CN1945891A - 动力转向装置 - Google Patents

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CN1945891A CNA2006101513700A CN200610151370A CN1945891A CN 1945891 A CN1945891 A CN 1945891A CN A2006101513700 A CNA2006101513700 A CN A2006101513700A CN 200610151370 A CN200610151370 A CN 200610151370A CN 1945891 A CN1945891 A CN 1945891A
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横田忠治
山野和也
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Abstract

提供一种助力机构，当接收到受压的液压流体时辅助转向机构的操作。液压泵在被驱动时为助力机构提供受压的液压流体。电机驱动液压泵。提供电池单元用于为电机提供能量。提供控制单元，用于控制从电池单元提供给电机的电力。电池单元包括多个串联连接的铅酸电池。每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、电池壳和提供在电池壳中的电解液，螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在电池壳内。

Description

动力转向装置
技术领域
本发明通常涉及轮式机动车的动力转向装置，特别地涉及借助于由电机提供动力的液压助力机构的、辅助驾驶员转向动作类型的动力转向装置。
背景技术
到目前为止，在轮式机动车领域中已经提出并实际应用了各种的动力转向装置。
一些动力转向装置是下面类型的动力转向装置，包括：转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到车辆的可操纵的车轮；液压动力缸，当其中接收到受压的液压流体时辅助转向机构的操作；可逆的液压泵，为液压动力缸提供受压的液压流体；电机，用于驱动液压泵；电池，产生电力用于为电机提供能量；以及控制单元，按照车辆的工作状态和引擎的工作状态控制电机的工作。
发明内容
在上述类型的动力转向装置中，为了在驾驶员转动方向盘来转动车轮时能有效地驱动可逆的液压泵，电机被设计成高速工作。而当车辆直行时，也就是当方向盘保持在中间位置时，电机不工作。因此，当方向盘保持在中间位置车辆直行时，驾驶员向右或向左转动方向盘，驱动电机以使其转动速度在短时间内从0增加到高速。在这样的情况下，电池经历了大的电压下降，因此电池不能以预期的方式快速地运行电机。
因此本发明的一个目的是提供一种上述类型的动力转向装置，当车辆直行时从中间位置转动方向盘后，该动力转向装置能够为电机提供从0到高速的转速的快速响应。
按照本发明的第一方面，提供一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮。动力转向装置包括：转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到车辆的可操纵的车轮；助力机构，当接收到受压的液压流体时辅助转向机构的操作；液压泵，当被驱动时为助力机构提供受压的液压流体；电机，当被提供能量时驱动液压泵；电池单元，产生电力用于为电机提供能量；传感器部件，感测通过方向盘施加到转向机构的扭矩和方向盘转动的方向；和控制单元，控制电机的操作，控制单元按照传感器感测的扭矩和方向控制从电池单元提供给电机的电力；其中电池单元包括多个串联连接的铅酸电池，每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、圆柱形电池壳和提供在圆柱形电池壳中的电解液，该螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在圆柱形电池壳内。
按照本发明的第二方面，提供一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮。动力转向装置包括：转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到可操纵的车轮；液压动力缸，具有在其中限定的第一和第二工作室，当第一和第二工作室的其中一个接收到受压的液压流体时动力缸辅助转向机构的操作；可逆的液压泵，具有分别连接到液压动力缸的第一和第二工作室的第一和第二进入/排出口，当在正向和反向的任一方向上转动时，可逆的液压泵向第一和第二工作室的其中之一提供受压的液压流体；三相电机，当由三相交流电提供能量时驱动可逆的液压泵；电池单元，产生直流电力；传感器部件，感测通过方向盘施加到转向机构的扭矩和方向盘转动的方向；和控制单元，通过该电力提供能量，并控制三相电机的操作，其中控制单元包括将来自电池单元的直流电力转换成要提供给电机的三相交流电的部分，以及按照传感器部件感测的扭矩和方向控制从电池单元到电机的电力的部分。
按照本发明的第三方面，提供一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮。动力转向装置包括：转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到可操纵的车轮；液压动力缸，具有在其中限定的第一和第二工作室，当第一和第二工作室的其中一个接收到受压的液压流体时动力缸辅助转向机构的操作；可逆的液压泵，具有分别连接到液压动力缸的第一和第二工作室的第一和第二进入/排出口，当在正向和反向的任一方向上转动时，可逆的液压泵向第一和第二工作室的其中之一提供受压的液压流体；电机，在正向和反向的方向上转动可逆的液压泵；电池单元，包括多个串联连接的铅酸电池，每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、电池壳和提供在电池壳中的电解液，该螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在电池壳内；功率模块，控制由电池单元产生的电力，并将其提供至电机；转向负载检测部分，检测通过方向盘施加到转向机构的转向负载；和控制模块，按照转向负载检测部分检测的转向负载控制功率模块。
结合附图阅读下面的说明，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是按照本发明的动力转向装置的方块图；
图2是用于为本发明的动力转向装置提供能量的电池单元，电池单元包括多个串联的铅-酸电池；
图3是其中一个铅-酸电池的透视图；
图4是铅-酸电池的放大的和局部剖面图；
图5是可逆液压泵的轴向剖面图；
图6是去除了第二外壳的液压泵的放大的平面图；
图7是沿着图6的线VII-VII的可逆液压泵的另一个轴向剖面图；
图8是液压泵在设置了开关阀门的位置的横向剖面图；
图9是用于驱动可逆液压泵的电机的轴向剖面图；
图10是沿着图9的线X-X截取的电机的示意剖面图；
图11是显示电机的三组定子的线圈的连接方式的视图；
图12是沿着图9的线XII-XII截取的电机的径向剖面图，具体显示了通过三个接线端连接环连接电机的三组定子的线圈的方式；
图13是本发明采用的控制单元的方块图，显示了功率模块和控制模块；
图14是控制单元的方块图，显示了连接到功率和控制模块的连接器模块；
图15是显示由控制单元运行的用于检测本发明的动力转向装置操作的程序化操作步骤的流程图，；
图16是显示用于发现本发明的动力转向装置的异常状况所运行的程序化操作步骤的流程图；
图17A和17B分别是显示当实际使用在机动车中时，本发明所用电池的性能以及传统电池性能的时序图；
图18A和18B分别是显示在机动车的引擎停止时，本发明所用电池的特性以及传统电池特性的时序图；
图19是显示高速低扭矩型电机与低速高扭矩型电机的机械效率的曲线图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细说明本发明的动力转向装置。
为了容易理解，在下面的说明中使用了各种方向术语，例如，右、左、上、下、向右等。但是，这样的术语应当仅理解为相对于其上显示了对应部件或部分的附图。
参照图1，图1示意性地显示了本发明的动力转向装置，该动力转向装置实际用于机动车的右前车轮FR和左前车轮FL。
根据图1理解，当驾驶员操纵或转动方向盘1时，方向盘1的转动通过轴2传递到齿轮齿条机构的(小)齿轮3。齿轮3的转动在右或左方向上沿轴向移动了该机构的齿条4。齿条4的向右或向左移动产生了车辆的右前车轮FR和左前车轮FL的转向移动。从下面将会理解，通过助力机构辅助齿条4的向右或向左移动。
轴2安装了传感器部件TS，传感器部件TS检测由驾驶员经方向盘1施加到轴2的扭矩以及轴2(即，方向盘1)转动的方向。将代表检测到的扭矩和扭矩方向的信息信号提供给控制单元40。
助力机构通常包括由控制单元40控制的三相电机30，由电机30驱动的可逆液压泵20以及与齿条4结合的液压动力缸6。
如图所示，液压动力缸6装配有轴向可移动的活塞63，活塞63将液压动力缸6的内部分成第一和第二工作室61和62。上述的齿条4连接到活塞63以便随其移动。
第一和第二工作室61和62分别通过第一和第二液压通道51和52连接到可逆液压泵20的第一和第二进入/排出口210和220。因此，通过驱动液压泵20为第一和第二工作室61和62提供不同的压力，偏压活塞63以便在某方向上移动，其帮助齿条4的轴向移动，也就是帮助驾驶员转动方向盘1。
如图所示，第一和第二液压通道51和52通过第三和第四液压通道53和54连接到电磁开关阀门50。
电磁开关阀门50是常闭类型，用作自动防故障部件。也就是在正常状况下，开关阀门50通过控制单元40保持关闭。当发现动力转向装置的非正常状况时，控制单元40打开开关阀门50，以便直接连接第一和第二液压通道51和52，由此允许第一或第二工作室61或62内的高压液体自由移动到另一个工作室61或61中。基于此，驾驶员能够完成所谓的手动转向。
通过电池单元10为控制单元40提供能量，控制单元40接收各种信息信号，例如来自传感器部件TS的扭矩表示信号、来自传感器部件TS的方向盘转动方向表示信号、来自点火装置(没有显示)的引擎速度表示信号、和来自车辆速度传感器7的车辆速度表示信号等。
通过处理接收的信息信号，控制单元40计算将要施加给齿条4的辅助力。根据计算的辅助力，控制单元40为电机30提供对应的指令信号。
电机30是不带电刷类型的，在惯性特征方面是极好的。通过使用这种类型的电机30，能够平滑且有效地执行可逆液压泵20的操作，这提高了驾驶员在操纵方向盘1时具有的转向感觉。
参照图2、3和4，其分别显示了电池单元10的透视图、构成电池单元10的其中一个铅酸电池100的透视图、和铅酸电池100的局部剖面图。
如图2所示，通过组合串联连接的六个铅酸电池100来构成电池单元10。电池单元10具有阳极(或正极)和阴极(或负极)端11和12，在其之间产生14V的电压。如图所示，所有的铅酸电池100通过连接片13电连接。
根据图4将理解，每个铅酸电池100都是螺旋绕线型的，包括螺旋绕线阳极板110、螺旋绕线阴极板120以及螺旋绕线的并夹在阳极板110与阴极板120之间的螺旋绕线绝缘板130。这些螺旋绕线板110、120、130同心地设置在填充了电解液的圆柱形电池壳140内。阳极板110的给定部分通过布线(没有显示)连接到具有外露接头的阳极端101，阴极板120的给定部分通过布线150连接到具有外露接头的阴极端102。数字103表示的是设置在电池壳140上壁的入口，通过入口103将电解液注入到电池壳140中。能够通过盖子104可拆卸地关闭入口103。
每个铅酸电池100的螺旋绕线阳极板110可以具有大约1500至15000cm2的面积。
应当注意，1500至15000cm2的面积相当于传统矩形平行(paralleopiped)电池的平行排列的平板正极板的大约1700至17000cm2，其中传统矩形平行电池的四个平板壁每个的边长等于圆柱形电池壳140的直径。
此外，应当注意，确定铅酸电池100的数量以使电池单元10即使在发生100A大小的放电时也保持高于12V的电压。
参照图5至12，特别地参照图5和6，其以剖面的方式显示了可逆液压泵20。
如图5所示，液压泵20包括以在其间限定一定间隙的方式所组装的第一和第二外壳21和22。更具体地，在第一外壳21的平坦上表面21a与第二外壳22的平坦下表面22a之间定义一定的间隙。
通过该间隙，安装具有圆形中心开口的凸轮环25，如图6所示。在凸轮环25的圆形中心开口中，可转动的接收外转子23，外转子23具有带齿的内部开口。在外转子23的带齿的内部开口中，可转动的接收内转子24，内转子24具有与外转子23的带齿的内部开口啮合的带齿的外部壁。以下将说明凸轮环25、外转子23和内转子24的详细结构。
根据图5和6可以看出，驱动轴26通过内转子24的中心部分，用于驱动内转子24。
根据图6可以理解，并且随着说明的继续将变得显而易见，内转子24围绕其中心的转动包括外转子23围绕内转子24的圆形滑动或运动，用于在两个转子24和23之间产生容积可变的工作室27，以用作泵机构。更具体地，如图6所示，相对内转子24离开中心地配置外转子23，可转动的支持外转子23的凸轮环25通过弹簧部件被径向可移动地支撑在第一外壳21上。
参照图5，相对于驱动轴26的轴线，在平坦上表面21a的径向相对部分处形成第一外壳21，第一和第二进入/排出口210和220的每一个都与外转子23与内转子24之间定义的容积可变的工作室27(见图6)相连。随着说明的继续将变得显而易见，第一和第二进入/排出口210和220中的每一个按照驱动轴26的转动方向用作进入口或排出口。
从图5可见，相对于驱动轴26的轴线，在平坦下表面22a的径向相对部分形成第二外壳22，第一和第二进入/排出口230和240的每一个都与容积可变的工作室27相连。
第一外壳21形成有分别通向第一和第二进入/排出口210和220的第一和第二液压通道51和52。如上所述，这些第一和第二液压通道51和52连接到液压动力缸6的第一和第二工作室61和62(见图1)。按照通过电机30产生的动力来驱动液压泵20的驱动轴26的方式，在电机30的基座部分上安装第一外壳21。
第二外壳22凸出在储液箱28中，储液箱28通过各自的通道231和241连接到第一和第二进给口230和240。如图所示，每个通道231和241设置有只允许从储液箱28向第一或第二进给口230或240单向流动的止回阀231a或241a。
从图6可以清楚地理解液压泵20的构造，图6是去除了第二外壳22的液压泵20的平面图。
从图6可见，外转子23形成有内齿轮23a，内转子24形成有外齿轮24a。在所示的实施例中，内齿轮23a的齿数比外齿轮24a的齿数大1。如图所示，内转子24接收在外转子23中，使各自齿轮24a和23a的齿部分地但有效地啮合。
如上所述，第一和第二进入/排出口210和220布置在各自的位置，这些位置被暴露到在内齿轮23a与外齿轮24a之间定义的容积可变的工作室27的各给定的部分。也就是，按照驱动轴26的转动方向(即，内转子24的转动方向)，每个进入/排出口210和220用作进入口或排出口。
即，当内转子24和外转子23在图6中以逆时针方向旋转或转动时，容积可变的工作室27的左半部分表现出容积增加过程，工作室27的右半部分表现出容积降低过程。因此，在此情况下，进入/排出口210作为进入口，另一个进入/排出口220作为排出口。同时，当内转子24和外转子23在图6中以顺时针方向旋转或转动时，出于与上述基本上相同的原因，进入/排出口220作为进入口，另一个进入/排出口210作为排出口。
从图6可以更清楚地理解上述液压泵20的构造，图7是沿着图6的线VII-VII的剖面图。
如图7所示，在第一外壳21中提供随动阀60，上述第一和第二液压通道51和52连接到随动阀60。在第二外壳22上提供返回通道55，第一和第二液压通道51和52通过返回通道55连接到上述的储液箱28。返回通道55装备有只允许从第一或第二液压通道51或52向储液箱28单向流动的止回阀55a。
如图7和8所示，上述电磁开关阀门50安装在第一外壳21的侧壁上。如上所述，电磁开关阀门50用于在从控制单元40接收到指令信号时，选择性地连接和断开第一和第二液压通道51和52。
从图8可很好的看出，电磁开关阀门50通常包括本体50a，本体50a具有连接到第三和第四液压通道53和54的前端的通道50b。阀头部件50c轴向可移动地安装在通道50b中，并通过螺旋弹簧50d在关闭通道50b的方向上被偏压。因此，当阀头部件50c没有接收外力时，开关阀门50采用其OFF位置，断开第一和第二液压通道51和52。电磁开关阀门50进一步包括电磁致动器，一旦提供能量之后，致动器抵抗弹簧50d的弹力，在打开通道50b的方向上移动阀头部件50c。致动器包括可轴向移动的推杆(或电枢杆)50e和线圈50f，推杆50e具有可与阀头部件50c接触的前端，线圈50f围绕推杆50的放大的基座部分布置。一旦提供能量之后，线圈50f移动推杆50e，使得推杆50e抵抗螺旋弹簧50d推动阀头部件50c。在此条件下，开关阀门50采用其ON位置，连接第一和第二液压通道51和52。
参照图9，图9显示了电机30的细节。
如图所示，电机30是无电刷类型的，包括围绕转子单元320的定子310，转子单元320的旋转位置由旋转位置传感器(RPS)330感测。定子310包括定子铁心311，每个定子铁心311具有缠绕其上的定子线圈312。定子线圈312的接线端连接到三个接线端连接环(CR)313的某一些，电缆341从稍后所述的控制单元40的功率模块410连接到三个接线端连接环(CR)313。转子320包括输出轴321和多个围绕输出轴321布置的磁铁322。应当注意，输出轴321的上端连接到上述液压泵20的驱动轴26(见图5)。数字342表示的是电缆，通过该电缆将旋转位置传感器330产生的信息信号提供至控制单元40。
从图10能够更清楚地理解电机30的细节，图10是沿图9的线X-X的剖面图。
如图10所示，定子310具有12个定子铁心311。如图所示，12个定子铁心311被分成三组，每组具有4个定子铁心311。三组是U相组、V相组和W相组。如图所示，转子单元320具有10个围绕输出轴321布置的且其N极和S极交替设置的磁铁322。
分别由U1+、U1-、U2+和U2-表示U相组的四个定子铁心311，如图所示，两个定子铁心U1+和U2-关于输出轴321的轴线设置在径向相对的位置，另两个定子铁心U1-和U2+设置在径向相对的位置。分别由V1+、V1-、V2+和V2-表示V相组的四个定子铁心311，如图所示，两个定子铁心V1+和V2-关于输出轴321的轴线设置在径向相对的位置，另两个定子铁心V1-和V2+设置在径向相对的位置。分别由W1+、W1-、W2+和W2-表示W相组的四个定子铁心311，如图所示，两个定子铁心W1+和W2-关于输出轴321的轴线设置在径向相对的位置，另两个定子铁心W1-和W2+设置在径向相对的位置。
参照图11，图11图示了上述12个定子铁心311的定子线圈312的接线端的连接方式，用于为定子线圈312提供三相交流电流。
如图所示，在U相组的定子铁心U1+、U1-、U2+和U2-的情况下，定子铁心U1+和U1-的两个线圈312串联连接，定子铁心U2+和U2-的两个线圈312串联连接，这两个串联电路并联连接，构成所谓的U电路。类似于此，在V相组的定子铁心V1+、V1-、V2+和V2-和W相组的定子铁心W1+、W1-、W2+和W2-的情况下，构成所谓的V电路和W电路。如图所示，这三个电路(即，U电路、V电路和W电路)以三角连接方式连接，构成三角形电路。三角形电路的三个连接点分别连接到三个接线端连接环313(或CR(UV)、CR(VW)和CR(WU))。
参照图12，其显示了在12个定子线圈312的接线端连接到三个接线端连接环313(或CR(UV)、CR(VW)和CR(WU))时的电机30的剖面图。
参照图13，其显示了控制单元40的细节。
控制单元40包括用作反相器的功率模块410和用于控制功率模块410的控制模块420。也就是，由于控制模块420和功率模块410的功能，将来自电池单元10的直流电(即，DC)转换成三相交流电，并提供至电机30。
控制模块420是微机，通常包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及输入和输出接口。更具体地，构成控制单元40使其具有引擎工作状况检测部分(EOCDS)421、警报控制部分(ACS)422、异常状况检测部分(ACDS)423、电流决定部分(CDS)、和三相电流转换部分(TPCIS)425。异常状况检测部分(ACDS)423具有异常状况检测禁止部分(ACDPS)423a，电流决定部分(ACDS)424具有转向控制禁止部分(SCPS)424a。
引擎工作状况检测部分421根据引擎速度Ne来判断引擎处于ON或OFF状态，并将对应的信号提供至警报控制部分422和电流决定部分424。根据来自扭矩传感器TS(见图1)的扭矩信号T和来自转向角传感器的转向角θ，警报控制部分422判断驾驶员是否实际执行转向动作。也就是，当引擎在OFF状态下进行转向动作时，警报控制部分422为警报灯8提供能量，使驾驶员了解在引擎停止条件下的过量转向负载。
异常状况检测部分423向电流决定部分424提供电机驱动指令信号S，而不考虑扭矩传感器TS的工作。异常状况检测部分423通过使用分路电阻器检测电机30的电流值Im，并且异常状况检测部分423根据检测的电流值Im判断电机30是否处于异常状况。当电机30处于异常状况时，异常状况检测部分423打开上述的电磁开关阀门50(见图1)。
如图13所示，电压检测部分(VDS)9检测电池单元10的电压，并将对应的电压信号V提供至异常状况检测部分423。当感测的电压V低于预定值时，异常状况检测禁止部分423a禁止异常状况检测部分423工作。通过此操作，抑制了电池单元10的过量的电压下降，同时抑制了异常状况检测部分423对电机30的错误诊断。
根据引擎的ON/OFF状态、电池单元10的电压V、扭矩T和转向角θ，电流决定部分424决定将提供至电机30的电流的目标值“It”(以下将称作“目标电流值”)，并将对应的信号提供至三相电流转换部分425。因为电池单元10具有较少的电压下降的性质，电池单元10能够产生足够的电力用于驱动电机30。当引擎处于OFF状态时，交流发电机不产生电力。因此，在这样的条件下，电流决定部分424决定的目标电流值“It”应当小于当引擎处于ON状态时决定的电流。通过此方法，能够避免电池单元10的过量的电压下降。
当引擎在OFF状态下电池单元10的电压V显示了低于预定值的值时，转向控制禁止部分424a禁止电机30工作，由此停止辅助驾驶员的转向动作的动力。由于当引擎处于OFF状态时交流发电机不产生电力，所以这样的禁止动作消除了电池单元10的过量的电压下降。为了避免转向感觉快速下降，通过逐步地降低目标电流值“It”来执行转向控制禁止操作。
参照图14，其显示了控制单元40的电路系统。在所示的电路系统中，粗线表示汇流线B，双圆圈表示实际焊接的位置。
也就是，除了上述功率模块410和控制模块420之外，控制单元40还具有电连接到功率模块410的连接器模块430。
如图所示，通过半导体开关元件SSW的作用，功率模块410产生提供至电机30的三相交流电流，并且通过分路电阻器DR1和DR2的作用，功率模块410检测三相交流电流的电流值。通过各自的放大器AP1和AP2将检测的电流值反馈至控制模块420。如上所述，控制模块420计算目标电流值“It”，并将对应的指令信号提供至功率模块410。而且，当检测到电机30的异常状况时，控制模块420打开上述的电磁开关阀门50(见图1)。
连接器模块430包括以图14所示方式设置的第一、第二和第三继电器RY1、RY2和RY3，第一和第二滤波器F1和F2，以及第一和第二电容器C1和C2。这些元件RY1、RY2、RY3、F1、F2、C1和C2连接到汇流线B(由粗线表示)，用于实现与功率模块410的电连接。每条汇流线B是拉长的平板状，并具有焊接接线端的部分。
三个继电器RY1、RY2和RY3是过电流响应类型的继电器。也就是，当电池单元10向功率模块410提供了过量电流时，第一继电器RY1用于断开电池单元10与功率模块410之间的连接。当向电机30施加过量的电流时，第二和第三继电器RY2和RY3用于断开功率模块410与电机30之间的连接。
滤波器F1和F2是降噪类型的滤波器。也就是，第一滤波器F1用于消除直接连接到电池单元10的电路将产生的噪声。借助于电容器C1和C2，第二滤波器F2用于消除当半导体开关元件SSW工作时将产生的噪声。
当引擎处于其OFF状态时，交流发电机不发电，因此在这样的条件下，电池单元10不充电。因此，如果在引擎处于OFF状态时实现转向辅助，则加速了电池单元10的放电，这导致了明显的电压下降，因此影响正常的转向辅助工作。
因此，如上所述，当引擎处于OFF状态时，降低电机30的目标电流值“It”，用于减轻电池单元10的工作负载。当电池单元10的电压V变得低于预定的低水平Va时，确定目标电流值“It”为0(零)，由此禁止转向辅助。
在使目标电流值“It”为0(零)的情况下，应当逐步降低目标电流值“It”的值，以避免转向感觉的劣化。而且，当在引擎处于OFF状态下操纵方向盘1时，警报灯8被点亮，以使驾驶员了解引擎停止情况下的过量的转向负载。
当动力转向装置具有任何故障时，打开电磁开关阀门50，以便直接连接液压动力缸6(见图1)的第一和第二工作室61和62。在此条件下，驾驶员能够进行所谓的手动转向。对于此自动防故障装置，必须驱动液压泵20，而不考虑转向扭矩T的存在/不存在。也就是，通过驱动液压泵20，进行检查，检查动力转向装置是否存在故障。
如根据图1所理解，如果在驱动液压泵20用于检查动力转向装置的同时电磁开关阀门50保持关闭，则向液压动力缸6的第一和第二工作室61和62之一提供加压的液体。在此情况下，违背驾驶员的意愿转向可操作的前车轮。因此，在检查动力转向装置时，电磁开关阀门50应当打开。
由于上述的构成，电池单元10能够表现出高的放电特性。因此，即使在像引擎刚启动之后、交流发电机不能产生足够电量的情况下，电池单元10也能够有效地操作电机30。因此，即使在引擎刚启动之后就执行对动力转向装置的检查，也能够正常地执行检查。
下面将参照图15的流程图详细说明用于检查动力转向装置工作的程序化操作步骤。
在步骤S101，判断引擎速度Ne是否为0(零)。如果为YES，也就是在引擎速度Ne为0(零)时，操作流程前进到步骤S102，判断引擎处于OFF状态。而如果为NO，也就是在引擎速度Ne不为0(零)时，操作流程前进到步骤S103，判断引擎处于ON状态。
在步骤S102，将引擎OFF标志“Fe”设置为1，流程前进到步骤S104。而在步骤S103，将引擎OFF标志“Fe”设置为0(零)，流程前进到步骤S104。
在步骤S104，判断电池电压“V”是否等于或小于预定值“Va”。如果为YES，操作流程前进到步骤S105，判断电池单元10显示出一定的电压下降。如果为NO，操作流程前进到步骤S106，判断电池单元10没有显示出电压下降。
在步骤S105，将电池电压下降标志“Fv”设置为1，操作流程前进到步骤S107。而在步骤S106，将电池电压下降标志“Fv”设置为0(零)，操作流程前进到步骤S107。
在步骤S107，计算目标电流值“It”，操作流程前进到步骤S108。
在步骤S108，判断引擎OFF标志“Fe”是否为1。如果为YES，操作流程前进到步骤S109，判断引擎处于OFF状态。而如果为NO，操作流程前进到步骤S110，判断引擎处于ON状态。
在步骤S109，降低目标电流值“It”，操作流程前进到步骤S110。
在步骤S110，判断电池电压下降标志“Fv”是否为1。如果为YES，操作流程前进到步骤S113，判断电池单元10显示出一定的电压下降。而如果为NO，操作流程前进到步骤S111，判断电池单元10没有显示出一定的电压下降。
在步骤S111，执行异常状况检测控制，操作流程前进到步骤S112。
在步骤S112，判断动力转向装置是否有故障。如果为YES，操作流程前进到步骤S117。而如果为NO，操作流程前进到步骤S116。
在步骤S113，判断检测的转向扭矩是否不为0(零)。如果为YES，也就是当检测的转向扭矩不为0(零)时，也就是当驾驶员操纵方向盘1时，操作流程前进到步骤S114，为警报灯8提供能量。然后操作流程前进到步骤S115。而如果步骤S113为NO，也就是当检测的转向扭矩为0(零)时，也就是当驾驶员没有操纵方向盘1时，操作流程前进到步骤S115。
在步骤S115，逐步降低目标电流值“It”(最终降为0(零))，然后操作流程前进到步骤S116。
在步骤S116，输出目标电流值“It”，也就是实际提供给电机30，并结束控制。
在步骤S117，将目标电流值“It”设置为0(零)，并结束控制。也就是在此情况下，没有给电机30提供能量。
下面将参照图16的流程图说明上述步骤S111的异常状况检测控制的细节。
在步骤S201，打开电磁开关阀门50，操作流程前进到步骤S202。
在步骤S202，为电机30提供能量。如上所述，执行此电机供能，而不考虑扭矩传感器TS的工作。然后，操作流程前进到步骤S203。
在步骤S203，判断电机30的转速是否为0(零)。如果为YES，操作流程前进到步骤S204，判断装置中可能发生一些故障。如果为NO，也就是当电机30以一定的速度运行时，操作流程前进到步骤S206，判断装置中没有发生故障。然后，操作流程前进到上述的步骤S112(见图15)。
在步骤S204，将时间计数器设置为0(零)，用于测量从此开始过去的时间“t”。然后，操作流程前进到步骤S205。
在步骤S205，判断过去的时间“t”是否等于或大于预定时间“α”。如果为YES，也就是当判断过去的时间“t”等于或大于预定时间“α”时，操作流程前进到步骤S207，判断装置中已经发生一些故障。然后，操作流程前进到上述的步骤S112。
而如果在步骤S205为NO，也就是当判断过去的时间“t”小于预定时间“α”时，操作流程前进到步骤S206，判断装置中没有发生故障。然后，操作流程前进到上述的步骤S11。
下面将参照图17A说明本发明中采用的电池单元10的性能。实际上，图17A是显示电池电压、电池充电电流和电池放电电流的改变的时序图。为了比较，在图17B中显示了传统电池的性能。
在时间“t1”，点火开关打开。在此基础上，为自启动电机(没有显示)提供能量用于启动引擎。因此，从两幅图可见，两个电池都显示出从引擎OFF时间值“Vs”开始的一定的电压下降。应当注意，引擎OFF时间值“Vs”是引擎处于OFF状态时表现出的电压值。
在时间“t2”，启动引擎，发电机开始发电。从两幅图可见，两个电池都开始充电，因此电池电压“V”开始上升。
在时间“t3”，传统电池的充电结束，电池电压“V”显示出最大值“Vmax”。从图17B可见，在此基础上的传统电池的情况下，充电电流下降，以避免过充电。
应当注意，在电池单元10的情况下，电池电压“V”在时间“t3”仍增加。这意味着电池单元10与传统电池相比具有足够的容量。
在时间“t4”，电池单元10的充电结束，电池电压“V”显示出最大值“Vmax”。在此基础上，充电电流下降。
在时间“t5”，驾驶员开始转向操作，因此向电机30提供能量以便启动转向辅助。由于电机30的工作，在电池单元10与传统电池中电池电压都下降。
但是，从两幅图可见，与传统电池相比，电池单元10中的电池电压的下降程度较小。也就是说，从图17A可见，在电池单元10的情况下，下降的电池电压高于引擎OFF时间值“Vs”。而在传统电池的情况下(见图17B)，下降的电池电压低于引擎OFF时间值“Vs”。
在时间“t6”，驾驶员的转向操作结束，停止向电机30提供能量，并且发电机再次向电池充电。从图中可见，在电池单元10中，一旦开始充电，电池电压“V”立刻到达最大值“Vmax”。而在传统电池中，在到达最大值“Vmax”之前表现出一定的时间延迟。
在时间“t7”，电池单元10的充电饱和，并降低充电电流。但是，在传统电池的情况下，电池的充电还没有饱和，因此不降低充电电流。
在时间“t8”，传统电池的充电饱和，并降低充电电流。
从时间“t9”开始，重复时间“t5”至时间“t8”的现象。
下面将借助于图18A和18B说明在引擎停止时实现转向辅助的情况下的电池特性。图18A显示了电池单元10的特性，图18B显示了传统电池的特性。
在附图中，“Vs”表示电池电压的引擎OFF时间值，“Vmin”表示驱动电机30所需的最小电压。
在时间“t11”，驾驶员启动转向操作，因此向电机30提供能量以便启动转向辅助。由于电机30的工作，在电池单元10与传统电池中电池电压都下降。
但是，从两幅图可见，与传统电池相比，电池单元10中的电池电压的下降程度较小。也就是说，从图18A可见，在电池单元10的情况下，下降的电池电压高于最小值“Vmin”。而在传统电池的情况下(见图18B)，下降的电池电压低于最小值“Vmin”。
这意味着在传统电池的情况下，不期望在引擎OFF状态下的转向辅助。而在电池单元10的情况下，获得了这样的转向辅助。
参照图19，其显示了高速低扭矩型电机(HSLTEM)与低速高扭矩型电机(LSHTEM)的特性。如图所示，在高速低扭矩型电机的情况下，获得了较高的效率，但是效率随着扭矩的增加而快速下降。而在低速高扭矩型电机的情况下，扭矩变化较小，但是效率较低。在本发明中，使用高速低扭矩型电机作为电机30。优选地，在本发明中，仅通过使用电机30的高速高效工作范围来驱动液压泵20。在使用这样范围的情况下，电池的电压下降趋于影响电机30的转速。但是，由于本发明中使用的电池单元10是具有较小的电压下降类型的电池，所以能够实现电机30的稳定工作。
下面说明本发明的优点。
(1)在本发明的动力转向装置中，通过电机30驱动液压泵20以便将液压流体充入液压动力缸6或从液压动力缸6释放液压流体。采用控制单元40用于控制提供至电机30的电流。采用包括多个铅酸电池的电池单元10作为电源，每个铅酸电池都是螺旋绕线型的。螺旋绕线型的铅酸电池包括螺旋绕线阳极板110、螺旋绕线阴极板120以及夹在阳极板110与阴极板120之间的螺旋绕线绝缘板130。这些螺旋绕线板110、120、130共心地设置在填充了电解液的圆柱形电池壳140内。
如上所述，电池单元10显示了较小的电压下降，并且由于上述的原因，本发明的动力转向装置能够产生稳定且足够的转向助力。这种类型的动力转向装置可用于各种机动车，例如只需要小的转向助力的小型机动车，和需要大的转向助力的大型机动车。
(2)在本发明的动力转向装置中，采用的电机30包括定子310和转子单元320。定子310包括定子铁心311，每个定子铁心311具有缠绕其上的定子线圈312。定子线圈312的接线端连接到连接环313的给定部分，电缆341从功率模块410连接到连接环313。转子单元320包括输出轴321和多个围绕输出轴321排列的磁铁322。
通过这样的排列，能够向电机30提供较大的电流，以允许电机30产生较大且足够的输出。
(3)由于使用螺旋绕线板11、120和130，所以每个铅酸电磁100每单位容量能够产生较高的电功率。
(4)在由功率模块410产生的三相交流电流驱动的电机30中，采用所谓的三角布线，用于连接U相组、V相组和W相组的定子铁心的线圈312。因此，实现了定子310的尺寸减小。
(5)控制单元40包括按照上述方式排列的功率模块410、控制模块420和连接器模块430。连接器模块430包括连接到功率模块410的汇流线B、以及连接到汇流线B的滤波器F1和F2和电容器C1和C2。汇流线B的使用使得能够将大的直流电从电池单元10运载到功率模块410。
(6)在本发明的动力转向装置中，第一和第二液压通道51和52分别从液压泵20通向液压动力缸6的第一和第二工作室61和62，电磁开关阀门50设置在第一和第二液压通道51和52之间。当装置中出现任何故障时，控制单元40使得电磁开关阀门50采用其开启状态。基于此，驾驶员能够平滑地进行所谓的手动转向。
(7)在本发明的动力转向装置中，用于为齿条4提供动力的液压动力缸6具有第一和第二工作室61和62，齿条4连接到可操纵的前车轮FR和FL。液压泵20的第一和第二进入/排出口210和220通过第一和第二液压通道51和52连接到第一和第二工作室61和62。电机30驱动液压泵20在两个方向上转动。在第一和第二液压通道51和52之间，设置了电磁开关阀门50，用于选择地开启和关闭通道51和52之间的直接连接。根据来自各种感测装置的信息信号，控制单元40按照上述的方式控制电机30和开关阀门50的操作。为了向电机30供电，使用包括螺旋绕线型铅酸电池100的电池单元10。
因此，通过液压动力机构将电机30产生的驱动扭矩传输到可操纵的前车轮FR和FL。因此，在本发明中，产生了更多保证的和大的转向助力。
(8)如上所述，当动力转向装置失效时，迫使电磁开关阀门50采用其开启位置，以便直接连接第一和第二液压通道51和52。因此，驾驶员能够容易且安全地进行所谓的手动转向操作。
(9)在通过驱动液压泵20来检查动力转向装置时，开关阀门50转动到其开启位置。因此，抑制了违背驾驶员意愿的可操纵前车轮Fr和Fl的不期望的转向移动。
(10)由于在控制单元40中提供了异常状况检测禁止部分423a，所以抑制了电池单元10的过量的电压下降，同时抑制了异常状况检测部分423对电机30的错误诊断。
(11)由于对电池单元10使用了螺旋绕线型铅酸电池100，所以即使在引擎的OFF状态下也期望动力转向装置的操作。即使在像引擎刚启动之后的时间、交流发电机没有处于能够产生足够电量的情况下，电池单元10也能够有效地操作电机30，并因此操作动力转向装置。
(12)由于在控制单元40中提供了引擎工作状况检测部分421，所以当引擎处于OFF状态时，降低将要提供给电机30的目标电流值“It”。基于此，抑制了电池单元10的过量的电压下降。
(13)由于在控制单元40中提供了引擎工作状况检测部分421和警报部分422，所以当引擎处于OFF状态、驾驶员进行转向动作时，警报灯8开启。
(14)由于在控制单元40中提供了转向控制禁止部分424a，所以抑制了在引擎的OFF状态下驾驶员的不期望的转向动作。
(15)由于提供了转向控制禁止部分424a，所以当电池电压“V”显示出低于预定较低的值Va时，逐步降低提供给电机30的目标电流值“It”。基于此，能够平滑地结束动力辅助，而不会破坏驾驶员具有的转向感觉。
日本专利申请2005-290069的全部内容以引用方式并入本文。
尽管已经参照本发明的实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述这样的实施例。按照上述描述，本领域技术人员可以执行这样实施例的各种修改和变化。

Claims (18)

1.一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮，动力转向装置包括：
转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到车辆的可操纵的车轮；
助力机构，当接收到受压的液压流体时辅助转向机构的操作；
液压泵，当被驱动时为助力机构提供受压的液压流体；
电机，当被提供能量时驱动液压泵；
电池单元，产生电力用于为电机提供能量；
传感器部件，感测通过方向盘施加到转向机构的扭矩和方向盘转动的方向；和
控制单元，控制电机的操作，该控制单元被配置为按照传感器感测的扭矩和方向控制从电池单元提供给电机的电力；
其中电池单元包括多个串联连接的铅酸电池，每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、圆柱形电池壳和提供在圆柱形电池壳中的电解液，该螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在圆柱形电池壳内。
2.如权利要求1所述的动力转向装置，其中每个铅酸电池的螺旋绕线阳极板具有大约1500至15000cm2的面积。
3.如权利要求1所述的动力转向装置，其中铅酸电池的数量被确定为使电池单元产生14V电压的电力。
4.如权利要求1所述的动力转向装置，其中铅酸电池的数量被确定为使电池单元即使在发生100A规模的放电时也保持高于12V的电压。
5.如权利要求1所述的动力转向装置，其中控制单元包括：
功率模块，用作反相器并包括多个半导体开关元件；
控制模块，用于控制功率模块；和
连接器模块，电连接到功率模块，
其中连接器模块包括连接到功率模块的汇流线，和连接到汇流线的电路组件；
其中汇流线构成电路的一部分，电池单元产生的直流电通过汇流线传递到功率模块；
其中电路组件是滤波器和电容器；以及
其中滤波器和电容器具有通过焊接而连接到汇流线的接线端。
6.如权利要求1所述的动力转向装置，其中助力机构包括：
液压动力缸，其中具有可轴向移动的活塞，通过活塞将缸的内部分成第一和第二工作室，第一和第二工作室分别经过一对液压通道连接到液压泵的第一和第二进入/排出口；
齿条，连接到活塞以便随活塞移动，齿条连接到可操纵的车轮并与由方向盘转动的齿轮啮合；
旁路液压通道，在该对液压通道之间延伸；和
开关阀门，设置在旁路液压通道中，当从控制单元接收到异常状况表示信号时该开关阀门打开。
7.一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮，动力转向装置包括：
转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到可操纵的车轮；
液压动力缸，具有在其中限定的第一和第二工作室，当第一和第二工作室的其中一个接收到受压的液压流体时动力缸使转向机构操作；
可逆的液压泵，具有分别连接到液压动力缸的第一和第二工作室的第一和第二进入/排出口，当在正向和反向的任一方向上转动时，可逆的液压泵向第一和第二工作室的其中之一提供受压的液压流体；
三相电机，当由三相交流电提供能量时驱动可逆的液压泵；
电池单元，产生直流电力；
传感器部件，感测通过方向盘施加到转向机构的扭矩和方向盘转动的方向；和
控制单元，通过该电力提供能量，并控制三相电机的操作，
其中控制单元包括将来自电池单元的直流电转换成要提供给电机的三相交流电的部分，以及按照传感器部件感测的扭矩和方向控制从电池单元到电机的电力的部分。
8.如权利要求7所述的动力转向装置，其中电机包括定子、可转动地容纳在定子中的转子单元和三个接线端连接环，定子包括多个定子铁心，每个定子铁心具有缠绕其上的定子线圈，定子线圈的接线端连接到三个接线端连接环的给定部分。
9.如权利要求8所述的动力转向装置，其中三个接线端连接环共心地排列在电机的一个轴向端部，并被提供有三相交流电。
10.如权利要求9所述的动力转向装置，其中电池单元包括多个串联连接的铅酸电池，每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、圆柱形电池壳和提供在圆柱形电池壳中的电解液，该螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在圆柱形电池壳内。
11.一种机动车的动力转向装置，机动车具有方向盘和可操纵的车轮，动力转向装置包括：
转向机构，通过转向机构将方向盘的转动传递到可操纵的车轮；
液压动力缸，具有在其中限定的第一和第二工作室，当第一和第二工作室的其中一个接收到受压的液压流体时动力缸辅助转向机构的操作；
可逆的液压泵，具有分别连接到液压动力缸的第一和第二工作室的第一和第二进入/排出口，当在正向和反向的任一方向上转动时，可逆的液压泵向第一和第二工作室的其中之一提供受压的液压流体；
电机，在正向和反向的方向上转动可逆的液压泵；
电池单元，包括多个串联连接的铅酸电池，每个铅酸电池包括螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板、螺旋绕线的并夹在阳极板与阴极板之间的螺旋绕线绝缘板、电池壳和提供在电池壳中的电解液，该螺旋绕线阳极板、螺旋绕线阴极板和螺旋绕线绝缘板设置在电池壳内；
功率模块，控制由电池单元产生的电力，并将其提供至电机；
转向负载检测部分，检测通过方向盘施加到转向机构的转向负载；和
控制模块，按照转向负载检测部分检测的转向负载控制功率模块。
12.如权利要求11所述的动力转向装置，进一步包括：
异常状况检测部分，用于驱动电机，而不考虑转向负载的存在或不存在，并且根据电机的工作状况检测动力转向装置是否具有故障；
旁路构件，旁路构件在异常状况检测部分驱动电机的期间在第一和第二工作室之间提供流体流通。
13.如权利要求12所述的动力转向装置，进一步包括：
电压检测部分，检测电池单元的电压；和
异常状况检测禁止部分，当电池单元的电压低于预定水平时，禁止异常状况检测部分的工作。
14.如权利要求11所述的动力转向装置，其中控制模块被配置为即使在引擎处于其OFF状态时也执行液压动力缸的转向助力操作。
15.如权利要求14所述的动力转向装置，进一步包括检测引擎的ON或OFF状态的引擎工作状况检测部分，
其中当引擎工作状况检测部分检测到引擎的OFF状态时，控制模块将提供给电机的电流减小到低于在引擎处于其ON状态时提供给电机的水平。
16.如权利要求14所述的动力转向装置，进一步包括：
引擎工作状况检测部分，检测引擎的ON或OFF状态；
警报装置，当被激活时产生可视或可听见的警报；
警报控制部分，当引擎工作状况检测部分检测到引擎的OFF状态并且通过转向机构执行转向动作时，激活警报装置。
17.如权利要求14所述的动力转向装置，进一步包括：
引擎工作状况检测部分，检测引擎的ON或OFF状态；
电压检测部分，检测电池单元的电压；
转向控制禁止部分，当引擎工作状况检测部分检测到引擎的OFF状态并且电压检测部分检测到电池单元的电压低于预定水平时，禁止电机的操作。
18.如权利要求17所述的动力转向装置，其中当电池单元的电压低于预定水平时，转向控制禁止部分用于逐步地降低提供给电机的电流水平。
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