CN117944754A - 一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构 - Google Patents

一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构 Download PDF

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陈海明
吴夏青
钱结苗
胡少雄
刘兰保
汪兵兵
童星谕
张磊
邢锦鹏
屈强
管金炜
李山
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Abstract

本发明涉及电动助力转向系统技术领域,具体地说是一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,包括密封罩盖、透气阀、接插件、功率接头接插件、可弯折PCBA板、螺钉、双头螺钉、磁铁、散热器、六相电机,控制板与功率板平行放置,控制板采用螺钉固定在双头螺钉的顶部,控制板与功率板之间采用可弯折PCB连接,功率板与控制板之间采用功率接头接插件连接,控制板上安装有接插件。本发明同现有技术相比,设计了小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,通过可弯折PCBA板的设置,将功率板与控制板分离并平行安装在控制器内,既减小了电机控制器尺寸,也易于散热,便于在整车上应用。

Description

一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构
技术领域
本发明涉及电动助力转向系统技术领域,具体地说是一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构。
背景技术
电动助力转向系统EPS是一种依靠电机提供辅助扭矩的汽车动力转向系统,相比较传统液压转向,电动助力转向系统具有油耗低、转向手感好、助力软件可调、尺寸小、生产装配简单和开发周期短等诸多优点,是目前汽车转向方案的首选。
电动助力转向系统EPS主要由扭矩传感器、电控单元ECU、电机和减速器等几个部分构成,其中,电控单元ECU是整个系统的大脑,所有信号通过电控单元ECU计算处理后再发送到相应单元从而控制整车的转向。
电控单元ECU和电机组装在一起成为整个电动助力转向系统的电机控制器部分,常规的电机控制器主要由密封罩盖、1个12V电源接插件、1个整车通信接插件、1个扭矩传感器接插件、1组元器件的硬件电路和三相电机等组成。这样的转向系统配置功能安全等级低,失效率会达到500fit左右,即1000套转向系统运行1小时出现500次左右的突然失去助力失效,只适用于L0以及L1级智能驾驶,无法满足L2以及更高级别智能驾驶的需求。
目前智能驾驶是整个汽车行业的热点和趋势,L3级智能驾驶车辆的失效率为10fit。L4以及更高等级目前只是在研究阶段,受限于各国安全驾驶政策,短时间即使推出也无法大量商用。所以,L3级智能驾驶车辆将会是未来各主机厂争夺的黄金赛道。
为了满足L3级智能驾驶低失效率的要求,电机控制器需要进行冗余备份设计,冗余后的电机控制器主要由密封罩盖、2个12V电源接插件、2个整车通信接插件、1个扭矩传感器接插件、2组元器件的硬件电路和六相电机等组成。
可见,双冗余电机控制器设计所包含的部件几乎是常规单套系统设计的两倍,相应的体积也基本变大了1倍。通常,满足L3及以上等级的智能驾驶车辆往往是中高端车,其电动助力转向系统是放在汽车底盘而非驾驶舱,底盘可布置空间比较小,电机控制器尺寸变大1倍很难能放进去,这也是当前行业冗余电动助力转向系统设计的难点。很多EPS生产厂商有能力设计出冗余转向系统,但往往尺寸太大导致无法在整车上应用。
因此,需要设计一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,以减小电机控制器尺寸,便于在整车上应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供了一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,以减小电机控制器尺寸,便于在整车上应用。
为了达到上述目的,本发明提供一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,包括密封罩盖、透气阀、接插件、功率接头接插件、可弯折PCBA板、螺钉、双头螺钉、磁铁、散热器、六相电机,六相电机的底部安装有联轴器,六相电机的顶部设有散热器、电机Pin针、磁铁和双头螺钉安装孔,可弯折PCBA板包括功率板、控制板、可弯折PCB,功率板固定在散热器上,功率板与六相电机之间采用双头螺钉固定,六相电机与功率板之间采用电机Pin针连接,控制板与功率板平行放置,控制板采用螺钉固定在双头螺钉的顶部,控制板与功率板之间采用可弯折PCB连接,功率板与控制板之间采用功率接头接插件连接,控制板上安装有接插件,密封罩盖覆盖在功率板、控制板、可弯折PCB外,接插件穿过密封罩盖表面的通孔,透气阀安装在密封罩盖上。
所述的接插件包括三个接插件本体,三个接插件本体为一体式结构。
所述的磁铁与功率板的传感器芯片位置对应。
所述的可弯折PCB为半柔性线路板或可折弯PCB硬板。
所述的散热器表面设有散热胶,散热胶与功率板的功率元件的金属部分接触。
所述的散热器的散热胶涂覆面与功率板固定面之间设有台阶。
所述的功率板的底部设有导向块,导向块的底部设有镂空结构,顶部设有三角支撑结构。
所述的双头螺钉的一端设有外螺纹,另一端设有内螺纹。
所述的功率接头接插件的上端设有两个不同长度的导向销。
所述的密封罩盖与接插件通过固定销过盈连接,密封罩盖与散热器之间、密封罩盖与接插件之间的连接面上填充有密封胶。
本发明同现有技术相比,设计了小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,通过可弯折PCBA板的设置,将功率板与控制板分离并平行安装在控制器内,既减小了电机控制器尺寸,也易于散热,便于在整车上应用。
附图说明
图1为本发明的轴测图。
图2为本发明的爆炸图。
图3为本发明可弯折PCBA板的平铺正视图。
图4为本发明的剖视图。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1~图4,本发明提供一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,包括密封罩盖、透气阀、接插件、功率接头接插件、可弯折PCBA板、螺钉、双头螺钉、磁铁、散热器、六相电机,六相电机14的底部安装有联轴器15,六相电机14的顶部设有散热器12、电机Pin针13、磁铁11和双头螺钉安装孔,磁铁11和齿毂装配在电机轴16上。可弯折PCBA板包括功率板8、控制板6、可弯折PCB7,功率板8固定在散热器12上,功率板8与六相电机14之间采用双头螺钉4固定,六相电机14与功率板8之间采用电机Pin针13连接,功率板8上的12V电源经过滤波和MOS开关断处理后,通过电机Pin针13输出电流到六相电机14,控制板6与功率板8平行放置,控制板6采用螺钉3固定在双头螺钉4的顶部,控制板6与功率板8之间采用可弯折PCB7连接,功率板8与控制板6之间采用功率接头接插件9连接,控制板6上安装有接插件5,密封罩盖2覆盖在功率板8、控制板6、可弯折PCB7外,接插件5穿过密封罩盖2表面的通孔,透气阀1安装在密封罩盖2上。
本发明中,密封罩盖2与接插件5通过固定销过盈连接,保证密封胶固化前产品在生产线流转时密封盖与其他器件不发生相对移动;另一方面在汽车运行过程中最大程度减少了由于振动和外力导致密封胶受到的应力,提升密封的可靠性。
密封罩盖2起到密封保护作用,材质可为塑料或金属铝,若选用金属铝材可以改善整个系统EMC性能。且密封罩盖2与接插件5为分体结构,开模方便,生产成本和不良率均比较低。密封罩盖2与散热器12之间设有唇形结构,密封罩盖2与散热器12之间、密封罩盖2与接插件5之间的连接面上填充有密封胶。
透气阀1确保ECU内部与外部的空气连通,同时实现防水要求,避免产品在工作过程中由于温度升降从与外部环境的压差在密封区域产生的额外应力,提高密封的可靠性。
接插件5包括三个接插件本体,三个接插件本体为一体式结构,生产成本低。三个接插件本体分别为:A边系统电路的12V电源输入和整车通信接插件;B边系统电路的12V电源输入和整车通信接插件;内部通信接插件,通过线束连接到扭矩传感器。接插件本体将整车通信接插件和电源接插件合二为一,两种PIN针之间预留足够电气绝缘距离,这样不仅可以大大缩小接插件占用密封罩盖的面积,减少接插件数量和制造开模成本,也可以保证使用上的安全。
控制板6为逻辑控制电路PCBA,包含微处理器芯片、整车通信芯片、功率MOS管控制芯片以及芯片供电电源芯片模块等,接插件5的12V电源PIN针在此板投影处开槽孔穿过。
功率板8设置的是大电流和高功耗元件,发热大,接插件5的12V电源PIN针在此板投影处有相应对接接插件。功率元件布置在电机侧散热。
可弯折PCB7为半柔性线路板或可折弯PCB硬板,PCB材质与控制板6、功率板8相同,一般为FR4板材,可折弯0-180度,PCB加工生产时形成。
磁铁11与功率板8的传感器芯片位置对应。磁铁11为调速磁铁,功率板8上的传感器芯片感应磁铁11的转速和方向,反馈给微处理器从而控制电机如何转动。
散热器12为集成式设计,既为电机转子轴承提供支撑,也为功率器件提供散热功能。散热器12表面设有散热胶,散热胶与功率板8的功率元件的金属部分接触。
散热片12用于功率板8的大功耗的功率元件发热,散热片12表面设有散热胶,散热胶与功率板8的功率元件的金属部分接触。本发明中采用的功率元件为顶部散热,散热胶与功率元件顶部接触直接散热,这样功率元件背面有了更多的布局空间,利于小型化设计。
散热器12的散热胶涂覆面与功率板固定面之间设有台阶,以确保功率板装配后散热胶的厚度,保证良好的散热性能。
六相电机14,微处理器控制电机转动驱动转向齿轮从而使汽车方向盘发生转动。六相电机14伸出六根电机Pin针13,电机Pin针13与功率板8通过锡焊连接,为了保证焊接质量,需要保证功率板8的对应针孔与电机Pin针13的间隙。功率板8的底部设有导向块10。在自动化装配过程中,功率接头接插件9下部圆柱实现功率板8与散热器12装配的导向和定位,导向块10实现电机Pin针13装配的导向,以确保电机Pin针13能正确装配到功率板8的对应针孔内,同时避免因为电机Pin针13位置度不好导致电路板上应力过大的风险。
导向块10的底部设有镂空结构,以便于焊接后焊接质量的检查,顶部设有三角支撑结构,最大程度保证焊接后AI图像识别的拍照角度,同时也避免透锡时熔融状态的锡对塑料件的影响。
双头螺钉4的一端设有外螺纹,另一端设有内螺纹。外螺纹与散双头螺钉安装孔配合,以固定功率板8。内螺纹与固定控制板6的螺钉3连接,从而实现可弯折PCBA板的良好固定。与两块板都固定在散热器上的方案相比,减少了功率板8避让控制板6支撑而削减的区域,最大程度提高了PCB板的空间利用率。
功率接头接插件9的上端设有两个不同长度的导向销,实现控制板6与率板8的导向、校正以及对齐。
本发明设计了小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,通过可弯折PCBA板的设置,将功率板与控制板分离并平行安装在控制器内,既减小了电机控制器尺寸,也易于散热,便于在整车上应用。经测算,本发明电机控制器整体尺寸仅比非冗余的电机控制器尺寸大10%-15%,是常规双冗余电机控制器整体尺寸的60%左右,可以满足大多数整机厂底盘空间尺寸的要求,具有市场应用前景。

Claims (10)

1.一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,包括密封罩盖、透气阀、接插件、功率接头接插件、可弯折PCBA板、螺钉、双头螺钉、磁铁、散热器、六相电机,其特征在于:六相电机(14)的底部安装有联轴器(15),六相电机(14)的顶部设有散热器(12)、电机Pin针(13)、磁铁(11)和双头螺钉安装孔,可弯折PCBA板包括功率板(8)、控制板(6)、可弯折PCB(7),功率板(8)固定在散热器(12)上,功率板(8)与六相电机(14)之间采用双头螺钉(4)固定,六相电机(14)与功率板(8)之间采用电机Pin针(13)连接,控制板(6)与功率板(8)平行放置,控制板(6)采用螺钉(3)固定在双头螺钉(4)的顶部,控制板(6)与功率板(8)之间采用可弯折PCB(7)连接,功率板(8)与控制板(6)之间采用功率接头接插件(9)连接,控制板(6)上安装有接插件(5),密封罩盖(2)覆盖在功率板(8)、控制板(6)、可弯折PCB(7)外,接插件(5)穿过密封罩盖(2)表面的通孔,透气阀(1)安装在密封罩盖(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的接插件(5)包括三个接插件本体,三个接插件本体为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的磁铁(11)与功率板(8)的传感器芯片位置对应。
4.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的可弯折PCB(7)为半柔性线路板或可折弯PCB硬板。
5.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的散热器(12)表面设有散热胶,散热胶与功率板(8)的功率元件的金属部分接触。
6.根据权利要求5所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的散热器(12)的散热胶涂覆面与功率板固定面之间设有台阶。
7.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的功率板(8)的底部设有导向块(10),导向块(10)的底部设有镂空结构,顶部设有三角支撑结构。
8.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的双头螺钉(4)的一端设有外螺纹,另一端设有内螺纹。
9.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的功率接头接插件(9)的上端设有两个不同长度的导向销。
10.根据权利要求1所述的一种小尺寸双冗余电动助力转向电机控制器结构,其特征在于:所述的密封罩盖(2)与接插件(5)通过固定销过盈连接,密封罩盖(2)与散热器(12)之间、密封罩盖(2)与接插件(5)之间的连接面上填充有密封胶。
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