汽车电控液压转向系统的制作方法

1.本实用新型涉及汽车电子控制转向技术领域，具体涉及一种汽车电控液压转向系统。


背景技术：

2.目前市面上各品牌的汽车多采用发动机直接驱动转向泵的方式，为汽车转向提供助力所需的液压油。这种转向泵直驱方式无论是汽车处于怠速状态还是高速运行状态，转向泵的转速都同步于发动机的转速。根据用车经验，汽车在怠速时，车轮与地面的摩擦力最大，此时若转动方向盘需要较大的电子助力。而在汽车高速直行中，转向泵只需维持稳定的转速即可，与发动机转速同步会增加转向泵的无效功耗。而在紧急转向过程中，为确保转向响应的敏捷性和良好的助力跟随性，相比较汽车直行工况，转向泵则需要更高的转速和更大的转矩以为转向器提供更多的液压油。所以，转向泵直驱方式的弊端很明显，会浪费大量的无效功耗，不利于车辆的节能减排。


技术实现要素：

3.本实用新型以降低转向泵的无效功耗，确保汽车转向响应的敏捷性和良好的助力跟随性为目的，提供了一种汽车电控液压转向系统。
4.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.提供一种汽车电控液压转向系统，包括连接在汽车发动机和转向泵之间的用于控制所述转向泵的转速和转矩的转速/转矩控制装置，所述转速/转矩控制装置包括主电机、从电机和外部控制电路，所述主电机包括外转子和内转子，所述主电机的所述外转子连接汽车的发动机，所述主电机的所述内转子与所述从电机的转子以及所述转向泵的转轴连接形成为旋转共同体；
6.所述外部控制电路包括控制器、储能电路和信号采集电路，所述储能电路包括ac
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dc变换器和电池，所述ac
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dc变换器的输入端电连接在所述主电机的所述外转子上，所述ac
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dc变换器的输出端电连接所述电池的输入；所述控制器的输入端电连接所述电池的输出，所述控制器的输出端电连接在所述主电机的所述内转子上并连接在所述从电机上；所述信号采集电路电连接所述控制器。
7.作为本实用新型的一种优选方案，所述信号采集电路包括与所述控制器电连接的车速传感器、发动机转速检测器、转向泵转速检测器、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器、存储器以及上位机，所述车速传感器、所述发动机转速检测器、所述转向泵转速检测器、所述方向盘转矩传感器和所述方向盘转角传感器通过外设的adc接口实现与所述控制器的电连接，所述存储器通过spi接口实现与所述控制器的电连接；所述上位机通过can总线电连接所述控制器，所述控制器根据所述信号采集电路检测到的车速、发动机转速、转向泵转速、方向盘转矩和转角计算所述转向泵所需的输入电流，并控制所述电池输出所述输入电流给所述转向泵，所述转向泵根据所述输入电流控制自身的转速和转矩，所述控制器根据
计算的所述输入电流大小控制转阀的阀门开合程度，所述转向泵将液压油经所述阀门泵至转向器，由所述转向器控制车轮转向。
8.作为本实用新型的一种优选方案，所述从电机为直流永磁无刷电机。
9.作为本实用新型的一种优选方案，所述控制器的型号为lms8962。
10.作为本实用新型的一种优选方案，所述方向盘转角传感器的型号为kma199。
11.作为本实用新型的一种优选方案，所述上位机为型号为at91sam9261的应用处理器，所述上位机与汽车的电控单元ecu电连接。
12.作为本实用新型的一种优选方案，所述外部控制电路还包括分别与所述控制器电连接的自动/手动控制切换开关和通信模块，外部智能终端可通过所述通信模块实现与所述控制器的无线通信连接，用户可通过所述智能终端远程触发打开或关闭所述自动/手动控制切换开关，以实现对所述转向泵助力转向的自动或手动切换控制。
13.本实用新型通过在汽车发动机和转向泵之间连接一转速/转矩控制装置，该转速/转矩控制装置根据车速、发动机转速、转向泵转速、方向盘转矩和转角计算转向泵所需的输入电流，并控制电池输出该输入电流给转向泵，转向泵根据输入电流控制转速和转矩，并通过控制器控制转阀的阀门开合程度，并将油罐中的液压油经阀门泵至转向器，由转向器控制车轮转向，降低了转向泵的无效功耗，确保了汽车转向响应的敏捷性和良好的助力跟随性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本实用新型一实施例提供的汽车电控液压转向系统的结构示意图；
16.图2是所述转速/转矩控制装置的结构示意图；
17.图3是所述外部控制电路的电路结构框图。
具体实施方式
18.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
19.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
20.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
21.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.本实用新型一实施例提供的汽车电控液压转向系统，如图2所示，包括连接在汽车发动机和转向泵之间的用于控制转向泵的转速和转矩的转速/转矩控制装置，转速/转矩控制装置包括主电机1、从电机2(优选为直流永磁无刷电机)和外部控制电路3，主电机1包括外转子11和内转子12，主电机1的外转子11连接汽车的发动机100，主电机1的内转子12与从电机2的转子21以及转向泵200的转轴201连接形成为旋转共同体；
23.外部控制电路3包括控制器31(优选型号为lms8962的主控芯片)、储能电路和信号采集电路，储能电路包括ac
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dc变换器32和电池33，ac
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dc变换器32的输入端电连接在主电机1的外转子11(具体为连接在外转子11的三相绕组上)上，ac
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dc变换器的输出端电连接电池33的输入；控制器31的输入端电连接电池33的输出，控制器31的输出端电连接在主电机1的内转子12上并连接在从电机2上；信号采集电路则通信连接控制器31。
24.如图3和图1所示，信号采集电路包括与控制器31通信连接的车速传感器4、发动机转速检测器5、转向泵转速检测器6、方向盘转矩传感器7、方向盘转角传感器8(优选型号为kma199的转角传感器)和存储器9(用于存储车速、发动机转速、转向泵转速、方向盘转矩和转角等信息)，车速传感器4、发动机转速检测器5、转向泵转速检测器6、方向盘转矩传感器7、方向盘转角传感器8通过控制器31外设的adc接口实现与控制器31的通信连接；存储器9通过spi接口实现与控制器31的通信连接，控制器31根据车速传感器4实时检测的车速信息、发动机转速检测器5实时检测到的发动机转速、转向泵转速检测器6实时检测到的转向泵转速以及方向盘转矩传感器7和转角传感器8实时检测到的方向盘转矩、转角计算出转向泵200所需的输入电流(确保转向稳定性和助力平顺性所需的电流)，然后控制电池33输出该输入电流给转向泵200，转向泵200根据该输入电流控制自身的转速和转矩，控制器31根据计算的该输入电流大小控制转阀300的阀门开合程度(输入电流越大，阀门开的更大，以确保以更大流量输送液压油)，转向泵200将油罐400中的液压油经转阀300泵至转向器500中，由转向器500控制车轮600转向。
25.本实用新型通过转速/转矩控制装置控制转向泵200的转速和转矩，并达到降低转向泵无效功耗和提高转向响应敏捷度的工作原理为：
26.汽车在怠速状态下，车轮与地面的摩擦力最大，此时若方向盘需要转向，需要为转向器500提供最多的转向动力油(液压油，由转向泵200从油罐400泵给转向器500)，此时控制器31控制转阀300的阀门全开，转向泵200以最大流量将液压油泵给转向器500，实现汽车转向的快速响应。控制转阀300的阀门开合程度的直接依据(转向泵200所需的输入电流)由控制器31综合当前的车速、发动机转速、转向泵转速、方向盘转矩和转角信息计算而得(由于输入电流的计算过程并非本实用新型要求权利保护的客体，所以关于转向泵输入电流的具体计算过程在此不做阐述)，当输入电流变大时，转向泵200的转速和转矩随之变大，同时控制器31控制转阀300的阀门更大程度开启，此时转向泵200将以更快的速度和更大的流量将液压油泵给转向器，因此而提高转向响应的敏捷性和转向助力的跟随性。
27.当汽车处于高速直行或紧急转弯时，由于车辆的行驶惯性，控制器31计算的转向泵200所需的输入电流相比较汽车怠速状态下所需的输入电流要小，控制器31只需要控制电池33输出一个能够维持转向泵200正常运转的电流即可，转向泵200在车辆行驶过程中的转速和转矩相比较怠速状态下转向所需的转速和转矩小得多，由此降低了转向泵的无效功耗。
28.本实用新型在主电机1的外转子11上设置有三相绕组，在主电机1的内转子12上设置有励磁线圈，当发动机带动外转子11旋转时，给内转子12上的励磁线圈通电会产生磁场，外转子11的三相绕组会感应产生交流电并同时产生磁场，两个磁场相互作用因此而带动由主电机1的内转子12、从电机2的转子21以及转向泵200的转轴201连接形成的旋转共同体旋转。由于主电机1的内外转子存在转速差，所以外转子11上的三相绕组会产生交流电。为了能够将交流电回收利用，所以特别设计了储能电路。
29.储能电路的能量回收利用原理简述如下：
30.ac
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dc变换器32将三相绕组产生的交流电变换为直流电后储存到电池33中，实现对交流电的能量回收。控制器31计算出转向泵200所需的输入电流后，控制电池33输出转向泵所需的电流以改变主电机的励磁电流和从电机的输入电压，进而改变转向泵的转速和转矩，实现对回收能量的利用。
31.另外，考虑到自动泊车对转向快速响应的需求，本实用新型还提供了另外一种转向泵转速和转矩控制装置，该控制装置除上述的转速/转矩控制装置具有的部件外，还包括一上位机10，上位机10与控制器31通过can通讯总线实现相互间的通信连接，并且与汽车的电控单元ecu通信连接。当车速低于预设阈值时(车速接近怠速状态)转向，需要较大的转向助力，以确保转向的敏捷性，此时若还是通过控制器31去计算转向泵200所需的输入电流会影响转向响应的速度和车辆的操控感，所以本实用新型在汽车的电控单元ecu检测到车速低于预设阈值时，将向上位机(优选型号为at91sam9261的应用处理器)发送一个车速低于预设阈值信号，上位机接收到该车速低于预设阈值信号后生成一阀门全开信号发送给控制器31，控制器31接收到阀门全开信号后控制转阀300的阀门全开，转向泵200将以最大的流量将液压油泵给转向器500。该转向泵转速和转矩控制装置在车速低于预设阈值时，直接由控制器31控制转阀300的阀门全开，提高了转向的响应速度。
32.为了实现对转向泵转速和转矩的自动或手动控制切换，优选地，如图3所示，转速/转矩控制装置中的外部控制电路还包括自动/手动控制切换开关35，该自动/手动控制切换开关35与控制器31电连接。该自动/手动控制切换开关35的开关状态可通过远程控制触发，具体地，如图3所示，外部控制电路还包括与控制器31通信连接的通信模块34，外部智能终端可通过该通信模块34实现与控制器31的无线通信连接。当需要手动控制转向泵的转速和转矩时，用户可通过智能终端远程触发打开该自动/手动切换开关，以将转向泵的控制模式由自动控制转变为手动控制。手动控制模式下，控制器31不再计算转向泵所需的输入电流，而由用户通过智能终端向控制器31发送转向泵控制指令，实现对转向泵的人为控制。触发关闭自动/手动控制切换开关后，重新进入转向泵自动控制模式。
33.需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本
申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。