RU2164484C2 - Method of operation and design of steering booster electric unit - Google Patents
Method of operation and design of steering booster electric unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164484C2 RU2164484C2 RU99106137/28A RU99106137A RU2164484C2 RU 2164484 C2 RU2164484 C2 RU 2164484C2 RU 99106137/28 A RU99106137/28 A RU 99106137/28A RU 99106137 A RU99106137 A RU 99106137A RU 2164484 C2 RU2164484 C2 RU 2164484C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- circuit
- control system
- microprocessor
- electric motor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим системам усилителя рулевого управления и может использоваться в качестве электрического блока усилителя рулевого управления транспортного средства, преимущественно автомобиля. The invention relates to electric systems for power steering and can be used as an electric unit for power steering of a vehicle, mainly a car.
Известно техническое решение усилителя рулевого управления с серводвигателем, описанное в заявке ЕПВ N 0361726 (публ. 04.04.90 г.). Усилитель содержит электрический блок, состоящий из реверсивного электродвигателя, предназначенного для создания дополнительного усилия на рулевом валу, а также систему управления электродвигателем по сигналу датчика момента. Электрический блок включает в себя два датчика величины тока, каждый из которых соединен с одним из полюсов электродвигателя и реагирует на ток одного направления. A technical solution of a power steering with a servomotor is known, described in EPO application N 0361726 (publ. 04.04.90). The amplifier contains an electric unit consisting of a reversible electric motor designed to create additional force on the steering shaft, as well as an electric motor control system based on a torque sensor signal. The electrical unit includes two current magnitude sensors, each of which is connected to one of the poles of the electric motor and reacts to a current of one direction.
Недостатком описанного устройства является усложнение его конструкции, в которой использованы два датчика тока. The disadvantage of the described device is the complexity of its design, in which two current sensors are used.
Наиболее близким по технической сущности является электрический блок усилителя рулевого управления, описанный в заявке Великобритании N 2170764 (публ. 13.08.86 г. ). В известном рулевом управлении реверсивный электрический двигатель создает дополнительный крутящий момент, усиливающий крутящий момент, прилагаемый к рулевому колесу водителем. Крутящий момент, создаваемый водителем, определяется датчиком момента. Электродвигатель включается через систему управления и силовую мостовую схему в зависимости от величин сигналов с датчика момента и датчика скорости транспортного средства. Система управления замкнута через электрический контур, в составе которого использован датчик тока, подающий сигнал, соответствующий величине тока, проходящего через электродвигатель, обратно на вход контура. Датчик тока охватывает якорную цепь электродвигателя. В случае перегрузки компаратор, реагирующий на проходящий через электродвигатель ток, подает сигнал блокировки на вход системы управления. The closest in technical essence is the electric power steering unit, described in the application of the UK N 2170764 (publ. 08/13/86). In the known steering system, a reversible electric motor generates additional torque to enhance the torque applied to the steering wheel by the driver. The torque generated by the driver is determined by the torque sensor. The electric motor is switched on through the control system and the power bridge circuit depending on the magnitude of the signals from the torque sensor and the vehicle speed sensor. The control system is closed through an electrical circuit, which includes a current sensor that supplies a signal corresponding to the amount of current passing through the electric motor back to the circuit input. The current sensor covers the anchor circuit of the electric motor. In the event of an overload, the comparator, responding to the current passing through the electric motor, supplies a blocking signal to the input of the control system.
В качестве датчиков тока в цепи питания якоря электродвигателя, работающего в составе электрического блока усилителя рулевого управления транспортного средства, обычно используются шунт или датчик на эффекте Холла. Shunts or Hall effect sensors are usually used as current sensors in the power supply circuit of the motor armature of an electric motor operating as part of the vehicle’s power steering power unit.
Описанный электрический блок, в котором используются датчики тока, установленные в якорной цепи электродвигателя, недостаточно надежен, поскольку в нем отсутствует защита элементов силовой мостовой схемы от сквозного тока. The described electrical unit, which uses current sensors installed in the anchor circuit of the electric motor, is not reliable enough, since it does not protect the elements of the power bridge circuit from the through current.
Задачей изобретения является повышение надежности электрического блока усилителя рулевого управления. The objective of the invention is to increase the reliability of the electrical unit of the power steering.
Указанная задача решается способом работы электрического блока усилителя рулевого управления, по которому в соответствии с сигналами датчиков крутящего момента на рулевом валу и скорости транспортного средства управляют работой реверсивного электродвигателя, причем сигналы датчиков подают на входы системы управления, а с выходов снимают управляющий сигнал, который подают на силовую мостовую схему включения электродвигателя, сигнал о величине тока в якоре которого определяют датчиком тока и через замкнутый контур подают на вход системы управления, при этом в качестве датчика тока используют трансформатор тока, первичную обмотку которого включают в цепь прерывистого тока между силовой мостовой схемой и источником питания, а со вторичной обмотки снимают сигнал о величине тока, в состав системы управления включают микропроцессор, на который подают сигналы датчиков, и аналоговую часть, с выходов которой снимают управляющий сигнал, причем сигнал о величине тока со вторичной обмотки трансформатора подают через выпрямитель и интегрирующую цепь на вход микропроцессора системы управления, а через выпрямитель и делитель - на вход аналоговой части системы управления. This problem is solved by the method of operation of the electric block of the power steering amplifier, according to which, in accordance with the signals of the torque sensors on the steering shaft and the vehicle speed, the operation of the reversible electric motor is controlled, the sensor signals being fed to the inputs of the control system, and the control signal supplied to the outputs to the power bridge circuit for turning on the electric motor, the signal about the current value in the armature of which is determined by the current sensor and, through a closed circuit, is fed to the input of the system control, in this case, a current transformer is used as a current sensor, the primary winding of which is included in the intermittent current circuit between the power bridge circuit and the power source, and a signal about the current value is removed from the secondary winding, a microprocessor is fed into the control system, to which the signals are supplied sensors, and the analog part, from the outputs of which the control signal is removed, and the signal about the current value from the secondary winding of the transformer is fed through a rectifier and an integrating circuit to the input of the microprocessor with Stem control, and via a rectifier and a divider - to the input of the analog part of the control system.
При определении тока перегрузки предпочтительно блокируют управляющий сигнал с выхода аналоговой части системы управления. When determining the overload current, it is preferable to block the control signal from the output of the analog part of the control system.
Сигнал о величине тока со вторичной обмотки трансформатора отсекают до напряжения питания микропроцессора преимущественно через выпрямитель и схему, содержащую резистор и диод, цепь соединения которых подключают к логическому входу микропроцессора системы управления. The signal about the current value from the secondary winding of the transformer is cut off to the microprocessor supply voltage mainly through a rectifier and a circuit containing a resistor and a diode, the connection circuit of which is connected to the logic input of the microprocessor control system.
В момент коммутации силовой мостовой схемы при отсутствии логического сигнала на входе микропроцессора с его выхода подают сигнал на отключение питания электродвигателя. At the time of switching the power bridge circuit in the absence of a logical signal at the input of the microprocessor from its output, a signal is sent to turn off the power of the electric motor.
Указанная задача решается также устройством электрического блока усилителя рулевого управления, содержащим реверсивный электродвигатель, силовую мостовую схему его включения, соединенную с выходами системы управления, по крайней мере часть входов которой предназначены для подключения датчиков крутящего момента на рулевом валу и скорости транспортного средства, а также замкнутый электрический контур с датчиком тока электродвигателя, причем датчик тока выполнен в виде трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь прерывистого тока электродвигателя, а вторичная обмотка, к выводам которой подключен конденсатор, через выпрямитель, интегрирующую цепь и делитель подключена к системе управления. This problem is also solved by the device of the electric block of the power steering, containing a reversible electric motor, a power bridge circuit for its inclusion connected to the outputs of the control system, at least part of the inputs of which are designed to connect torque sensors on the steering shaft and vehicle speed, as well as closed an electric circuit with an electric motor current sensor, the current sensor being made in the form of a current transformer, the primary winding of which is included in the circuit intermittent current of the electric motor, and the secondary winding, to the terminals of which a capacitor is connected, through a rectifier, an integrating circuit and a divider is connected to the control system.
Система управления может содержать микропроцессор, по крайней мере часть входов которого предназначена для подключения датчиков, а часть выходов соединена с входами аналоговой части системы управления, выходы которой подключены к силовой мостовой схеме включения электродвигателя. The control system may include a microprocessor, at least part of the inputs of which are designed to connect sensors, and some of the outputs are connected to the inputs of the analog part of the control system, the outputs of which are connected to a power bridge circuit for turning on the electric motor.
Силовая мостовая схема включения электродвигателя выполнена, как правило, в виде мостовой транзисторной схемы. The power bridge circuit for turning on the electric motor is made, as a rule, in the form of a bridge transistor circuit.
Силовая мостовая схема включения электродвигателя соединена с источником питания предпочтительно через электронное реле, которое подключено к выходу микропроцессора. The power bridge circuit for turning on the electric motor is connected to the power source, preferably through an electronic relay, which is connected to the output of the microprocessor.
Реле установлено преимущественно в цепи питания между датчиком тока и источником питания. The relay is installed primarily in the power circuit between the current sensor and the power source.
Вторичная обмотка трансформатора тока через выпрямитель и интегрирующую цепь может быть подключена к входу микропроцессора системы управления. The secondary winding of the current transformer through the rectifier and the integrating circuit can be connected to the input of the microprocessor of the control system.
Вторичная обмотка трансформатора тока через выпрямитель и делитель подключена предпочтительно к входу аналоговой части системы управления. The secondary winding of the current transformer through the rectifier and divider is preferably connected to the input of the analog part of the control system.
Вторичная обмотка трансформатора тока, как правило, подключена к питанию микропроцессора через выпрямитель и схему, содержащую резистор и диод, цепь соединения которых подключена к логическому входу микропроцессора системы управления. The secondary winding of the current transformer is usually connected to the microprocessor via a rectifier and a circuit containing a resistor and a diode, the connection circuit of which is connected to the logical input of the microprocessor of the control system.
Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "новизна". В то же время совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из известного уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень". The above set of features in comparison with the prior art allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "novelty." At the same time, the combination of distinctive features, leading to the solution of the problem, does not explicitly follow from the prior art, therefore, the claimed technical solution meets the condition of "inventive step".
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема электрического блока усилителя рулевого управления. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the electrical unit of the power steering.
Электрический блок усилителя рулевого управления состоит из реверсивного электродвигателя 1, силовой мостовой схемы 2 его включения, системы 3 управления и замкнутого электрического контура 4 с датчиком 5 тока электродвигателя 1. По крайней мере часть входов системы 3 управления предназначена для подключения датчика 6 крутящего момента на рулевом валу и датчика 7 скорости транспортного средства. Дополнительно могут быть использованы сигналы датчика 8 положения колес и датчика 9 оборотов двигателя. Система 3 управления, как правило, содержит микропроцессор 10 и аналоговую часть 11. По крайней мере часть входов микропроцессора 10 предназначена для подключения датчиков 6-9, а часть выходов соединена с входами аналоговой части 11, гальванически развязывающей и усиливающей сигналы с микропроцессора 10. Выходы аналоговой части 11, которые одновременно являются выходами системы 3 управления, подключены к силовой мостовой схеме 2 включения электродвигателя 1. Силовая мостовая схема 2 включения электродвигателя 1 выполнена предпочтительно в виде мостовой транзисторной схемы, подключенной к источнику 12 питания. В качестве датчика 5 тока использован трансформатор тока, первичная обмотка 13 которого включена в цепь прерывистого тока электродвигателя 1 между силовой мостовой схемой 2 и источником 12 питания, а вторичная обмотка 14, к выводам которой подключен конденсатор 15, через выпрямитель 16, интегрирующую цепь и делитель подключена к системе 3 управления. В конкретном случае исполнения вторичная обмотка 14 трансформатора через выпрямитель 16 и интегрирующую цепь, состоящую из конденсатора 17 и резистора 18, подключена к входу микропроцессора 10 системы 3 управления, через выпрямитель 16 и делитель, состоящий из резисторов 19 и 20, подключена к входу аналоговой части 11 системы 3 управления. Кроме того, вторичная обмотка 14 трансформатора подключена к питанию микропроцессора 10 через выпрямитель 16 и схему, содержащую резистор 21 и диод 22, цепь соединения которых подключена к логическому входу микропроцессора 10. Силовая мостовая схема 2 включения электродвигателя 1 соединена с источником питания 12 преимущественно через электронное реле 23, которое подключено к выходу микропроцессора 10. Реле 23 установлено в цепи питания между датчиком 5 тока и источником питания 12. The electric block of the power steering consists of a reversible electric motor 1, a power bridge circuit 2 for turning it on, a control system 3 and a closed electrical circuit 4 with a current sensor 5 of electric motor 1. At least part of the inputs of the control system 3 is designed to connect a torque sensor 6 on the steering a shaft and a vehicle speed sensor 7. Additionally, the signals of the wheel position sensor 8 and the engine speed sensor 9 can be used. The control system 3, as a rule, contains a
Сигналы о величине крутящего момента, прилагаемого водителем к рулевому колесу и определяемого датчиком 6, а также о скорости транспортного средства, определяемой датчиком 7, подают на различные входы системы 3 управления. В частном случае на другие входы системы 3 управления подают сигналы датчика 8 положения колес и датчика 9 оборотов двигателя. В состав системы 3 управления включают микропроцессор 10, на входы которого подают сигналы с датчиков 6 - 9, и аналоговую часть 11, с выходов которой снимают управляющий сигнал. В соответствии с сигналами датчиков 6 - 9 управляют работой реверсивного электродвигателя 1, добавляющего крутящий момент на рулевой вал. Электродвигателем 1 управляют посредством силовой мостовой схемы 2, преимущественно мостовой транзисторной схемы, на управляющие выводы которой поступают сигналы с выходов системы 3 управления, которые одновременно являются выходами аналоговой части 11. Через силовую мостовую схему 2 электродвигатель 1 подключают к источнику 12 питания, причем сигнал о величине тока в якоре электродвигателя 1 определяют датчиком 5 тока и через замкнутый контур 4 подают на вход системы 3 управления. В качестве датчика 5 тока используют трансформатор тока, первичную обмотку 13 которого включают в цепь прерывистого тока между силовой мостовой схемой 2 и источником 12 питания, а со вторичной обмотки 14 снимают сигнал о величине тока. При этом изменение тока через первичную обмотку 13 равно изменению намагничивающего тока, который, в свою очередь, пропорционален площади импульса во вторичной обмотке 14. За счет емкости конденсатора 15 на выводах вторичной обмотки 14 трансформатора тока получают высоковольтный синусоидальный импульс напряжения, время которого постоянно и меньше минимальной паузы управления. Амплитудное значение напряжения пропорционально амплитуде тока в первичной обмотке 13, по величине равного току якоря электродвигателя 1. Signals about the magnitude of the torque applied by the driver to the steering wheel and detected by the sensor 6, as well as the vehicle speed detected by the sensor 7, are fed to the various inputs of the control system 3. In a particular case, the other inputs of the control system 3 are supplied with signals from the wheel position sensor 8 and the engine speed sensor 9. The control system 3 includes a
Сигнал со вторичной обмотки 14 трансформатора подают через выпрямитель 16 и интегрирующую цепь 17, 18 на вход микропроцессора 10 системы 3 управления и при постоянной частоте управления получают напряжение обратной связи, пропорциональное току якоря. Этот же сигнал через выпрямитель 16 и делитель 19, 20 подают на вход аналоговой части 11 системы 3 управления. При протекании тока перегрузки по якорю электродвигателя 1 импульс напряжения блокирует управляющий сигнал на выходе аналоговой части 11 системы 3 управления. Сигнал со вторичной обмотки 14 трансформатора подают также на питание микропроцессора 10 через выпрямитель 16 и схему, содержащую резистор 21 и диод 22, отсекающую импульс до напряжения питания микропроцессора 10, цепь соединения которых подключают к логическому входу микропроцессора 10. Таким образом, на логический вход микропроцессора 10 поступает прямоугольный логический сигнал. В момент коммутации силовой мостовой схемы 2 при отсутствии логического сигнала на входе микропроцессора 10 определяют наличие сквозного тока и с выхода микропроцессора 10 подают сигнал на отключение питания электродвигателя 1, которое, как правило, осуществляют через реле 23. The signal from the
Использование в качестве датчиков тока шунта или датчика на эффекте Холла влечет за собой целый ряд проблем. Так, например, для конструкций, использующих шунт, характерны следующие недостатки:
1. Большие габариты, уменьшение которых ведет к повышению тепловых потерь.The use of a shunt or Hall effect sensor as a current sensor entails a number of problems. So, for example, for structures using a shunt, the following disadvantages are characteristic:
1. Large dimensions, the reduction of which leads to an increase in heat loss.
2. Большая чувствительность к помехам, в связи с чем необходимо вводить фильтры, ухудшающие быстродействие защиты от токовой перегрузки. 2. Greater sensitivity to interference, and therefore it is necessary to introduce filters that impair the performance of protection against current overload.
3. Усложненная схемотехника, поскольку сигнал с шунта необходимо пропустить через усилитель с большим коэффициентом, который, как правило, требует двухполярного питания. 3. Complicated circuitry, since the signal from the shunt must be passed through an amplifier with a large coefficient, which, as a rule, requires bipolar power.
У датчика Холла есть значительное преимущество перед шунтом - высокая помехозащищенность, что улучшает быстродействие защиты по токовой перегрузке. В то же время у схем с датчиком Холла также имеются недостатки:
1. Большие габариты, при этом уменьшение размеров за счет уменьшения номинального тока датчика и использования его при пиковых нагрузках ведет к повышению тепловых потерь.The Hall sensor has a significant advantage over the shunt - high noise immunity, which improves the performance of protection against current overload. At the same time, circuits with a Hall sensor also have disadvantages:
1. Large dimensions, while reducing the size by reducing the nominal current of the sensor and using it at peak loads leads to increased heat loss.
2. Требуется стабильное двухполярное питание. 2. Stable bipolar nutrition is required.
Кроме того, и шунт и датчик Холла имеют достаточно высокую стоимость в отличие от используемого в изобретении в качестве датчика трансформатора тока. In addition, both the shunt and the Hall sensor have a rather high cost in contrast to the current transformer used in the invention as a sensor.
Известны мостовые схемы, где применяется по два транзистора с дополнительным выходом для измерения тока. Так, американская фирма "International Rectifier" предлагает транзисторы типа IRCP054, где внутри транзистора встроен шунт. При малых габаритах транзистора увеличиваются его статические потери. Все недостатки шунта сохраняются и для этого транзистора. Германская фирма "Siemens" выпускает транзисторы типа BTS550, у которых на выходе имеется источник тока, по величине соответствующего силовому току. Основным недостатком его является работа на низких частотах, что соответствует медленному запиранию обратных диодов и низкому быстродействию. Стоимость одного транзистора даже при оптовых поставках достаточно велика. Known bridge circuits, where two transistors are used with an additional output for measuring current. So, the American company "International Rectifier" offers transistors such as IRCP054, where a shunt is built inside the transistor. With small dimensions of the transistor, its static losses increase. All the shortcomings of the shunt remain for this transistor. The German company "Siemens" produces transistors of the BTS550 type, which have a current source at the output, the value corresponding to the power current. Its main disadvantage is the work at low frequencies, which corresponds to a slow locking of reverse diodes and low speed. The cost of one transistor, even with bulk deliveries, is quite large.
Преимущества и недостатки использования того или иного типа датчика в электрическом блоке усилителя рулевого управления приведены в таблице. Advantages and disadvantages of using one or another type of sensor in the electric power steering unit are shown in the table.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106137/28A RU2164484C2 (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method of operation and design of steering booster electric unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106137/28A RU2164484C2 (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method of operation and design of steering booster electric unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99106137A RU99106137A (en) | 2001-01-20 |
| RU2164484C2 true RU2164484C2 (en) | 2001-03-27 |
Family
ID=20217693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99106137/28A RU2164484C2 (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method of operation and design of steering booster electric unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2164484C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509673C2 (en) * | 2009-11-04 | 2014-03-20 | Цф Ленкзюстеме Гмбх | Operation of steering with booster |
-
1999
- 1999-03-29 RU RU99106137/28A patent/RU2164484C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509673C2 (en) * | 2009-11-04 | 2014-03-20 | Цф Ленкзюстеме Гмбх | Operation of steering with booster |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0710199B1 (en) | Testing and speed control of electric motors in vehicles having electronically controlled braking systems | |
| US11876508B2 (en) | Switch device | |
| US20040150927A1 (en) | High side reverse and overvoltage transient protection | |
| JPH09285182A (en) | Motor drive unit | |
| JPH0340517A (en) | Driving/protecting circuit for power device | |
| US5587865A (en) | Electronic control equipment for motor vehicles, particularly, electronic brake control equipment | |
| US11482852B2 (en) | Semiconductor switch circuit | |
| US6956359B2 (en) | Synchronous rectification for low voltage motor drive | |
| RU2164484C2 (en) | Method of operation and design of steering booster electric unit | |
| JPH0826910B2 (en) | Short circuit ground fault detection device for electromagnetic clutch for vehicle | |
| US6556401B1 (en) | Circuit arrangement for overload protection | |
| US6153945A (en) | Generator regulator with overload protection means | |
| US6851765B1 (en) | System and method for controlling a brake motor | |
| US6208175B1 (en) | Circuit arrangement for the evaluating a binary signal defined by current threshold values | |
| EP3643570B1 (en) | Sensor circuit compensation for supply voltage transients | |
| JPH0578455B2 (en) | ||
| KR100330447B1 (en) | Motor driven power steering device | |
| JPH0756582Y2 (en) | Overcurrent detection circuit | |
| JP2003270275A (en) | Current detection circuit | |
| US20050068021A1 (en) | Sensor system having a single-wire interface | |
| JPH0412864Y2 (en) | ||
| RU99106137A (en) | METHOD OF OPERATION AND DEVICE OF ELECTRIC POWER STEERING UNIT | |
| KR20200134520A (en) | A current detecting circuit for electronic control unit | |
| JP2020137137A (en) | Clamp circuit | |
| KR100378693B1 (en) | Phase current detecting apparatus for speed controling of inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060330 |