CN113544949A - 用于机动车辆的转向系统的控制装置、用于机动车辆的机电式动力转向机构和线控转向式转向系统 - Google Patents

用于机动车辆的转向系统的控制装置、用于机动车辆的机电式动力转向机构和线控转向式转向系统 Download PDF

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CN113544949A CN202080019172.7A CN202080019172A CN113544949A CN 113544949 A CN113544949 A CN 113544949A CN 202080019172 A CN202080019172 A CN 202080019172A CN 113544949 A CN113544949 A CN 113544949A
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的转向系统的控制装置，该控制装置具有装置电子器件(30)，该装置电子器件(30)布置在印刷电路板(20)上并且包括控制电子器件(31)、电力模块(32)和电流馈送部(33)，控制电子器件(31)构造成处理输入信号，以便将控制信号输出至电力模块(32)，并且电力模块(32)具有用于连接转向伺服马达以根据控制信号致动转向伺服马达的接触点(34)，其特征在于，电路板(20)被设计为刚性‑柔性电路板，该刚性‑柔性电路板具有由至少一个第一柔性部分(21)连接的至少两个刚性电路载体(22、23)，其中，控制电子器件(31)和电力模块(32)布置在电路载体(22、23)中的它们自身的一个电路载体(22、23)上并且，电路板(20)的第二柔性部分(24)形成在电力模块(32)的电路载体(23)上以用于电流馈送部(33)。本发明还涉及一种用于机动车辆的机电式动力转向机构和一种具有这种控制装置的线控转向式转向系统。

Description

用于机动车辆的转向系统的控制装置、用于机动车辆的机电 式动力转向机构和线控转向式转向系统
描述
本发明涉及根据权利要求1的通用术语的机动车辆的转向系统的控制单元、根据权利要求8的通用术语的机电式机动车辆伺服转向系统和根据权利要求9的通用术语的线控转向式转向系统。
从DE102009 002524 A1中，已知控制单元用于电辅助或外部动力转向的操作。在控制单元内部存在电路载体，在该电路载体上布置有用于控制和调节目的的微控制器。此外，载体上存在电子功率放大器，该电子功率放大器用于致动电动马达。控制单元借助于电池插电式系统经由对应的接触点连接至电池的正负极。缺点是在控制单元内部的一件式电路载体上布置全部的装置电子器件需要很大的空间。结果是对应地较大的控制单元。
由于机动车辆中控制单元的数量不断增加，在车辆尺寸保持不变的情况下，每个控制单元可用的安装空间减少。减少所需安装空间的一种方式是使用若干较小的电路载体，并在安装在控制单元中时将它们彼此连接，并以空间优化的方式将它们布置在控制单元中。然而，缺点是控制单元的组装变得更加困难，并且所需的插头连接器本身占据了可用安装空间的很大比例。此外，只有在组装时才能对硬件进行部件损坏和错误的焊接接头的测试。组装状态下的目视检查也很耗时。这些缺点使得在转向系统的控制单元中以成本有效的方式使用多板系统复杂化。
因此，本发明的目的是创造一种用于机动车辆的转向系统的控制单元、机电式机动车辆伺服转向系统和线控转向式转向系统，其尺寸小并且同时可以快速且容易地组装。
该目的是通过具有权利要求1的特征的机动车辆的转向系统的控制单元，以及具有权利要求8的特征的机电式机动车辆伺服转向系统和具有权利要求9的特征的线控转向式转向系统来实现的。
结果，通过将装置电子器件布置在印刷电路板上来创造用于机动车辆的转向系统的控制单元。该装置电子器件包括控制电子器件、电力模块和电流馈送部。控制电子器件被设计成用于处理输入信号，并将控制信号输出至电力模块。电力模块具有用于连接转向伺服马达以根据接收的控制信号来致动转向伺服马达的接触点。利用根据本发明的控制单元，电路板形成为刚性-柔性电路板，该电路板具有由至少一个第一柔性部分连接的至少两个刚性电路载体。控制电子器件和电力模块相应地布置在电路载体中的各个电路载体上。电路板的第二柔性部分形成在电力模块的电路载体上以用于电流馈送部。
通过将电路板设计为刚性-柔性电路板，可以将控制单元的全部的装置电子器件布置在单个电路板上，并以节省空间的方式将其安装在控制单元中。这样做的优点是，可以在安装之前对装置电子器件的功能进行全面测试，并且还简化了目视检查。由于电路板之间不必进行插头连接，因此简化了电路板在控制单元中的安装。通过借助于至少一个第一柔性部分连接刚性电路载体，电路载体可以以空间优化的方式安装在控制单元中。
根据本发明的设计的另一个优点是控制单元中的优化的电流馈送部。电力模块布置在单独的刚性电路载体上，与电流馈送部设计为一体，这允许所需的高马达电流直接递送至转向伺服马达，而无需插头连接。具体地，马达绕组可以硬连线至电力模块的接触点。通过缩短电流路径，节省了材料成本并最小化了欧姆损耗。经由电力模块和第一柔性部分的电路载体间接实现对控制电子器件的供电。因此，可以有利地省去控制电子器件的电路载体的单独电源。由于与马达电流相比，控制电子器件的功耗要求较低，所以控制电子器件的扩展电流路径并不显著。
优选地，两个刚性电路载体布置成在控制单元中至少部分地一者在另一者的顶部上重叠。这种布置特别好地利用了控制单元中的安装空间。具体地，可以如下设置：刚性电路载体是大致一者在另一者的顶部上叠合的。
在优选的实施方式中，控制单元可以作为其马达轴的延伸附接至转向伺服马达，其中电力模块的电路载体布置在马达侧，并且控制电子器件的电路载体布置在电力模块的电路载体的背离马达的一侧。由于在马达侧布置了电力模块，进一步缩短了马达电流的电流路径。
此外，可以如下设置：控制电子器件包括转子位置传感器，并且电力模块的电路载体具有与转子位置传感器相关联的孔口，用于穿过转子位置传感器的编码器元件。当控制单元布置为转向伺服马达的马达轴的延伸时，该实施方式特别有利。附接至转向伺服马达的马达轴的编码器元件可以穿过设置在马达侧上的电力模块的电路载体的孔口，以便与布置在控制电子器件的电路载体上的转子位置传感器相互作用。因此，转子位置传感器可以直接集成到控制电子器件中，而不会改变控制单元中刚性电路载体的优化布置。替代性地，转子位置传感器也可以布置在电力模块的电路载体或另一个单独的刚性电路载体上。
在优选的实施方式中，还设置了用于接收输入信号的插头连接器，插头连接器中的所有插头连接器都布置在控制电子器件的电路载体上。在电路载体的设计中必须特别考虑插头连接器，因为它们在电路载体平面和高度上都占据了相当大的安装空间。通过将用于控制单元的输入信号的所有插头连接器布置在控制电子器件的电路载体上，可以将两个刚性电路载体布置成彼此特别接近。插头连接器优选地布置在电路载体的背离电力模块的一侧。
在用于电流馈送部的柔性部分上，可以形成第三刚性电路载体，在该第三刚性电路载体上布置有用于连接至机动车辆的车载电气系统的插头连接器。第三刚性电路载体为电源的插头连接器提供固定平台，该固定平台可锚定至控制单元的壳体。然而，替代性地，插头连接器也可以直接设置在第二柔性部分上。
电路载体优选地通过在彼此关联的紧固点处附接至电路载体的间隔元件彼此分开。
本发明还涉及一种机电式车辆伺服转向系统，包括：转向机构，该转向机构用于将驾驶员的转向请求从方向盘机械地传输到机动车辆的转向轮；转向角传感器，该转向角传感器用于对驾驶员的转向请求进行电子检测；以及转向伺服马达，该转向伺服马达用于将转向力辅助引入转向机构中。为了根据由转向角传感器检测到的驾驶员的转向请求来致动转向伺服马达，机动车辆伺服转向系统包括根据本发明的先前描述的控制单元。
在另一实施方式中，本发明涉及一种线控转向式转向系统，包括：经由转向轴连接至方向盘的转向角传感器，该转向角传感器用于对驾驶员的转向请求进行电子检测；反馈致动器和转向伺服马达，其用于在转向轮上设定检测到的驾驶员的转向请求。为了根据由转向角传感器检测到的驾驶员的转向请求来致动转向伺服马达，机动车辆伺服转向系统包括根据本发明的先前描述的控制单元。
在以下说明和从属权利要求中可以发现本发明的其他实施方式。
下面基于附图中所示的示例性实施方式对本发明进行更详细地解释。
图1示意性地示出了具有根据本发明的控制单元的示例性实施方式的转向系统的结构，
图2示意性地示出了处于移除状态下的根据图1的示例性实施方式的控制单元的电路板的俯视图，
图3示意性地示出了处于移除状态下的根据图1的示例性实施方式的控制单元的电路板的立体图，
图4示意性地示出了处于安装状态下的根据图1的示例性实施方式的控制单元的电路板的立体图。
在图1中，示意性地示出了具有根据本发明的控制单元9的机动车辆的转向系统1，该控制单元9用于致动转向系统1。转向系统1具有附接至上转向轴2的方向盘3。作为方向盘3上的转向角输入的驾驶员的转向请求经由上转向轴2和下转向轴4传送至转向器5，该转向器5将转向角转换为齿条6的平移。齿条6经由拉杆连接至与道路8接触的转向轮7。因此，方向盘3、转向轴2、4、转向器5和齿条6形成用于将驾驶员的转向请求从方向盘3机械传送至机动车辆的转向轮7的转向机构。
为了提供转向力辅助，转向系统1还包括转向伺服马达12，在所示示例中，该转向伺服马达12与齿条6轴线平行布置并驱动用于齿条6的纵向移位的主轴驱动器。替代性地，转向伺服马达也可以布置在例如转向轴2、4的区域中并且可以将转向轴2、4上的转向力辅助引入转向机构中。
为了致动转向伺服马达12，设置了控制单元9，该控制单元9作为其马达轴的延伸直接凸缘连接至转向伺服马达12。控制单元9连接至用于供电的电气系统电池10。控制单元9还经由信号线13连接至转向角传感器11。转向角传感器11可以是以例如旋转角/扭矩传感器的形式，该旋转角/扭矩传感器不仅可以检测旋转角度，还可以检测方向盘操作的扭矩。
图2和图3示出了处于移除状态下的根据图1的控制单元9的电路板20。全部的装置电子器件30布置在电路板20上。电路板20是刚性-柔性电路板的形式。该电路板具有连接至柔性部分21的两个刚性电路载体22、23。控制电子器件31布置在电路载体22上，并且控制单元9的电力模块32布置在电路载体23上。控制电子器件31的电源和控制信号到电力模块32的传送可以经由柔性部分21执行。电路板20的第二柔性部分24形成在电力模块32上，以作为控制单元9的电流馈送部33。在所示的示例性实施方式中，第三刚性电路载体25形成在用于电流馈送部33的第二柔性部分24中，在该第三刚性电路载体25上提供有用于连接至机动车辆的车载电气系统的插头连接器38。
车载电气系统电压经由电流馈送部33直接提供给电力模块32。电力模块32包括例如平滑电容器39，其减少用于马达致动的逆变器41对车载电气系统的电磁反馈。为了激励设置在逆变器41中的MOSFET，设置了栅极驱动器单元40，该栅极驱动器单元40包括用于对MOSFET的栅电极进行充电的电容器。逆变器41连接有接触点34，转向伺服马达12的马达绕组例如可以通过焊接连接至该接触点34。
例如，控制单元9的控制电子器件31可以冗余地构造为多通道。在所示的示例性实施方式中，控制电子器件具有两个相互独立的信号处理通道。为此，控制电子器件31包括两个微处理器38和两个插头连接器36，以用于连接转向角传感器11(其为双冗余形式)。控制电子器件31还包括用于连接至机动车辆总线系统的另一插头连接器37。可以经由总线系统提供另外的输入信号，比如车辆速度或用于打开和关闭控制单元9的点火信号。
在控制电子器件31的电路载体22上还布置有转子位置传感器35。转子位置传感器35优选地也是至少双冗余形式。在电力模块32的电路载体23上，设置有与转子位置传感器35相关联的孔口28，以用于穿过转子位置传感器35的编码器元件。在安装状态(参见图4)下，转子位置传感器35布置在孔口28的上方，使得穿过孔口28的编码器元件可以直接与转子位置传感器35相互作用。转子位置传感器35优选地呈磁传感器或感应式传感器的形式。例如，霍尔传感器或AMR传感器可以用作磁传感器。
在电路载体22、23上可以设置有彼此关联的紧固点26、27，以用于附接间隔元件50(参见图4)，间隔元件50使电路载体22、23彼此分开。在示例性实施方式中，电路载体22、23的形状是圆形的。但是，也可以选择任何其他电路载体形状，例如正方形或多边形。
图4示出了处于安装状态下的根据图2和图3的电路板20。柔性部分21在安装状态下是弯曲的，优选为U形，使得刚性电路载体22、23布置成在控制单元9中至少部分地一者在另一者的顶部上重叠。在所示示例中，电路载体22、23基本彼此平行且全等布置。
在安装状态下，用于电流馈送部33的第二柔性部分24优选地横向馈送通过控制电子器件31的电路载体22至控制单元9的连接侧。在所示的示例性实施方式中，在用于电流馈送部33的柔性部分24上形成有第三刚性电路载体25，在该第三刚性电路载体25上布置有用于连接至机动车辆的车载电气系统的插头连接器38。电源的连接(在该示例中为插头连接器38)可以布置在电路载体22的上方。然而，例如，柔性部分24的灵活性也可以用于横向布置电源的连接。
图4示出了用于控制电子器件31的电路载体22上的输入信号的所有插头连接器36、37的布置的优点。尽管其他已安装的电子元件，比如电阻器、电容器、线圈和微处理器，其安装高度不超过一毫米或几毫米，但是插头连接器的安装高度高达1至2厘米。由于插头连接器布置在上电路载体22上，电路载体22、23可以以特别节省空间的方式布置成一者在另一者的顶部。由于用于连接电路载体22、23的柔性部分21，优选地，仅需要用于外部部件的插头连接器。因此，柔性部分21在电路载体布置的3D设计中允许额外的自由度。
如果控制单元9附接至转向伺服马达12，以作为其马达轴的延伸，如图1所示，则在控制单元9中，电力模块32的电路载体23优选布置在马达侧上，并且控制电子器件31的电路载体22布置在电力模块32的电路载体23的背离马达的一侧上。
尽管已经基于机电式机动车辆伺服转向系统和用于此的控制单元解释了前述示例性实施方式中的发明，但是根据本发明的控制单元可以以相同的方式用于线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统包括：经由转向轴连接到方向盘的转向角传感器，该转向角传感器用于对驾驶员的转向请求进行电子检测；反馈致动器和转向伺服马达，其用于根据由转向角传感器检测到的驾驶员的转向请求，将检测到的驾驶员转向请求设定在转向轮上，以致动转向伺服马达。
根据本发明的解决方案创造了一种控制单元，该控制单元可以特别容易地并以节省空间的方式组装，并且由于在单个电路板上的布置，在安装之前仍然可以容易地在视觉上和电子上检查装置电子器件的错误。此外，插头连接器的数量减少到必要的外部插头连接器。由于柔性部分在安装期间只需成形一次，因此刚性-柔性电路板有限的约50个弯曲循环并不是生产中的限制因素。对于在操作期间发生的振动，使用刚性-挠性电路板也是有利的，因为柔性部分(由于它们的小厚度，例如0.2mm)仅具有可以忽略的质量，并且因此提供防震连接。
附图标记列表
1 转向系统
2 上转向轴
3 方向盘
4 下转向轴
5 转向器
6 拉杆
7 轮
8 道路
9 控制单元
10 电气系统电池
11 转向角传感器
12 转向伺服马达
13 信号线
20 电路板
21 第一柔性部分
22、23 电路载体
24 第二柔性部分
25 电路载体
26、27 紧固点
28 孔口
30 装置电子器件
31 控制电子器件
32 电力模块
33 电流馈送部
34 接触点
35 转子位置传感器
36、37 插头连接器
38 微处理器
39 平滑电容器
40 栅极驱动器单元
41 逆变器
50 间隔元件

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的转向系统(1)的控制单元，所述控制单元具有布置在电路板(20)上的装置电子器件(30)，所述装置电子器件(30)包括控制电子器件(31)、电力模块(32)和电流馈送部(33)，其中，所述控制电子器件(31)被设计用于处理输入信号并将控制信号输出至所述电力模块(32)，并且所述电力模块(32)具有用于连接转向伺服马达(12)以根据所述控制信号致动所述转向伺服马达(12)的接触点(34)，其特征在于，所述电路板(20)呈刚性-柔性电路板的形式，所述刚性-柔性电路板具有由至少一个柔性部分(21)连接的至少两个刚性电路载体(22、23)，其中，所述控制电子器件(31)和对应的所述电力模块(32)分别布置在所述电路载体(22、23)的一个电路载体上，并且所述电路板(20)的第二柔性部分(24)形成在所述电力模块(32)的所述电路载体(23)上以用于所述电流馈送部(33)。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于，所述两个刚性电路载体(22、23)布置成在所述控制单元(9)中至少部分地一者在另一者的顶部上重叠。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元，其特征在于，所述控制单元(9)能够附接至所述转向伺服马达(12)以作为所述转向伺服马达(12)的马达轴的延伸，其中，在所述控制单元(9)中，所述电力模块(32)的所述电路载体(23)布置在马达侧，并且所述控制电子器件(31)的所述电路载体(22)布置在所述电力模块(32)的所述电路载体(23)的背离所述马达的一侧。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制单元，其特征在于，所述控制电子器件(31)包括转子位置传感器(35)，并且所述电力模块(32)的所述电路载体(23)具有与所述转子位置传感器(35)相关联的孔口(28)，以用于使所述转子位置传感器(35)的编码器元件穿过。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制单元，其特征在于，为了接收所述输入信号，设置了插头连接器(36、37)，所述插头连接器(36、37)中的所有插头连接器都布置在所述控制电子器件(31)的所述电路载体(22)上。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的控制单元，其特征在于，在用于所述电流馈送部(33)的所述柔性部分(24)上形成有第三刚性电路载体(25)，在所述第三刚性电路载体(25)上布置有用于连接至所述机动车辆的车载电气系统的插头连接器(38)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制单元，其特征在于，所述电路载体(22、23)通过在相互关联的紧固点(26、27)处附接至所述电路载体(22、23)的间隔元件(50)彼此分开。
8.一种机电式机动车辆伺服转向系统，包括：转向机构，所述转向机构用于将驾驶员的转向请求从所述机动车辆的方向盘(3)机械地传送至转向轮(7)；转向角传感器(11)，所述转向角传感器(11)用于对所述驾驶员的转向请求进行电子检测；以及转向伺服马达(12)，所述转向伺服马达(12)用于将转向力辅助引入所述转向机构中，其特征在于，所述机动车辆伺服转向系统包括根据权利要求1至7中的任一项所述的控制单元(9)，所述控制单元(9)用于根据由所述转向角传感器(11)检测到的所述驾驶员的转向请求来致动所述转向伺服马达(12)。
9.一种线控转向式转向系统，所述线控转向式转向系统包括：转向角传感器，所述转向角传感器经由转向轴连接至方向盘，以用于对驾驶员的转向请求进行电子检测；反馈致动器和转向伺服马达，其用于在转向轮上设定检测到的所述驾驶员的转向请求，其特征在于，所述线控转向式转向系统包括根据权利要求1至7中的任一项所述的控制单元，所述控制单元用于根据由所述转向角传感器检测到的所述驾驶员的转向请求来致动所述转向伺服马达。
CN202080019172.7A 2019-03-08 2020-03-02 用于机动车辆的转向系统的控制装置、用于机动车辆的机电式动力转向机构和线控转向式转向系统 Pending CN113544949A (zh)

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