CN108177690B - 一种新能源轿车转向系统控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源轿车转向系统控制器,包含了英飞凌2000系列微处理器模块、CAN通信端口模块、泵转速信号输出模块、温度检测模块、电源模块、点火信号处理模块。由车载电瓶为本控制器提供电源,其工作受控于汽车点火钥匙信号。通过本发明可以实现现有的FOCUSE汽车电控液压助力转向泵可控运行,最终应用于国产纯电动汽车上,提供转向助力。
Description
技术领域
本发明涉及了新能源轿车控技术领域,具体涉及一种新能源轿车转向系统控制器。
背景技术
为加强应对《巴黎协定》的要求,即气候变化给全球带来的威胁,把全球平均气温较工业化前水平升幅控制在2摄氏度之内,在国家政策推广鼓励下,伴随着轿车需求和使用量的逐年增加,新能源轿车技术发展如雨后春笋,节节高升,以至于追求零污染、零排放的电动轿车应用而生。转向系统作为安全运行最主要的部件,其转向性能和安全性能越来越引起人们的重视。
目前国内的电动汽车的多种多样,以电瓶为例,电动大型客车电瓶电压一般接近600V,纯电动客车电压大多300V左右。轿车根据车的造价采用了直流电机、永磁同步和交流异步电机,电压分别有48V、72V、96V等,所以电动助力转向系统具体实施是不同的,其原理是车载电瓶通过转换成为交流电来作为电机的电源,由专用驱动电路板驱动三相电机运转而直接对转向轮形成推力,起到辅助转向功能。
由于目前市场上燃油轿车数量仍是主体,人们对燃油轿车的认识非常深入,对其采用的电动转向包括(电控液压助力转向)EHPS和(电动助力转向)EPS有了较为全面的认识。
综上所述,目前电动轿车在应用电子转向技术方面存在如下不足:
现有大量纯电动商务轿车虽然以电为基础,所参与的技术也以纯电动技术为主体,但总体结构均采用了原有车身和底盘,这样就造成了在安装电动方向机时需要对底盘做大的改动,不利于产品的转化速度。同时国内市场上大功率纯电动转向机产品的研发还没有形成产品,不具备与整车进行配套。而现有的电液转向助力泵虽然和原来的转向系统所采用的液压体系很容易对接,但车身没有了发动机,纯液压转向助力泵无法运行。如果采用电控液压助力转向泵,车身又不具备CAN通讯协议,使该电液泵不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有电液转向助力泵技术的不足,提供一种沿用其原有发动机直代转向泵的油路结构,将市场上现有的转向泵应用到纯电动轿车,并能够保证在纯电动轿车正常工作,为纯电动轿车转向提供转向助力的新能源轿车转向系统控制器。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种新能源轿车转向系统控制器,其特征在于:含有电源模块1连接到12V车载电瓶BAT、点火信号处理模块2连接到车身钥匙控制信号Ig,电源模块(1)、点火信号处理模块2和温度检测模块3分别连接到微处理器模块CPU4对应的输入端口,微处理器模块CPU4的输出端口连接到(控制局域网)CAN通信端口模块5和泵转速信号输出模块6,CAN通信端口模块5和泵转速信号输出模块6两路模块信号同时连接到转向泵M插座的通讯信号端口和扭矩传感器信号端口;其中:
所述的电源模块1为转向系统控制器提供电压:
所述的点火信号处理模块2将汽车点火信号进行分压整形:
所述的温度检测模块3监视控制器的工作温度,过温保护;
所述的微处理器模块CPU4进行信号接收、生成、处理和发送;
所述的CAN通信端口模块5与车身网络进行数据交换;
所述的泵转速信号输出模块6;将可识别信号输入到泵扭矩端口。
所述的电源模块1、点火信号处理模块2、温度检测模块3、协议的CAN通信端口模块5和泵转速信号输出模块6分别为:
电源模块
电源模块U8为专用电源芯片TLE4271-2,车载电瓶通过端口J9连接到电源模块U8的1脚,端口J9与地之间跨接电容C33;2脚为使能端,接收外部的控制信号连接到点火信号处理模块的输出端;3脚与主控部分微处理器模块CPU的62脚相连,同时对地跨接电容C50;4脚接地;5脚接电容C6和电容C61,电容C6和电容C61的另一端同时接地;6脚连接主控部分微处理器模块CPU的38脚;7脚为输出端,对地接电容C65和电容C53;
点火信号处理模块
输入信号通过端口J5连接电阻R72,电阻R72另一端连接电容C58和电阻R18,电容C58另一端接地,电阻R17和电容C14跨接在电阻R18另一端和地之间,同时电阻R18另一端连接到电源模块U8的2脚,电源模块U8的2脚作为受控端受控于点火信号处理模块(2);
温度检测模块
电阻R80和电阻R26将Vcc进行分压,将分压值输入到微处理器模块CPU的19脚,分压值对地并接电容C39进行滤波;
CAN通信端口模块
CAN通信端口模块为二端接口J3,CAN通信端口模块信号通过二端接口J3连接到被控转向泵的通讯电控,第一脚为CANH,2脚为CANL;信号转换芯片U2为CAN通信端口模块信号转换芯片,作用是将微处理器模块CPU的控制信号转换成CAN通信端口模块信号,以实现对转向泵M的运行进行控制;
泵转速信号输出模块
泵转速信号输出模块的端口为三端接口J1,三端接口J1的1脚连接转角信号供电端,由电阻R64和电阻R9将该电压进行分压,分压信号输入到微处理器模块CPU的AD转换脚20,电容C56,电容C56的另一端接地,电阻R64的另一端连接电容C7和,然后连接到主控部分微处理器模块CPU的20脚,转角控制信号由CPU的28脚输出,该脚连接电阻R57,电阻R57的另一端连接到电阻R16、电容C18和三极管Q1的1脚,电阻R16和电容C18的另一端接地;三端接口J1的3脚连接到三极管Q1的2脚,三极管Q1的1脚同时和电阻R16、电容C18、电阻R57相连,三极管Q1的3脚和电阻R16与电容C18的另一端同时连接到地,电阻R57的另一端连接主控部分微处理器模块CPU的28脚。
所述的新能源轿车转向系统控制器的控制器线路板嵌入泵体壳内,并和泵体形成嵌入式结构,控制器线路板和转向泵内电路板重叠排放。
一种新能源轿车转向系统控制器的控制方法,其特征在于:所述的点火信号处理模块(2)将汽车点火信号接入电源模块(1)启动,输出5V电压供给微处理器模块CPU(4),使微处理器模块CPU正常工作,然后,微处理器模块CPU生成CAN通信端口模块通信协议数据包,通过CAN通信端口模块(5)发送到转向泵(M),使其正常运行,同时微处理器模块CPU(4)生成对应转速驱动信号通过泵转速信号输出模块(6)连接到转向泵(M)控制其运行速度;以提供合适的助力,在控制器的运行过程中始终检测其工作温度,一旦异常,及停止工作。
微处理器模块
所述的微处理器模块CPU为Infineon2000系列32位的微处理器模块,晶体值为4M,连接在60和61之间,转角供电电压检测信号连接到20脚,温度检测信号连接到19脚,CAN通信端口模块信号连接到串口信号由27和29脚输出到CAN通信端口模块信号转换芯片U2,信号转换芯片U2选用型号为6250PG,,转角控制信号连接到28脚;J6为程序读写端口,分别连接微处理器模块CPU对应端。
本发明的实质性突出特点和应用效果为:
通过本发明一种新能源轿车转向系统控制器与轿车电控液压助力转向泵FOCUSE连接,可以达到新能源轿车行驶过程中对该转向泵的有效控制,是其在新能源轿车中获得广泛应用成为一种可能。
本发明为驾驶员提供了一款转向性能和安全性能兼备的转向泵的控制单元,本发明借用了市场上现有轿车电控液压助力的转向泵FOCUSE,引用到纯电动轿车生产中来的方案。该泵具有驱动功率大、运行稳定、实施方案具有可操作性等特点,与本发明控制器有机组合,构成一款独立性能的轿车转向助力总成,从而使国内汽车生产装配过程中零部件的采购增加了可选择的方案。
车载12V电瓶为轿车电控液压助力泵FOCUSE和本发明新能源轿车转向系统控制器提供电源,钥匙信号使所述控制器启动,正常运行,然后将所生产的控制信号发送给转向泵,使转向泵高速运转,与之连接转向泵使流经液压油产生高压形成推力即转向助力。
本控制器集成于单块线路板,和泵体形成嵌入式结构,控制器线路板和转向泵内电路板重叠排放,连接紧凑,不影响外部安装。
附图说明
图1为本发明内部模块连接框图;
图2为本发明CAN通信端口模块电路图;
图3为本发明泵转速信号输出模块电路图;
图4为本发明温度检测模块电路图;
图5为本发明电源模块电路图;
图6为本发明点火信号处理模块电路图;
图7为本发明主控微处理器模块CPU及外围模块电路图。
图8为本发明一种新能源轿车转向系统控制器总的电器连接框图。
具体实施方式
以下结合附图详细本发明的具体实施方式
如图1所示,本发明一种新能源轿车转向系统控制器,含有电源模块1连接到12V车载电瓶BAT、点火信号处理模块2连接到车身钥匙控制信号Ig,电源模块1、点火信号处理模块2和温度检测模块3分别连接到微处理器模块4对应的输入端口,微处理器模块4的输出端口连接到控制局域网CAN通信端口模块5和泵转速信号输出模块6,CAN通信端口模块5和泵转速信号输出模块6两路模块信号同时连接到转向泵M插座的通讯信号端口和扭矩传感器信号端口;其中:
所述的电源模块1为转向系统控制器提供电压:
所述的点火信号处理模块2将汽车点火信号进行分压整形:
所述的温度检测模块3监视控制器的工作温度,过温保护;
所述的微处理器模块CPU4进行信号接收、生成、处理和发送;
所述的CAN通信端口模块5与车身网络进行数据交换;
所述的泵转速信号输出模块6;将可识别信号输入到泵扭矩端口。
点火信号处理模块2将汽车点火信号接入本控制器触发电源模块(1)启动,输出5V电压供给微处理器模块CPU4,使微处理器模块CPU正常工作,然后微处理器模块CPU生成CAN通信端口模块协议数据包,通过CAN通信端口模块5发送到转向泵(M),使其正常运行,同时微处理器模块CPU4生成对应转速驱动信号通过泵转速信号输出模块6连接到转向泵(M)控制其运行速度。以提供合适的助力。在控制器的运行过程中始终检测其工作温度,一旦异常,及停止工作。
本发明所绘制电路板按功能划分为:CAN通信端口模块、泵转速信号输出模块、温度检测模块、电源模块、点火信号处理模块和微处理器模块CPU及外围模块。下面结合附图具体介绍各功能的电路连接。
如图2所示,CAN通讯端口模块:本通讯端口为二端接口J3,二端接口J3的1脚连接电阻R4,二端接口J3的2脚连接电阻R5,电阻R6和电容C3的一脚同时连接到地,电阻R5、电阻R4、电容C3和电阻R6的另一脚共同连接到电阻R3,电阻R3的另一脚连接到供电电压Vcc;端口J2的1、2端再分别连接到L10两端,另两端连接到信号转换芯片U2的6、7脚,U2的8脚接地,1和4脚分别连接微处理器模块CPU的27和29端。电容C4跨接在供电电压Vcc和地之间。本模块将CPU生成的启动信号发送到转向泵,使其能够正常运转;
如图3所示,泵转速信号输出端口模块:本端口为三端接口J1,三端接口J1的1脚连接电阻R64和电容C56,电容C56的另一端接地,电阻R64的另一端连接电容C7和电阻R9,然后连接到微处理器模块CPU的20脚,电容C7和电阻R9的另一端接地;三端接口J1的2脚连接到地;三端接口J1的3脚连接到三极管Q1的2脚,三极管Q1的1脚同时和电阻R16、电容C18、电阻R57相连,三极管Q1的3脚和电阻R16与电容C18的另一端同时连接到地,电阻R57的另一端连接主控部分微处理器模块CPU的28脚。本模块将CPU生成的转向泵转速信号发送到转向泵,使其运转可控;
如图4所示,温度检测模块:电阻R80与电容C39并联,一端接地,另一端与电阻R26和主控部分微处理器模块CPU的19脚同时相连,电阻R26另一端连接供电电压Vcc。
如图5所示,供电模块:供电模块U8为电源芯片,1脚连接到J9,J9与地之间跨接电容C33;2脚接收来至外围的控制信号;3脚与微处理器模块CPU的62脚相连,同时对地跨接电容C50;4脚接地;5脚接电容C6和电容C61,电容C6和电容C61的另一端同时接地;6脚连接微处理器模块CPU的38脚;7脚为输出端,对地接电容C65和电容C53。本模块将将车载电瓶电压变换为+5V的稳压,为控制器提供电源;
如图6所示,点火信号处理模块:输入信号通过端口J5连接电阻R72,电阻R72另一端到电阻R18和电容C58,电容C58另一端接地,在电阻R18另一端与地之间并接电阻R17和电容C14,同时作为本控制器的控制信号连接到供电模块U8的2脚。电源模块U8的2脚作为受控端受控于点火信号处理模块2。
如图7所示,微处理器模块CPU及外围:微处理器模块CPU为Infineon2000系列32位的微处理器模块,晶体值为4M,连接在60和61之间,转角供电电压检测信号连接到20脚,温度检测信号连接到19脚,CAN通信端口模块信号连接到串口信号由27和29脚输出到CAN通信端口模块信号转换芯片U2,信号转换芯片U2选用型号为6250PG,,转角控制信号连接到28脚;J6为程序读写端口,分别连接微处理器模块CPU对应端。
本发明中的Infineon2000系列32位微处理器模块CPU,管脚1、17、33、49、13接地;4脚连接电阻R7,电阻R7另一端接地;脚48、50、32、34、16、18、2、12和64连接供电电压Vcc,各管脚对地并接电容C62、电容C63、电容C11、电容C13、电容C15、电容C16、电容C8、电容C5和电容C17;管脚24、41、57相连,分别对地并接电容C67、电容C68、电容C69;6脚连接电容C66,电容C66另一端接地;9脚连接供电电压Vcc,再对地接电容C30;60、61脚连接晶体并分别对地连接电容C48和电容C49;管脚3和63之间串接电阻R8,3脚再连接供电电压Vcc;20脚转角供电压控制信号;19脚温度判断信号;55和54为时钟和数据信号线,脚38连接电阻R74,电阻R74另一端连接供电电压Vcc。
程序读写端口J6,分别连接微处理器模块CPU对应端。
本模块包含了对接收信号处理、控制信号的生成以及控制信号的输出,J6读写口方便用户对性能的调整。
本发明所述的新能源轿车转向系统控制器的控制器线路板嵌入泵体壳内,并和泵体形成嵌入式结构,控制器线路板和转向泵内电路板重叠排放。
图8为本发明一种新能源轿车转向系统控制器总的电器连接框图。
本发明一种新能源轿车转向系统控制器,用于控制所述汽车电控液压助力转向泵FOCUSE正常的运行和停止。当轿车启动后,所述控制单元正常启动,微处理器模块CPU通过通讯端口模块CAN通讯端口模块向汽车电控液压助力转向泵FOCUSE发送CAN通讯端口模块通信协议数据包,使其正常运转,同时微处理器模块CPU通过泵转速信号输出模块发送指令调整泵的转速,使所述转向泵运行在给定速度,使流经转向泵的专用液压油在泵体中产生预定值的压力。当转向发生时,高压油流入转向油路生成推力,使驾驶员轻松转向;停车后,熄火,该控制器停止工作,电液泵停止运行。
Claims (3)
1.一种新能源轿车转向系统控制器,含有电源模块(1)连接到12V车载电瓶(BAT)、点火信号处理模块(2)连接到车身钥匙控制信号(Ig),电源模块(1)、点火信号处理模块(2)和温度检测模块(3)分别连接到微处理器模块CPU(4)对应的输入端口,微处理器模块CPU(4)的输出端口连接到CAN通信端口模块(5)和泵转速信号输出模块(6),CAN通信端口模块(5)和泵转速信号输出模块(6)两路模块信号同时连接到转向泵(M)插座的通讯信号端口和扭矩传感器信号端口;其中,所述的电源模块(1)为转向系统控制器提供电压;所述的点火信号处理模块(2)将汽车点火信号进行分压整形;所述的温度检测模块(3)监视控制器的工作温度,过温保护;所述的微处理器模块CPU(4)进行信号接收、生成、处理和发送;所述的CAN通信端口模块(5)与车身网络进行数据交换;所述的泵转速信号输出模块(6),将可识别信号输入到泵扭矩端口;其特征在于:所述的电源模块(1)、点火信号处理模块(2)、温度检测模块(3)、协议的CAN通信端口模块(5)和泵转速信号输出模块(6)分别为:
电源模块
电源模块U8为专用电源芯片TLE4271-2,车载电瓶通过端口J9连接到电源模块U8的1脚,端口J9与地之间跨接电容C33;2脚为使能端,接收外部的控制信号连接到点火信号处理模块的输出端;3脚与主控部分微处理器模块CPU的62脚相连,同时对地跨接电容C50;4脚接地;5脚接电容C6和电容C61,电容C6和电容C61的另一端同时接地;6脚连接主控部分微处理器模块CPU的38脚;7脚为输出端,对地接电容C65和电容C53;
点火信号处理模块
输入信号通过端口J5连接电阻R72,电阻R72另一端到电阻R18和电容C58,电容C58另一端接地,在电阻R18另一端与地之间并接电阻R17和电容C14,同时作为本控制器的控制信号连接到供电模块U8的2脚;电源模块U8的2脚作为受控端受控于点火信号处理模块(2);
温度检测模块
电阻R80和电阻R26将Vcc进行分压,将分压值输入到微处理器模块CPU的19脚,分压值对地并接电容C39进行滤波;
CAN通信端口模块
CAN通信端口模块为二端接口J3,CAN通信端口模块信号通过二端接口J3连接到转向泵(M)的通讯电控,第一脚为CANH,2脚为CANL;信号转换芯片U2为CAN通信端口模块信号转换芯片,作用是将微处理器模块CPU的控制信号转换成CAN通信端口模块信号,以实现对转向泵(M)的运行进行控制;
泵转速信号输出模块
泵转速信号输出模块的端口为三端接口J1,三端接口J1的1脚连接转角信号供电端,由电阻R64和电阻R9将该电压进行分压,分压信号输入到微处理器模块CPU的AD转换脚20,电容C56的另一端接地,电阻R64的另一端连接电容C7,然后连接到主控部分微处理器模块CPU的20脚,转角控制信号由CPU的28脚输出,该脚连接电阻R57,电阻R57的另一端连接到电阻R16、电容C18和三极管Q1的1脚,电阻R16和电容C18的另一端接地;三端接口J1的3脚连接到三极管Q1的2脚,三极管Q1的1脚同时和电阻R16、电容C18、电阻R57相连,三极管Q1的3脚和电阻R16与电容C18的另一端同时连接到地,电阻R57的另一端连接主控部分微处理器模块CPU的28脚。
2.根据权利要求1所述的一种新能源轿车转向系统控制器的控制方法,其特征在于:所述的点火信号处理模块(2)将汽车点火信号接入电源模块(1)启动,输出5V电压供给微处理器模块CPU(4),使微处理器模块CPU正常工作,然后,微处理器模块CPU生成CAN通信端口模块(5)通信协议数据包,通过CAN通信端口模块发送到转向泵(M),使其正常运行,同时微处理器模块CPU(4)生成对应转速驱动信号通过泵转速信号输出模块(6)连接到被控转向泵(M)控制其运行速度;以提供合适的助力,在控制器的运行过程中始终检测其工作温度,一旦异常,停止工作。
3.根据权利要求1所述的一种新能源轿车转向系统控制器的控制方法,其特征在于:所述的微处理器模块CPU(4)为Infineon2000系列32位的微处理器模块,晶体值为4M,连接在60和61之间,转角供电电压检测信号连接到20脚,温度检测信号连接到19脚,CAN通信端口模块信号连接到串口信号由27和29脚输出到CAN通信端口模块信号转换芯片U2,信号转换芯片U2选用型号为6250PG,转角控制信号连接到28脚;程序读写端口J6分别连接微处理器模块CPU对应端。
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