CN1956639A - 汽车的电动转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电子控制装置和电机的电动转向装置，所述电子控制装置基于从汽车的扭矩传感器输入的电信号来控制电机电流，所述电机产生转向动力。所述电子控制装置包括：PCB；金属基片，其以板形形成于PCB的下侧上且垂直于PCB；发热装置，其具有结合到PCB的端子和结合到金属基片前表面的本体；以及辐射板，其与PCB间隔预定的距离并且具有形成于其顶面上的结合单元，该金属基片被结合到该结合单元。发热装置的本体被结合到垂直于PCB的金属基片，并且金属基片被结合到辐射板顶面上的结合单元以便改进辐射作用。

Description

汽车的电动转向装置
技术领域
本发明涉及汽车的电动转向装置。更具体地，本发明涉及具有电子控制装置的汽车电动转向装置，所述电子控制装置包括PCB、垂直于PCB的金属基片、其本体结合到金属基片的发热装置、以及改进辐射功能的辐射板，所述辐射板的上表面上具有结合单元并且金属基片结合到所述结合单元。
背景技术
如现有技术中所公知，汽车的动力转向装置包括利用液压泵液压力的液力转向装置，以及利用电动机的电动转向装置，其中液力转向装置自从最初引入以来一直使用，而电动转向装置是从1990年代以来逐渐普遍化。
在现有的液力转向装置中，液压泵(其作为供应转向动力的动力源)由发动机来驱动，这样就导致液压泵持续地消耗能量，而不管是否旋转了方向盘。在电动转向装置中，当通过方向盘的旋转而产生转向扭矩时，电机供应与所产生的转向扭矩成比例的转向动力。因此，就能量效率来说，电动转向装置比液力转向装置更有利。
图1示出了一种常规电动转向装置的结构。
如图1所示，一种常规的汽车的电动转向装置包括转向***100和将转向动力供应到转向***100的转向动力机构120，所述转向***100包括从方向盘101至两个车轮108的元件。
转向***100包括转向轴102，该转向轴102具有连接到方向盘101以使得转向轴102与方向盘101一起旋转的上端和通过一对万向接头103连接到小齿轮轴104的下端。小齿轮轴104通过齿条-小齿轮机构105连接到齿杆109。齿杆109的两端通过系杆106和关节臂107连接到汽车的车轮108。
齿条-小齿轮机构105包括形成于小齿轮轴104下端上的小齿轮111以及形成于齿杆109外周面的一侧上以便与小齿轮111相啮合的齿条112。齿条-小齿轮机构105将小齿轮轴104的旋转运动转变为齿杆109的线性运动。具体地，当驾驶员操纵方向盘101时，小齿轮轴104相应地旋转。小齿轮轴104的旋转导致齿杆109在轴向上线性地运动。齿杆109的线性运动通过系杆106和关节臂107被传递到车轮108并且从而操纵车轮108。
转向动力机构120包括扭矩传感器121、速度传感器122、ECU(电子控制单元)123、以及电机130，所述扭矩传感器121探测驾驶员施加给方向盘101的转向扭矩并输出与所探测转向扭矩成比例的电信号，所述速度传感器122探测汽车的速度并输出电信号，所述ECU 123基于来自扭矩传感器121和速度传感器122的电信号来产生控制信号，所述电机130基于来自ECU 123的控制信号产生转向动力。
电动转向装置如下这样操作：在旋转方向盘101时，产生转向扭矩并通过齿条-小齿轮机构105传递到齿杆109。另外，所产生的转向扭矩使电机130产生转向动力，这个转向动力被传递到齿杆109。这样，转向***100所产生的转向扭矩就与电机130所产生的转向动力相结合，因此齿杆109在轴方向上移动。
图2是概括地示出根据现有技术的电子控制装置的分解透视图。
如图2所示，根据现有技术的电子控制装置包括PCB 201、金属基片211、以及辐射板221。
PCB 201上安装有各种部件，包括：电容器203，用于吸收包括在供应到电机的电流内的波动电流；旁路电阻205，用于探测供应到电机的电流；FET(场效应晶体管)207，用于基于转向动力的大小和方向来开关供应到电机的电流；线圈209，用于去除电磁噪声；以及微处理器210，用于基于转向扭矩和汽车的速度来计算转向动力。
金属基片211与PCB 201间隔预定的距离，并且FET 207的本体208结合到金属基片211的上表面。
辐射板221定位在金属基片211的底面上并且由螺栓213结合到PCB 201和金属基片211，以便辐射从FET 207的本体208产生的热量并通过金属基片211传递到空气中。
然而，如上构造的这种常规电子控制装置存在着问题：在有驱动电机所需的电流流动时，其不能有效地辐射从FET 207的本体208产生的大量热量，因为金属基片211和辐射板221彼此叠置。
任何试图增加辐射板221厚度从而改进热辐射的努力受限于空间的限制。
在使用更大数目的FET 207时，它们的装配过程更加复杂，因为要使用螺栓213来将各个FET 207的本体208结合到金属基片211。
发明内容
于是，本发明正是开发用来解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种电子控制装置，这种电子控制装置具金属基片和辐射板，它们的堆叠方式使得能有效地辐射热。
本发明的另一目的是提供一种电子控制装置，这种电子控制装置具有处于辐射板上的分离结合单元以使得结合单元能具有较大的厚度，而不管空间限制，并且能有效地辐射热。
本发明的又一目的是提供一种具有发热装置(例如FET)和辐射板的电子控制装置，该发热装置的本体被焊接到金属基片而不使用螺栓，该辐射板具有以如此的方式采用的结合单元，即使得能利用螺栓将金属基片结合到结合单元从而简化装配工艺，发热装置的本体结合到该金属基片上。
为了实现这些目的，本发明提供了一种电子控制装置，其用于具有电子控制装置和电机的电动转向装置，该电子控制装置基于从汽车的扭矩传感器输入的电信号来控制电机电流，该电机产生转向动力，该电子控制装置包括：PCB；金属基片，其以板形形成于PCB的下侧上且垂直于PCB；发热装置，其具有结合到PCB的端子和结合到金属基片前表面的本体；以及辐射板，其与PCB间隔预定的距离，并且具有形成于其顶面上的结合单元，该金属基片被结合到该结合单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种汽车电动转向装置，其包括：小齿轮轴，其连接到汽车的方向盘并且具有形成于其一侧上的小齿轮；齿杆，其连接到汽车的两个车轮并具有形成于其一侧上的齿条以便与小齿轮相啮合；扭矩传感器，其探测施加于方向盘的转向扭矩并输出电信号；速度传感器，其探测汽车的速度并输出电信号；电子控制装置，其基于扭矩传感器和速度传感器的电信号来产生控制信号；以及电机，其基于电子控制装置的控制信号来产生转向动力，该电子控制装置包括：PCB；金属基片，其以板形形成于PCB的下侧上且垂直于PCB；发热装置，其具有结合到PCB的端子和结合到金属基片前表面的本体；以及辐射板，其与PCB间隔预定的距离并且具有形成于其顶面上的结合单元，该金属基片被结合到该结合单元。
附图说明
从下述结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会能明显，在附图中：
图1示出了根据现有技术的汽车电动转向装置的结构；
图2是示出根据现有技术的电子控制装置的分解透视图；
图3a是概要地示出根据本发明优选实施例的电子控制装置的分解透视图；
图3b是示出根据本发明优选实施例的电子控制装置的电路图；
图4是示出将发热装置焊接到金属基片的过程的剖视图；
图5是示出将基片壳体安装到辐射板上的过程的侧面剖视图；
图6是示出形成于辐射板上的结合单元的局部剖面透视图。
具体实施方式
下文中，将结合附图描述本发明的优选实施例。在下述描述和附图中，同样的附图标记用来指示相同或类似的部件，因此将省略对相同或类似部件的重复描述。
图3a是概要地示出根据本发明优选实施例的电子控制装置的分解透视图，图3b是示出根据本发明优选实施例的电子控制装置的电路图。
如图3a和3b所示，根据本发明优选实施例的电子控制装置包括：PCB 201；定位在PCB 201的顶部上同时垂直于PCB 201的板形金属基片211；发热装置303，其具有结合到PCB 201的端子301和结合到金属基片211前表面的本体208；以及辐射板221，该辐射板与PCB 201间隔预定的距离并且具有定位于其底面上的结合单元305，金属基片211结合到所述结合单元305。
PCB 201具有形成于其表面上的布线图以使得微处理器210、电容器203、旁路电阻205以及线圈208通过它们的端子安装在PCB201上，这些端子分别被焊接到布线图上。
PCB 201具有安装在其一侧上的连接器311，以将电机130和电池335连接到桥接电路337，所述电池供应电机电流IM以驱动电机130。桥接电路337包括多个开关装置以便基于转向动力的大小和方向来开关电机电流IM。
微处理器210基于转向扭矩和汽车的速度来计算转向动力，并基于计算出的转向动力来产生控制信号。微处理器210包括电机电流确定单元331和PID控制单元333，所述电机电流确定单元331基于转向动力产生有关电机130的旋转方向和电机电流(IM)的命令。
在收到来自微处理器210的电流控制信号时，驱动电路341利用桥接电路337来驱动电机130。
电容器203被用来吸收包括在电机电流IM中的波动电流成分并且具有约3600μF的静电电容。
旁路电阻205具有位于其端部上的电机电流探测单元339，用于探测电机电流IM。
与此同时，旁路电阻205存在着产生过量热的问题。为了避免这个问题，可以将一个廉价的电流传感器(未示出)布置在桥接电路337和连接器311之间以代替旁路电阻205，如图3b所示。
PCB 201具有形成于其角部上的结合孔313，以使得PCB 201能由螺栓213结合到辐射板221的支柱315，如后面所述。PCB 201可具有与结合孔313间隔预定距离的销结合孔323，以使得支柱315的结合销321能***其中，如后面所述。
发热装置303包括端子301和本体208。发热装置303可以是任何类型的电子装置，包括消耗很多能量的FET。
端子301将发热装置303连接到PCB 201并给本体208供应电流。在将发热装置208安装到PCB 201上时，端子301被定位为从PCB 201的表面延伸穿过PCB 201，并且端子301的端部从PCB 201的另一表面突出，该端部被焊接以便将端子301固定到PCB 201。
本体208被用来在给发热装303供应有电流时执行预定的功能。本体208被结合到金属基片211以便辐射在操作期间出现的热，如后面所述。
图4是示出将发热装置焊接到金属基片的过程的剖视图。
根据现有技术，通过在本体208的一侧上形成结合孔、在金属基片上形成螺栓孔并利用螺栓将本体208和金属基片结合，本体208被结合到金属基片211。根据本发明，如图4所示，通过将金属板304定位在本体208的一侧上、将焊料306应用于金属基片211的前表面并将金属板304焊接到金属基片211，本体208被结合到金属基片211。
将本发明与现有技术相比较，本发明的装配工艺更短更简单。更具体地，在现有技术中，每个发热装置303利用螺栓一个个地固定到金属基片211，并且在使用很大数目的发热装置303时，装配工艺就不可避免地复杂化并变长。相比之下，在本发明中，发热装置303被简单地焊接到金属基片211。
金属基片211将热从发热装置303传递到辐射板221。金属基片211呈板形并定位在PCB 201的顶面上同时垂直于PCB 201。发热装置303的本体208被结合到金属基片211的前表面。金属基片211优选地由具有良好导热性的金属(比如铝或铜)制成，因此热量就能快速地从发热装置303传递到辐射板221。
金属基片211具有形成于其角部的结合孔313，螺栓213延伸穿过所述结合孔313，并且辐射板221具有形成于其结合单元305上的螺栓孔17，如后面所述，因此金属基片211能用螺栓213结合到结合单元305的前表面。
辐射板221用来将经由金属基片211传递的热量快速地辐射到空气中。辐射板221具有结合单元305和定位在其底面上的支柱315，并且与PCB 201间隔预定的距离。辐射板221优选地由具有良好导热性的金属(比如铝或铜)制成，因此热量就能快速地从发热装置303辐射到空气中。
图5是示出将基片壳体安装到辐射板上的过程的侧面剖视图。
如图5所示，利用螺栓213将用来从上面包围PCB 201的基片壳体501结合到结合台阶503，该结合台阶503在侧向上从辐射板221的底面突出，以便保护安装在PCB 201上的各种装置。
可选地，螺栓213可以在不使用结合台阶503的情况下在侧向上结合到辐射板221。
结合单元305从辐射板221的底面一侧突出，并且具有形成于其前表面上的螺栓孔317，以使得金属基片211能由螺栓213结合到结合单元305的前表面。
结合单元305可具有形成于其前表面上的安装凹槽325，其形状相应于金属基片211的形状，以使得能通过将金属基片211定位在安装凹槽325中而将金属基片211紧固到结合单元305。
结合单元305用作热从发热装置303传递到辐射板221的路径。因此，结合单元305必须快速地散发所产生的热，并且快速地将热传递到辐射板221的其它部分。
图6是示出形成于辐射板上的结合单元的局部剖面透视图。
如图6所示，结合单元305可具有形成于其背面或底面上的凸起601，以增加结合单元305与空气相接触的表面积，并改进热辐射效应。可选地，结合单元305可具有形成于其底面上的预定深度的热辐射凹槽319，以改进热辐射效应。
根据现有技术，增加辐射板221的厚度以便更好地热辐射受限于空间的限制。相反，根据本发明，能通过将结合单元30的宽度W增加到相同程度来按需要增加辐射板221的厚度T。于是，能在没有任何空间限制之下提高热辐射效应。
支柱315从辐射板221底面的角部突出预定的长度并具有形成于其内部上的螺栓孔317，以使得具有结合孔313的PCB 201能由螺栓213固定到支柱315。辐射板221通常为方形并且优选地具有四个支柱315，但是数目并不限于这里所述的数目。
支柱315具有形成于其顶面上且具有预定长度的结合销321，其将被***形成于PCB 201上的销结合孔323。其优点在于：当PCB201和辐射板221要彼此相结合时，在使用螺栓213之前它们能彼此相固定。另外，PCB 201的结合孔313和支柱315的螺栓孔317彼此自动地对准，以使得螺栓213能更容易地结合到其中。
而且，结合销321和销结合孔323之间的结合增强了PCB 201和支柱315之间的结合。
如上所述，根据本发明的电子控制装置的优点在于：金属基片和辐射板以如此的方式堆叠，即使得热量能有效地从发热装置辐射出去。
另外，结合单元的宽度能在没有任何空间限制之下按需要增加，从而提高热辐射效应。
而且，发热装置的本体被焊接到金属基片，金属基片然后又由螺栓固定到辐射板的结合单元。这样就简化了装配工艺。
尽管为了示例性目的已经描述了本发明的优选实施例，但是本领域的熟练技术人员能理解到，在不偏离本发明如所附权利要求所公开的范围和精神的前提下，可以有很多变型、增加或替代。

Claims (10)

1.一种电动转向装置，其具有电子控制装置和电机，所述电子控制装置基于从汽车的扭矩传感器输入的电信号来控制电机电流，所述电机产生转向动力，所述电子控制装置包括：
PCB；
金属基片，其以板形形成于PCB的下侧上且垂直于PCB；
发热装置，其具有结合到PCB的端子和结合到金属基片前表面的本体；和
辐射板，其与PCB间隔预定的距离，并且具有形成于其顶面上的结合单元，该金属基片被结合到该结合单元。
2.如权利要求1所述的电动转向装置，其中发热装置的本体通过焊接被结合到金属基片。
3.如权利要求2所述的电动转向装置，其中结合单元具有其形状相应于金属基片的安装凹槽。
4.如权利要求3所述的电动转向装置，其中金属基片具有形成于其上的结合孔，辐射板具有形成于结合单元上的螺栓孔，并且金属基片借助于***结合孔和螺栓孔的螺栓而被结合到结合单元。
5.如权利要求1，2，3或4所述的电动转向装置，其中结合单元具有形成于其背面上的凸起。
6.如权利要求1，2，3或4所述的电动转向装置，其中结合单元具有形成于其底面上的凸起。
7.如权利要求6所述的电动转向装置，其中结合单元具有形成于其底面上的具有预定深度的辐射凹槽。
8.如权利要求7所述的电动转向装置，其中辐射板具有从辐射板的顶面突出预定长度的支柱，并且在支柱的内部形成有螺栓孔，PCB具有形成于其上的结合孔，并且PCB借助于***结合孔和螺栓孔的螺栓而被结合到辐射板。
9.如权利要求8所述的电动转向装置，其中支柱具有突出预定长度的结合销，并且PCB具有形成于其上的销结合孔，所述结合销***所述销结合孔内。
10.如权利要求9所述的电动转向装置，其中一基片壳体被结合到PCB的顶面。
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