CN203199021U - 电机驱动的液压助力转向泵 - Google Patents

Abstract

一种电机驱动的液压助力转向泵，包括电气接口，温度传感器，与电气接口和温度传感器连接的电子控制单元，与电子控制单元连接的驱动电路，与驱动电路连接的电机和与电机连接的齿轮泵。所述电气接口包括电源接口、点火信号输入接口、CAN总线接口及转向角速度信号输入接口。所述点火信号输入接口向电子控制单元输入点火信号控制电子控制单元的启动；所述CAN总线接口提供汽车车速、发动机转速以及具有加载软件的上位机发出的加载和更新信息；转向角速度信号输入接口实时提供汽车的转向角速度信号。具有降低油耗、温度补偿、能够配置成多种模式运行以及能够在行车过程中实时进行故障的检测和处理的特点。

Description

电机驱动的液压助力转向泵

技术领域

本实用新型涉及一种液压助力转向泵，特别是涉及一种电机驱动的液压助力转向泵。用于汽车上。

背景技术

已有技术中，机械式助力转向泵是由发动机提供动力。这种机械式助力转向泵当随着发动机转速增加时，助力也相应的增大，导致汽车行驶过程中，低速时手感沉重，高速时手感发飘等情况，安全性较差，油耗较高。电动汽车由于没有发动机，机械式助力转向泵无法满足；电机驱动式助力转向泵没有CAN总线。而目前汽车上基本都具有CAN总线，所以电机驱动式助力转向泵难以匹配，导致故障信息不能输出，不能及时提醒驾驶员，也不利于产品在线检测，而且，线束过多。作为液压助力转向泵，无温度补偿功能是不行的。因为液压油随着温度升高，性能发生变化，需要调整电机转速进行温度补偿。如果采用的电机是有刷电机，不利于维护，寿命有限；纯电动助力转向装置因功率较小，不能用于较重车型，存在在转向力矩死区内无助力输出，手感较差等问题。

总之所述的机械式助力转向泵存在安全性较差，油耗较高，不能应用于电动汽车；无CAN总线的电机驱动式转向泵存在难以提醒报警，检测困难；纯电动助力转向装置存在功率小，手感较差等问题。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述已有技术中机械式助力转向泵、电机驱动式转向泵以及纯电动助力转向装置存在的种种问题，提供一种能够降低油耗，有温度补偿，可以配置成多种模式运行以及具有行车过程中实时的故障检测及处理功能的液压助力转向泵。

本实用新型为了达到上述的目的，提供一种电机驱动的液压助力转向泵，包括电气接口，温度传感器，与电气接口和温度传感器连接的电子控制单元，与电子控制单元连接的驱动电路，与驱动电路连接的电机，与电机连接的齿轮泵，齿轮泵的输出连接到液压回路接口上；进一步，所述电气接口包括电源接口、点火信号输入接口、CAN总线接口及转向角速度信号输入接口；所述点火信号输入接口向电子控制单元输入点火信号控制电子控制单元的启动；所述电子控制单元通过CAN总线接口获取汽车车速、发动机转速以及电子控制单元通过CAN总线接口与连接在CAN总线上的具有加载软件的上位机连接获取加载和更新信息；所述转向角速度信号输入接口向电子控制单元实时提供汽车的转向角速度信号。

所述电机是无刷电机。

所述驱动电路包括并联的四个开关功率器件，采样电路和二个霍尔传感器。

所述电子控制单元是一单片机，它包括手感图计算模块，温度补偿计算模块，与手感图计算模块和温度补偿计算模块共同输出连接的转速PI调节器，与转速PI调节器连接的电流PI调节器。

本实用新型的液压助力转向泵具有显著的进步。

如上述本实用新型的结构，因为与电子控制单元连接的电气接口包括点火信号输入接口。因此，电子控制单元可以用点火信号启动。所以，只要汽车起动就有点火信号使电子控制单元同步起动。这使电子控制单元启动及时、稳定、可靠。使电子控制单元通过驱动电路能够实时控制电机的运行，实时进行助力，降低了油耗。

如上述本实用新型的结构，因为与电子控制单元连接的电气接口包括CAN总线接口。电子控制单元通过该CAN总线接口不仅能够获取汽车的车速、发动机转速，而且，通过CAN总线接口与连接在CAN总线上的具有加载软件的上位机连接。因此，上位机能够通过CAN总线由CAN总线接口对电子控制单元进行加载或更新处理。所以，本实用新型具有行车过程中实时的故障检测及处理功能。

如上述本实用新型的结构，因为与电子控制单元连接的电气接口包括转向角速度信号输入接口。因此，通过该接口电子控制单元能够实时获取汽车运行的转向角速度信号，以此实时调整电机的转速。

如上述本实用新型的结构，因为与电子控制单元连接的电气接口包括点火信号输入接口、CAN总线接口及转向角速度信号输入接口。因此，本实用新型具有几种不同的条件，可以配置成多种模式运行。例如，至少可以配成三种运行模式进行助力：a、当只有点火信号时，采取电机固定转速进行助力；b、具有点火信号及CAN总线信号(从CAN总线发来的信号)，采取电机转速根据车速进行变化的助力；c、具有点火信号、CAN总线信号及转向角速度信号，采取电机转速根据车速及转向角速度进行变化的助力。

如上述本实用新型的结构，因为本实用新型中包含温度传感器，用来测量油温。温度传感器实时将测得的油温传递给电子控制单元，电子控制单元可以根据油温的变化进行温度补偿，实时控制变化的助力。并电子控制单元内包括手感图计算模块，能够根据定制手感的需求，灵活更改手感图。

如上述本实用新型的结构，所述电机采用无刷电机，可以减少电机维护成本，检修方便，增长寿命。综上所述，本实用新型具有结构紧凑、体积较小、重量较轻、降低油耗、温度补偿、能够配置成多种模式运行以及能够在行车过程中实时进行故障的检测和处理的特点。

附图说明

图1是本实用新型液压助力转向泵一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型液压助力转向泵中驱动电路一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型液压助力转向泵中电子控制单元一实施例的内部结构示意图；

图4是本实用新型液压助力转向泵中无刷电机转速与车速特性曲线图；

图5是本实用新型液压助力转向泵中无刷电机转速与转向角速度特性曲线图；

图6是本实用新型液压助力转向泵中无刷电机转速与温度特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的结构特征。

如图1所示，本实用新型的液压助力转向泵包括电气接口1，温度传感器2，与电气接口1和温度传感器2连接的电子控制单元3，与电子控制单元3连接的驱动电路4，与驱动电路4连接的电机5，与电机5连接的齿轮泵6，齿轮泵6的输出连接到液压回路接口7上。进一步，所述电气接口1包括电源接口11、点火信号输入接口12、CAN总线接口13及转向角速度信号输入接口14。所述点火信号输入接口12向电子控制单元3输入点火信号控制电子控制单元3的启动；所述电子控制单元3通过CAN总线接口13获取汽车车速、发动机转速以及电子控制单元3通过CAN总线接口13与连接在CAN总线上的具有加载软件的上位机连接获取加载和更新信息；所述转向角速度信号输入接口14向电子控制单元3实时提供汽车的转向角速度信号。

在本实施例中，所述电机5是四相永磁无刷电机。

图2是驱动电路4一实施例的结构示意图。如图2所示，在本实施例中，驱动电路4包括并联的四个开关功率器件K1、K2、K3、K4，采样电路R1、R2和二个霍尔传感器N1、N2。如图2所示，驱动电路4一端是电机接口41，另一端是控制单元接口42。电机接口41是驱动电路4与电机5的接口。具体是开关功率器件K1、K2、K3、K4连接于四相永磁无刷电机的绕组端。控制单元接口42是驱动电路4与电子控制单元3的接口。在本实施例中，开关功率器件K1、K2、K3、K4是型号为BUK9E06-55A芯片。该芯片具有耐压55V、电流达75A，导通电阻小等特点，适合电机控制系统应用领域。霍尔传感器N1、N2是型号为TL935的传感器。用于采集电机转子磁场信号、电机转速信号，控制电机换向及转速。由串联的电阻R1、R2构成的采样电路为电机闭环控制提供电流信号(在本实施例中，电阻R1、R2采用1毫欧金属电阻，精度为1％)。

在本实施例中，电子控制单元3具体的结构及工作原理如图3所示。在本实施例中，电子控制单元3是一单片机。如图3所示，它包括手感图计算模块31，温度补偿计算模块34，与手感图计算模块31和温度补偿计算模块34共同输出连接的转速PI调节器32，与转速PI调节器32连接的电流PI调节器33。转速PI调节器32和电流PI调节器33分别与驱动电路4连接。在本实施例中，电子控制单元3采用具有上述结构功能的英飞凌公司提供的型号为XC164CM的单片机(单片机作为主控制器芯片)。

如图3所示，由车速v、转向角速度

输入到手感图计算模块31和温度T输入到温度补偿计算模块34后共同确定的电机转速n^*与通过驱动电路4中霍尔传感器(图2示)测得的实际电机转速n输入到转速PI调节器32中，计算出设定电流I^*；设定电流I^*与驱动电路4中采样电路(图2示)所测得的实际电机电流I输入到电流PI调节器33中，计算出PWM占空比，控制电机5运行，实现无刷电机转速、电流双闭环控制系统。通过电机的转速和电流调节液压油的流量及压力，从而获得合适的助力。

如上述，电子控制单元3采用以单片机作为主控制器芯片。是汽车级产品，广泛应用于汽车控制系统，性能优越。主频具有40MHz，可实现高速数据运算及信号处理。包括10位精度模拟数字转换模块进行电源、电流、温度等信号采集，PWM(Pulse-Width Modulation)模块通过控制占空比调制电机相绕组端电压，信号捕捉模块进行电机转子位置、霍尔传感器信号的捕捉以及包括CAN总线模块。能够满足本实用新型的设计需求。

如上述，电子控制单元3通过CAN总线接口13与连接在CAN总线上的具有加载软件的上位机连接，能够实时获取上位机的加载或更新信息。所以本实用新型具有程序重新加载功能及手感图根据客户需求而定制的功能。

如上述，本实用新型具有行车过程中实时故障监测及处理功能。如电子控制单元3通过CAN总线信号的报文、发送错误、校验错误等检测是否出现CAN总线故障，通过转向角速度信号、PWM的周期、占空比范围等检测是否出现角速度信号故障，实时采样电源电压判断是否欠电压、过电压等故障以及通过CAN总线采样汽车系统中的温敏电阻的阻值判断系统是否温度过高等。系统一旦发生故障，进入相应的故障安全模式，通过发送故障码给整车控制单元，及时提醒驾驶员，同时使用系统中的存储芯片将故障代码存储下来，以便检测维修，具有较高的安全性。

本实用新型根据电气接口1提供的信号，确定液压助力转向泵运行的模式。在本实施例中，至少可以确定三种运行模式：a、只有点火信号时，采取电机固定转速进行助力；b、当有点火信号及CAN总线信号时，采取电机转速根据车速进行变化的助力；c、当有点火信号、CAN总线信号及转向角速度信号时，采取电机转速根据车速及转向角速度进行变化的助力。

如上述，本实用新型液压助力转向泵中的电机是无刷电机。图4是无刷电机转速与车速特性曲线图。图4中横坐标为车速v，纵坐标为电机转速n。如图4所示，在转向角速度

一定的情况下，电机转速n随着车速v的变化而变化；在v为0时，为了降低噪音，n处于一个略低的转速，同时驾驶员不会感到手感过重；随着v提高，n迅速提高，v在低速段保持，获得较轻的手感；随着v高于某一设定车速，为了防止手感发飘，提高安全性，n成比例的下降；当处于较高车速以上，电机处于最低转速，即提供一定的助力，又具有较高安全性。数学表达式为：

$n=\left\{\begin{array}{cc}{a}_{1}V+b_1& (0\&le;V<v_1)\\ n_1& (v_1\&le;V<v_2)\\ -a_{2}V+b_2& (v_2\&le;V<v_3)\\ n_2& (v_3\&le;V)\end{array}\right.$

上式中，α为斜率，b为截距。

图5是无刷电机转速与转向角速度特性曲线图。图5中，横坐标是转向角速度

纵坐标是电机转速n。如图5所示，当车速v一定的情况下，为了转向时的快速响应能力，电机转速n随转向角速度

变化成比例进行变化，当

高于一定值时，为了行车安全性，电机处于最大转速。数学表达式为：

上式中，k为比例系数，ω1为角速度设定值。

图6是无刷电机转速与温度特性曲线图。图6中，横坐标是液压油的温度T，纵坐标是电机转速n。如图6所示，当液压油的温度T不断升高时，电机转速n随温度T变化不断地进行的补偿。为了减小因温度变化使液压油性能产生变化，对助力输出带来的影响，采用某一段温度内进行一定的转速补偿。如图6所示的温度补偿曲线。数学表达式为：

$n=\left\{\begin{array}{cc}0& \left(T{<t}_1\right)\\ n_4& (t_1\&le;T\&le;t_2)\\ n_5& (t_2\&le;T\&le;t_3)\\ n_6& (t_3\&le;T\&le;t_4)\\ n_7& (t_4\&le;T)\end{array}\right..$

Claims (4)

1.一种电机驱动的液压助力转向泵，包括电气接口，温度传感器，与电气接口和温度传感器连接的电子控制单元，与电子控制单元连接的驱动电路，与驱动电路连接的电机，与电机连接的齿轮泵，齿轮泵的输出连接到液压回路接口上；进一步，所述电气接口包括电源接口、点火信号输入接口、CAN总线接口及转向角速度信号输入接口；所述点火信号输入接口向电子控制单元输入点火信号控制电子控制单元的启动；所述电子控制单元通过CAN总线接口获取汽车车速、发动机转速以及电子控制单元通过CAN总线接口与连接在CAN总线上的具有加载软件的上位机连接获取加载和更新信息；所述转向角速度信号输入接口向电子控制单元实时提供汽车的转向角速度信号。

2.根据权利要求1所述的电机驱动的液压助力转向泵，其特征在于所述电机是无刷电机。

3.根据权利要求1所述的电机驱动的液压助力转向泵，其特征在于所述驱动电路包括并联的四个开关功率器件，采样电路和二个霍尔传感器。

4.根据权利要求1所述的电机驱动的液压助力转向泵，其特征在于所述电子控制单元是一单片机，它包括手感图计算模块，温度补偿计算模块，与手感图计算模块和温度补偿计算模块共同输出连接的转速PI调节器，与转速PI调节器连接的电流PI调节器。

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