专利名称：模数式电动真空助力系统及气压控制的方法
技术领域：
本发明涉及一种电动汽车真空助力系统，具体而言是涉及一种能够将真空压力传感器输出的电压模拟量转化为数字信号，控制真空泵在限定气压范围内工作的模数式真空助力系统及气压控制方法。
背景技术：
目前，电动汽车由于其无污染、噪声低、能源效率高、结构简单、使用维修方便以及制动能量可回收等优点，在世界各个国家都得到了广泛的重视和发展。众所周知，在对车辆进行制动时，当人力所产生的制动力无法满足行车需求时，就需要采用真空助力系统，在燃油汽车或者混合动力汽车系统中，主要是依靠发动机工作时进气岐管的真空度以保持助力系统的要求，而对于纯电动汽车而言，由于没有发动机，助力系统需要安装真空泵作为真空源，这样燃油汽车的真空助力系统不再适用，这就需要设计一个以电为能源的电动真空助力系统来满足电动汽车的需求。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种应用于电动汽车的控制简单方便、可靠性高的模数式真空助力系统。本发明的第二个目的是提供一种能够自动将真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差控制在一定范围内的，可靠性高的气压控制方法。为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种模数式电动真空助力系统，包括由制动总泵带真空助力器总成，制动真空管，制动真空单向管，真空泵，储气罐构成的密闭气室，所述制动总泵带真空助力器总成通过制动真空管与储气罐相连，所述储气罐通过制动真空单向管与所述真空泵相连，该模数式电动真空助力系统还包括真空压力传感器和真空助力系统控制器，所述真空压力传感器与所述密闭气室的制动真空管相连，用于检测密闭气室内的压力并将压力信号转换成电压模拟信号并传输给所述真空助力系统控制器，所述真空助力系统控制器与所述真空泵和所述真空压力传感器相连，用于将真空压力传感器传输来的电压模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行处理来控制真空泵在限定气压差范围内工作。该模数式电动真空助力系统通过真空压力传感器检测密闭气室内的压力并将压力信号转换成电压模拟信号，并利用真空助力系统控制器将真空压力传感器输出的电压模拟信号转化为数字信号，进而控制真空泵在限定气压差范围内工作，采用数字信号使系统的可靠性高，抗干扰能力强。为实现上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种模数式电动真空助力系统进行气压控制的方法，其由如下步骤组成
Sl 模数式电动真空助力系统上电工作；
S2:真空压力传感器检测密闭气室的气压与大气压的压力差，并将压力差转换为电压模拟信号；
S3:真空助力系统控制器接收真空压力传感器的电压模拟信号，其内的A/D转换器将电压模拟信号转换成数字信号并传输给控制芯片，控制芯片根据数字信号的大小调节其对真空助力系统控制器的三极管基极的驱动电平的高低，使三极管实现发射极和集电极导电沟道导通或截止，从而驱动继电器线圈，使继电器接通或断开，控制真空泵工作或停止。该气压控制方法能够自动将真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差控制在一定范围内，使用方便、可靠性高，同时对真空泵的控制采用数字信号，抗干扰能力强。真空助力系统控制器包括控制芯片，A/D转换器，继电器，三极管以及接口插座，所述真空助力系统控制器通过接口插座与外接电源、真空压力传感器和真空泵相连，所述真空压力传感器的电压信号通过A/D转换器转换成数字信号并传输给控制芯片，控制芯片控制继电器和三极管工作，进而使真空泵工作和停止。真空压力传感器的高压端口露在大气中，低压端口与密闭气室相连，其将0 IOOKPaD的压力差信号转变成为0. 5 4. 5V的电压信号。真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差的范围为50KPaD 75KPaD。A/D转换器将2. 5 3. 5V的电压模拟信号转换成的数字信号的范围为12纩179。当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差小于50KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号小于2. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号低于128，控制芯片对三极管基极的驱动电平为高电平，使三极管发射极和集电极导电沟道导通，从而驱动继电器线圈，使继电器接通，真空泵工作。当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差大于75KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号大于3. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号大于179，控制芯片对三极管基极的驱动电平为低电平，使三极管发射极和集电极导电沟道截止，从而驱动继电器线圈，使继电器断开，真空泵停止工作。本发明具有的有益效果
本发明的模数式电动真空助力系统通过真空压力传感器检测密闭气室内的压力并将压力信号转换成电压模拟信号，并利用真空助力系统控制器将真空压力传感器输出的电压模拟信号转化为数字信号，进而控制真空泵在限定气压差范围内工作，采用数字信号使系统的可靠性高，抗干扰能力强。本发明的气压控制方法能够自动将真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差控制在一定范围内，使用方便、可靠性高，同时对真空泵的控制采用数字信号，抗干扰能力强。
图1是本发明模数式电动真空助力系统气压系统的结构示意图； 图2是本发明模数式电动真空助力系统电器系统的结构示意图3是真空压力传感器的结构和接口示意图； 图4是真空助力系统控制器的内部电路原理图； 图5是真空泵工作状态循环过程示意图； 图6是真空助力系统控制器控制流程图。
附图标记
1制动总泵带真空助力器总成；2制动真空管；3真空压力传感器； 4储气罐；5制动真空单向管；6真空泵；7钥匙开关控制电源； 8真空助力系统控制器；11电感；12控制芯片；13 A/D转换器； 14非极性电容；15极性电容；16电阻；17 二极管；18接口插座； 19继电器；20三极管。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图对本发明进一步详细说明。图1、图2是本发明模数式电动真空助力系统的气压系统和电器系统的结构示意图，从图中可见，该模数式电动真空助力系统，包括由制动总泵带真空助力器总成1，制动真空管2，制动真空单向管5，真空泵6，储气罐4构成的密闭气室，所述制动总泵带真空助力器总成1通过制动真空管2与储气罐4相连，所述储气罐4通过制动真空单向管5与所述真空泵6相连，还包括真空压力传感器3和真空助力系统控制器8，所述真空压力传感器3与所述密闭气室的制动真空管2相连，用于检测密闭气室内的压力并将压力信号转换成电压模拟信号并传输给所述真空助力系统控制器8，所述真空助力系统控制器8与所述真空泵6 和所述真空压力传感器3相连，用于将真空压力传感器3传输来的电压模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行处理来控制真空泵在限定气压差范围内工作。从以上的描述可见，气压系统主要由制动总泵带真空助力器总成、真空泵、储气罐构成，其实质是构成一个密闭的气室。真空泵工作时将密闭气室的空气抽出，使密闭气室呈现相对于大气压为负压的密闭气室。在制动系制动时，对制动踏板做功的制动力 F=Fl+ Δ p*s，其中，Fl为驾驶员踩制动踏板所用的力；Δ p*s为大气与密闭气室压力的合力；F为制动液压系统的反作用力，当需要的力F —定时，如果有Δ p*s存在，则Fl会减小， 由此起到制动助力的作用。电器系统由真空泵6、真空压力传感器3、真空助力系统控制器8构成，其中，真空助力系统控制器8分别与真空泵6和真空压力传感器3相连，其实质是构成一个控制真空泵抽气维持气室气压一定负压值范围内，在本实施方式中，真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差的范围为50KPaD 75KPaD。图3是真空压力传感器的结构示意图，从图中可见，真空压力传感器的高压端口露在大气中，低压端口接入密闭真空气室，电器接口与真空助力系统控制器连接，其将密闭气室内的气压与大气压的压力差转换为电压模拟信号，具体是将0 IOOKPaD的压力差信号转变成为0.5 4. 5V的电压模拟信号，在转换时的公式为U= (0.8 (Pl-P2)+10)% XVcc0其中，Pl是大气压，P2是真空室内气压，Vcc=5V。由图2和图4可见，真空助力系统控制器8通过接口插座18与钥匙开关控制电源 7、真空压力传感器3和真空泵6相连。接口插座18的8-1号针脚与钥匙开关控制电源7 的正极相连；真空泵6的一端与钥匙开关控制电源7的负极相连，另一端与接口插座18的 8-3号针脚相连；压力传感器3的电源正极端口与接口插座18的8-2号针脚相连，压力传感器3的电源负极端口与接口插座18的8-5号针脚或8-6号针脚相连，压力传感器3的信号输出端口与接口插座18的8-8号针脚相连。图4是真空助力系统控制器的内部电路原理图，从图中可见，真空助力系统控制器8包括电感11、控制芯片12、A/D转换器13 (12V/5V)、非极性电容14、极性电容15、电阻16、二极管17、接口插座18、继电器19和三极管20。其中，控制芯片12的^端口与电感11的一端相连，电感11的另一端连接5V正向电压，A/D转换器13的输入端口 Vin与接口插座18的8-4号针脚通过串联二极管17和电阻16相连，该输入端口 Vin与非极性电容 14和极性电容15的一端相连，非极性电容14和极性电容15的另一端接地，控制芯片12的 PF2端口与三极管20的基极相连，三极管20的发射极接地，三极管20的集电极连接有二极管D3，继电器19输入回路的线圈的两端分别与二极管D3的对应的端口连接，继电器19输出回路与接口插座18的8-1号针脚和8-3号针脚相连。真空压力传感器传输来的电压模拟信号通过真空助力系统控制器的A/D转换器13转换成数字信号并传输给控制芯片12，控制芯片12控制继电器19和三极管20工作，进而使真空泵工作和停止。在本实施方式中， A/D转换器将2. 5 3. 5V的电压信号转换为数字信号的范围为12纩179。在本发明中的一个优选实施方式中，真空助力系统控制器的接口插座为具有9个针脚的插座。具体的针脚连接是8-1号针脚是钥匙开关，其电压为12V ；8-2号针脚接压力传感器的电源正极端口脚；8-3号针脚为真空泵供电正；8-4号针脚为钥匙开关；8-5号针脚为12V负电，连接压力传感器的电源负极端口 ；8-6号针脚为12V负电；8-7号针脚钥匙开关ON (预留);8-8号针脚接压力传感器的信号输入端口 ；8-9号针脚为真空泵供电正(预留)，其中，第8-4针脚和第8-6针脚是本控制器供电和地线，第8-1针脚和第8-3针脚是内置继电器节点两端。利用本发明的模数式电动真空助力系统进行气压控制的方法，由如下步骤组成 Sl 模数式电动真空助力系统上电工作；
S2:真空压力传感器检测密闭气室的气压与大气压的压力差，并将压力差转换为电压模拟信号；
S3:真空助力系统控制器接收真空压力传感器的电压模拟信号，其内的A/D转换器将电压模拟信号转换成数字信号并传输给控制芯片，控制芯片根据数字信号的大小调节其对真空助力系统控制器的三极管基极的驱动电平的高低，使三极管实现发射极和集电极导电沟道导通或截止，从而驱动继电器线圈，使继电器接通或断开，控制真空泵工作或停止。当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差小于50KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号小于2. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号低于128，控制芯片对三极管基极的驱动电平为高电平，使三极管发射极和集电极导电沟道导通，从而驱动继电器线圈，使继电器接通，真空泵工作。当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差大于75KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号大于3. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号大于179，控制芯片对三极管基极的驱动电平为低电平，使三极管发射极和集电极导电沟道截止，从而驱动继电器线圈，使继电器断开，真空泵停止工作。本发明的模数式电动助力系统对气压进行控制的过程分为三种状态
初始启动此状态为电动汽车长时间未启动，密闭气室存在细微漏气，密闭气室气压与大气气压接近，此时打开钥匙开关控制电源，真空压力传感器的信号输出端口的输出电压
7为0. 5V，真空助力系统控制器对该电压模拟信号进行A/D转化后传输给控制芯片处理，真空助力系统控制器的8-4号脚及PF2端口输出高电平，驱动三极管基极，使得发射极和集电极导电沟道导通，使继电器输入回路的线圈通电，继电器19的19-3号脚和19-5号脚接通， 此时接口插座的8-3号脚与8-1号脚连通，真空泵工作。当密闭气室内气压降低，真空压力传感器3信号输出端口的输出电压升高，压力差值升高为75KPaD，当真空压力传感器的信号输出端口输出电压为3. 5V、压力差值高于75KPaD及真空压力传感器的信号输出端口输出电压高于3. 5V时，真空助力系统控制器对电压模拟信号A/D转化后给控制芯片处理，控制芯片的PF2端口输出低电平，三极管发射极和集电极导电沟道关闭，继电器线圈失电，继电器19的19-3号脚和19-5号脚断开，此时接口插座的8-3号脚与8_1号脚断开，真空泵停止工作。自启动在刹车制动过程或者密闭气室漏气时，密闭气室内压力会升高，压力差减小，当气压差减小为50KPaD即真空压力传感器的信号输出端口输出电压低于2. 5V时，真空助力系统控制器对电压模拟信号A/D转化后给控制芯片处理，控制芯片的PF2端口输出高电平，三极管发射极和集电极导电沟道导通，继电器线圈通电，继电器19的19-3号脚和 19-5号脚接通，此时接口插座的8-3号脚与8-1号脚接通，真空泵自起动开始工作。自停止真空泵抽气密闭气室气压降低，压力差增大，当气压差增大为75KPaD以上即真空压力传感器的信号输出端口输出的电压高于3. 5V时，真空助力系统控制器对电压信号A/D转化后给控制芯片，控制芯片的PF2端口输出低电平，三极管发射极和集电极导电沟道关闭，继电器线圈失电，继电器19的19-3号脚和19-5号脚断开，此时接口插座的 8-3号脚与8-1号脚断开，真空泵停止工作。真空泵工作状态循环过程示意图如图5，真空助力系统在通12V电源一段时间，真空泵循环工作在自启动、自停止状态，关闭钥匙开关控制电源进入初始启动工作状态，再次通12V电源，根据密闭气室压力不同真空泵进入自启动、自停止状态之间某工作状态，之后真空泵循环工作在自启动、自停止状态。实现该逻辑控制需要真空助力系统控制器内控制芯片程序控制。图6是真空助力系统控制器控制真空泵工作的流程图，本发明的真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差的范围为50KPaD 75KPaD。为维持真空助力系统密闭气室的气压与大气压的绝对值在50KPaD 75KPaD之间，由真空助力系统控制器内控制芯片来实现控制。在真空助力系统控制器上电后，程序进入初始化、对压力传感器信号输出端口输出的模拟电压信号进行A/D转换，并把转换值赋值给变量P、对变量P数值进行比较，3. 5V 电压模拟信号的转换值为179，当p>179时，PF2端口输出低电平；2. 5V电压模拟信号的转换值为128，当p< 128时，PF2端口输出高电平，否则转至A/D转换程序。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种模数式电动真空助力系统，包括由制动总泵带真空助力器总成(1)，制动真空管(2)，制动真空单向管(5)，真空泵(6)，储气罐(4)构成的密闭气室，所述制动总泵带真空助力器总成(1)通过制动真空管(2)与储气罐(4)相连，所述储气罐(4)通过制动真空单向管(5)与所述真空泵(6)相连，其特征在于还包括真空压力传感器(3)和真空助力系统控制器(8)，所述真空压力传感器(3)与所述密闭气室的制动真空管(2)相连，用于检测密闭气室内的压力并将压力信号转换成电压模拟信号并传输给所述真空助力系统控制器(8)， 所述真空助力系统控制器(8 )与所述真空泵(6 )和所述真空压力传感器(3 )相连，用于将真空压力传感器(3)传输来的电压模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行处理来控制真空泵在限定气压差范围内工作。
2.根据权利要求1所述的模数式电动真空助力系统，其特征在于所述真空助力系统控制器(8)包括控制芯片(12)，A/D转换器(13)，继电器(19)，三极管 (20)以及接口插座(18)，所述控制芯片(12)分别与A/D转换器(13)、继电器(19)和三极管 (20)相连，所述真空助力系统控制器通过接口插座(18)与外接电源、真空压力传感器和真空泵相连，所述真空压力传感器的电压模拟信号通过A/D转换器(13)转换成数字信号并传输给控制芯片(12)，控制芯片(12)控制继电器(19)和三极管(20)工作，进而使真空泵工作和停止。
3.根据权利要求1所述的模数式电动真空助力系统，其特征在于所述真空压力传感器的高压端口露在大气中，低压端口与密闭气室相连，其将0 IOOKPaD的压力差信号转变成为0.5 4. 5V的电压信号。
4.根据权利要求1所述的模数式电动真空助力系统，其特征在于所述真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差的范围为50KPaD 75KPaD。
5.根据权利要求1、2、4之一所述的模数式电动真空助力系统，其特征在于所述A/D 转换器将2. 5 3. 5V的电压模拟信号转换成的数字信号的范围为12纩179。
6.一种利用权利要求1所述的模数式电动真空助力系统进行气压控制的方法，其特征在于，由如下步骤组成Sl 模数式电动真空助力系统上电工作；S2:真空压力传感器检测密闭气室的气压与大气压的压力差，并将压力差转换为电压模拟信号；S3:真空助力系统控制器接收真空压力传感器的电压模拟信号，其内的A/D转换器将电压模拟信号转换成数字信号并传输给控制芯片，控制芯片根据数字信号的大小调节其对真空助力系统控制器的三极管基极的驱动电平的高低，使三极管实现发射极和集电极导电沟道导通或截止，从而驱动继电器线圈，使继电器接通或断开，控制真空泵工作或停止。
7.根据权利要求6所述的模数式电动真空助力系统气压控制的方法，其特征在于所述真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差的范围为50KPaD 75KPaD。
8.根据权利要求6所述的模数式电动真空助力系统气压控制的方法，其特征在于所述A/D转换器将2. 5 3. 5V的电压模拟信号转换成的数字信号的范围为12纩179。
9.根据权利要求6所述的模数式电动真空助力系统气压控制的方法，其特征在于当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差小于50KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号小于2. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号低于128，控制芯片对三极管基极的驱动电平为高电平，使三极管发射极和集电极导电沟道导通，从而驱动继电器线圈，使继电器接通，真空泵工作。
10.根据权利要求6所述的模数式电动真空助力系统气压控制的方法，其特征在于当真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差大于75KPaD时，真空压力传感器的电压模拟信号大于3. 5V，真空助力系统控制器的A/D转换器将电压模拟信号转换成的数字信号大于179，控制芯片对三极管基极的驱动电平为低电平，使三极管发射极和集电极导电沟道截止，从而驱动继电器线圈，使继电器断开，真空泵停止工作。
全文摘要
本发明公开了一种模数式电动真空助力系统及气压控制的方法，该模数式电动真空助力系统包括由制动总泵带真空助力器总成，制动真空管，制动真空单向管，真空泵，储气罐构成的密闭气室，以及真空压力传感器和真空助力系统控制器，真空助力系统控制器接收真空压力传感器的电压模拟信号并转换成数字信号，控制真空泵工作或停止。本发明的模数式电动真空助力系统利用真空助力系统控制器将电压模拟信号转化为数字信号，控制真空泵在限定气压差范围内工作，其采用数字信号使系统的可靠性高，抗干扰能力强。本发明的气压控制方法能够自动将真空助力系统的密闭气室的气压与大气压的压力差控制在一定范围内，使用方便、可靠性高。
文档编号B60T13/565GK102381302SQ20111024161
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者南富乾, 夏伟, 张兴海, 梁鹏 申请人:重庆小康工业集团股份有限公司