整车应用方便，管、线装配连接路线短，损耗小、整车应用轻量化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明控制单元的控制原理框图。
附图说明：1-转向泵，2-电机，3-油壶，4-罩盖，5-控制单元，6-信号航插，7-电源航插，8-减震橡胶。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
参照图1和图2，本发明的汽车电动液压助力转向泵总成主要由转向泵1、电机2、油壶3、罩盖4以及控制单元5组成。
电机2本体部分采用高性能耐高温稀土磁钢，其定子线圈设计为过载最大可满足3倍短时过载，通过设计定子线圈反电动势Ke(RMS)和供电电压之间的比例确定过载倍数和过载时间，实现电机过载能力预留。为了保证整体的防护性能，电机2的前盖和定子机壳之间需要设置O型密封圈。电机2为永磁同步电机，直流电源输入，通过控制单元处理驱动工作，具体可以为BLDC、PMSM及开关磁阻电机不同控制方式。
油壶3固定于电机2的定子机壳上，电机2的输出轴通过联轴器与转向泵1的输入轴连接，油壶3的输出端与转向泵1相连。同样道理，为了保证整体的防护性能，转向泵1止口与前盖处也应设有O型密封圈。
电机2的定子机壳一侧设有开口，罩盖4通过密封胶固定于该处，实现整体密封。控制单元5设于罩盖4的内侧，用于驱动和控制电机2工作。为了保证产品可靠性和耐候性，本发明控制单元所用的电子元器件均采用汽车级或高于汽车级元器件。具体地，控制单元5设为板状结构，其底部设有散热器，控制单元5通过散热器固定于罩盖4内侧。如图所示，为了确保罩盖4能够实现良好的散热效果，罩盖4上一般设有散热片。采用以上特殊散热结构，高耐候条件的汽车元器件，可以保证整机可以在-40～+120℃的宽温度范围内使用。
罩盖4上设有与控制单元5连接的信号航插6和电源航插7，信号航插6、电源航插7与罩盖4之间设有O型密封圈。控制单元5利用信号航插6可以实现与外部的信号通讯连接，利用电源航插7则可以与外部电源相连，获得工作电源。另外，电机2的定子机壳的底部优选设有减震橡胶8，安装时通过减震橡胶8固定，以达到良好的减震效果。
下面对本发明的控制单元进行详细说明。
控制单元5包括电机转向控制模块、PI调节电机输出控制模块、电机电流输入模块和功率电源处理模块，还包括CAN通讯模块。
电机转向控制模块根据实时获取的转向参数信号判断车辆的行驶状态和转向状态，确定应提供的助力大小，同时向电机2发出控制信号，使电机2以相应的转速驱动转向泵1运转。转向参数信号包括汽车方向盘转角、汽车方向盘角速度、汽车车速、汽车发动机转速和汽车电动机的转速。
PI调节电机输出控制模块根据给定值和实际值构成控制偏差，对电机2进行输出控制。其具体控制原理参照附图2。
电机电流输入模块向电机2提供输入电流，通过改变向电机2的输入电流，配合前述的电机预留过载能力，可以使得电机功率在短时间内可以最大过载3倍，按照电机功率体积的基本原理，电机2达到同样的功率输出，本发明可以在短时间内用1/3单位体积的电机达到1单位体积电机的功率输出。因此本发明可以从源头上将电机重量、体积减轻40％～70％。
功率电源处理模块提供直流工作电压。目前新能源商用车整车电池电压基本在两个电压平台下，分别是DC310V和DC540V，对应交流三相和同国家电网能对应，即使少部分车型没有按此规格，也都在两个平台附近。同时车身电压在满电和亏电状态下有一定的压降，考虑到本发明应用的广泛性，本发明通过电源稳压处理，通过PWM占空比变化范围实现宽范围的电源供电，保证DC150V～DC720V的电压供电。本发明将功率电源处理模块集成到控制单元5内，和电机2本体集成，同时也解决了交流电机外接逆变器的问题，有效减少整车装备时的工序和过程控制要求，增强整车应用的便捷性和质量稳定性。
CAN通讯模块预留有和整车通讯的接口，利用此接口可以实现和整车的控制系统通讯，实现与整车的数据交互。控制单元5可以接收来自整车的信号，根据汽车车速信号和汽车方向盘转角信号等实现多变量模糊控制，最大程度上满足整车操纵手感和能耗节约。
电机2内优选设有与控制单元5连接的温度传感器，当温度传感器检测温度处于特定的温度区间时，控制单元输出信号使得汽车整机按照一定比例减少输出，保证整机助力状态的同时，减少温升，实现温度保护。具体实施时，所设定的温度区间可以为多个，温度处于不同的温度区间时，整机输出所减少的比例也会相应调整。另外本发明在控制单元5中可以进一步设置安全保护模块，通过安全保护模块可实现短路、断路和电压泄露等人员安全保护。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但不是穷尽性的例举，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车电动液压助力转向泵总成，包括转向泵、油壶以及电机，所述油壶固定于电机的定子机壳上，所述电机的输出轴通过联轴器与转向泵的输入轴连接，其特征在于：所述电机为直流无刷电机，所述电机的定子机壳一侧通过密封胶固定有一罩盖，所述罩盖的内侧固定安装有用于驱动并控制电机工作的控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述控制单元为板状结构，其底部设有散热器，控制单元通过散热器固定于罩盖内侧。
3.根据权利要求1所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述罩盖上设有与控制单元连接的信号航插和电源航插，信号航插、电源航插与罩盖之间设有O型密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述电机的定子机壳的底部设有减震橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述控制单元包括电机转向控制模块、PI调节电机输出控制模块、电机电流输入模块和功率电源处理模块；所述电机转向控制模块根据实时获取的转向参数信号判断车辆的行驶状态和转向状态，确定应提供的助力大小，同时向电机发出控制信号，使电机以相应的转速驱动转向泵运转；所述PI调节电机输出控制模块根据给定值和实际值构成控制偏差，对电机进行输出控制；所述电机电流输入模块向电机提供输入电流；所述功率电源处理模块提供直流工作电压。
6.根据权利要求5所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述转向参数信号包括汽车转向盘转角、汽车转向盘角速度、汽车车速、汽车发电机转速和汽车电动机的转速。
7.根据权利要求5所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述电机电流输入模块通过增加电极电流输入，配合电机的过载能力预留，使得电机功率在一定时间内达到三倍最大过载。
8.根据权利要求5所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述功率电源处理模块通过PWM占空比调节实现DC150V～DC720V电压供电。
9.根据权利要求5所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述控制单元还包括用于与汽车控制系统通讯的CAN通讯模块，根据汽车车速信号和汽车方向盘转角信号实现多变量模糊控制。
10.根据权利要求5所述的一种汽车电动液压助力转向泵总成，其特征在于：所述电机内设有与控制单元连接的温度传感器，当温度传感器检测温度处于特定的温度区间时，控制单元输出信号使得汽车整机按照一定比例减少输出，实现温度保护。
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