CN109641614B - 具有上拉电阻器的机动车转向系统的电机中的湿度感测 - Google Patents

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Abstract

一种具有被布置在电机外壳(9’)中的电机(9)的机动车转向系统，电机(9)具有至少三个相(U，V，W)，其中为每个相(U，V，W)分配高侧MOSFET(14)和低侧MOSFET(14)，MOSFET(14)是将电压提供给电机(9)的逆变器(13)的一部分，其中电机(9)具有第一非绝缘连接点，而电机外壳(9’)具有第二非绝缘连接点，其中两个连接点被设计为使得进入电机外壳的水能够通过非绝缘接触点将电机(9)与电机外壳(9’)电连接，并且使得上拉电阻器(15)与一个选定相(U，V，W)的高侧MOSFET(14)中的一个MOSTET并联布置，其中测量单元(16)被配置成检测选定相电压，以作为电机外壳(9’)中存在的水的指示。

Description

具有上拉电阻器的机动车转向系统的电机中的湿度感测
技术领域
本发明涉及机动车转向系统。
背景技术
电动助力转向系统利用电机来辅助机动车的驾驶员进行转向操作。电机被容纳在电机外壳中，通常电机上还设置包括用于控制电机的电力电子单元的控制装置。电机通常位于较低的车辆部分的暴露位置。如果车辆在潮湿的道路上行驶或者车辆的较低部分浸入水中，那么湿气会渗透到电机的内部。如果过量的湿气渗入电机，那么电机可能发生故障，并且电机的驱动可能停止，影响行车安全。进一步的潮湿会导致长期损害，如腐蚀。
US 2015/0175192 A1公开了具有附接于动力转向电机的湿度探测传感器的齿条式电动转向系统以探测渗入电机的湿度。湿度探测传感器是用于探测湿度以输出电信号的传感器，包括红外线吸收型、微波型和电阻型。湿度传感器能够探测电机外壳内的大量的水。然而，这些传感器是成本密集的并且不能探测少量的湿气。
发明内容
本发明的目标是提供机动车转向系统，该系统具有用于探测电机单元中水分渗入的改进的并且可靠的传感器。
这一目标由本发明的机动车转向系统实现。
因此，提出了具有被布置在电机外壳中的电机的机动车转向系统，具有至少三个相的电机，其中为每个相分配高侧MOSFET和低侧MOSFET，MOSFET是将电压提供给电机的逆变器的一部分，其中电机具有第一非绝缘接触点，并且电机外壳具有第二非绝缘接触点，其中两个接触点被设计为使得进入电机外壳的水能够通过非绝缘接触点将电机与电机外壳电连接，并且使得上拉电阻器被与一个选定定相的高侧MOSFET中的一个MOSFET并联布置，其中测量单元被配置成检测特定相电压，以作为电机外壳中存在的水的指示。通过利用作为水检测传感器的一部分的电机和外壳本身，可以免除昂贵的附加传感器。两个接触点之间的电连接取决于连接这两点的液体的导电性。该液体可以具有高的电阻。
优选的是，电机外壳是接地的。在一个实施方式中，测量单元包括微控制器和连接至地的串联电阻器。在另外的实施方式中，测量单元包括微控制器和连接至地的分压器。
有利的是，第一非绝缘接触点的位置接近电机外壳的最低点处。
优选的是，上拉电阻器被连接至车辆电源电压。
优选的是，电机是三相电机。电机车辆转向系统可以是电动助力转向系统或者线控转向系统。
附图说明
下面借助附图描述本发明的一个示例性实施方式。在所有图中，相同的参考标记表示相同的部件或功能上相似的部件。
图1示出了机电动力转向机构的示意图，以及
图2示出了电机控制器的示意图。
具体实施方式
在图1中，机电动力转向机构1示意性地示出为具有与驾驶员操作的方向盘3连接的转向轴2。转向轴2经由小齿轮(gear pinion)6被耦合至转向齿条5。转向齿条杆4与转向齿条5相连接，并与机动车的转向轮30相连接。借助于以抗扭矩方式连接至转向轴2的小齿轮6，转向轴2的旋转造成转向齿条5的轴向位移。通过转向控制器7和电动助力致动器8提供电动助力，该电动助力致动器8包括电机9和电机控制器10。示例中的转向控制器7接收表示车辆速度v以及扭矩TTS的信号，该扭矩TTS由车辆操作员施加至方向盘。响应于车辆速度v、操作员扭矩TTS以及转子位置信号传感器90探测到的转子位置信号(见图2)，控制器7确定目标电机扭矩Td并且将信号12直接提供给电机控制器10，其中通过PWM(脉冲宽度调制)对电机电流进行计算。此外，随着电机9的转子的转动，转子位置信号在电机9内生成并且被提供给转向控制器7。电机9是永磁励磁电机。
本发明通常涉及机动车转向系统中的电机，具体地，涉及机电机动车动力转向机构或者机动车的线控转向系统。
下面描述可能的电机应用，其不在于限制。
为了提供转向辅助，电机9可以被安装至齿条外壳一侧，例如通过有齿橡胶带和/或齿条齿轮(rack-and-pinion gear)系统来驱动滚珠丝杠(ball-screw)机构。此外，电机可以被布置成支持转向轴的旋转。在线控转向系统中，电机可以是反馈致动器的一部分。
图2中示出了具有逆变器13的电机控制器10。逆变器将电机参数(电流、电压、磁通量)馈送给电机。逆变器13将电压转换成电机9的三维坐标系，并且传感器将电压转换成电机电流IU、IV、IW。图2的示例中示出了通过分流电阻器91和传感器电路92测量的电机线圈的电流。控制单元通过一组MOSFET 14致动伺服电机9，其中总共提供了三相绕组六个MOSFET14。每个绕组包括高侧MOSFET和低侧MOSFET。每个MOSFET14将分配的相绕组U、V、W切换成车载车辆电源电压或者地电位。这以高频率发生，使得时间平均值用作相绕组U，V，W中的有效电压。相绕组U、V以及W在电机9的星形点中的中性点99处相互连接。电机9被布置在与地连接的电机外壳9’中。
简单的上拉电阻器15被与高侧MOSFET中的一个MOSFET并联布置。微控制器(MCU)16对电势进行测量，该电势由上拉电阻器15预先限定。如图2所示，包括连接至地的分压器17或串联电阻器。在干燥条件下，微控制器的输入引脚将读取高状态。少量的电流在电池和输入引脚之间流动，因此输入引脚读取接近电池的电势。如果电机中存在湿气或水，电机的电阻会将相电压下拉至地，因为水将绕组与直接连接至地的底盘连接。电流通过电阻器流至地，因此MCU 16的输入端读取低状态。
这一解决方案需要两个接触点——电机处的接触点和电机外壳处的接触点。通常在电机装配期间，绕组和接触环之间存在焊接点，该焊接点通常是仅有的没有绝缘的点。但是电机绕组也可以由铜线制成，完全没有绝缘层。由于电机外壳通常由铝制成，所以给出了电机外壳处的接触点。
外壳中的湿气或水会缩短接触点，这导致下拉效应和跨电阻的电压降。
MCU被配置成检测指示水存在的条件。
电子控制单元(ECU)中上拉电阻器的存在对系统的操作和性能仅具有最小的影响。

Claims (8)

1.一种具有被布置在电机外壳(9’)中的电机(9)的机动车转向系统，所述电机(9)具有至少三个相(U，V，W)，其中为每个相(U，V，W)分配高侧MOSFET(14)和低侧MOSFET(14)，所述MOSFET(14)是将电压提供给电机(9)的逆变器(13)的一部分，其特征在于所述电机(9)具有第一非绝缘接触点，而所述电机外壳(9’)具有第二非绝缘接触点，其中所述两个接触点被设计为使得进入所述电机外壳的水能够通过非绝缘接触点将所述电机(9)与所述电机外壳(9’)电连接，并且使得上拉电阻器(15)被与一个选定相(U，V，W)的所述高侧MOSFET(14)中的一个MOSFET并联布置，其中测量单元(16)被配置成检测所述选定相电压，以作为所述电机外壳(9’)中存在的水的指示。
2.根据权利要求1所述的机动车转向系统，其特征在于所述电机外壳(9’)是接地的。
3.根据权利要求1或2所述的机动车转向系统，其特征在于所述测量单元(16)包括微控制器(16)和连接至地的串联电阻器。
4.根据权利要求1或2所述的机动车转向系统，其特征在于所述测量单元(16)包括微控制器(16)和连接至地的分压器(17)。
5.根据前述权利要求1-2之任一个所述的机动车转向系统，其特征在于所述第一非绝缘接触点的位置接近所述电机外壳(9’)的最低点处。
6.根据前述权利要求1-2之任一个所述的机动车转向系统，其特征在于所述上拉电阻器(15)被连接至车辆电源电压。
7.根据前述权利要求1-2之任一个所述的机动车转向系统，其特征在于所述电机(9)是三相电机。
8.根据前述权利要求1-2之任一个所述的机动车转向系统，其特征在于所述机动车转向系统是电动辅助转向系统或线控转向系统。
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