Vad är EPS
1. Översikt
Det elektriska servostyrningssystemet EPS (elektrisk servostyrning) är ett servostyrningssystem som direkt förlitar sig på motorn för att ge hjälpvridmoment. Jämfört med det traditionella hydrauliska servostyrningssystemet HPS (hydraulisk servostyrning) har EPS-systemet många fördelar: endast när styrning krävs Först när motorn startas för att generera kraft kan den minska motorns bränsleförbrukning; det kan ge den bästa kraftassistansen under olika körförhållanden och minska störningen av motorns utgående vridmoment orsakad av den ojämna vägytan för att hjälpa systemet genom transmissionsanordningens verkan. Förbättra bilens styregenskaper och förbättra bilens aktiva säkerhet; utan den hydrauliska kretsen är justeringen och detekteringen enklare, monteringsautomatiseringsgraden är högre och den kan snabbt matchas med olika modeller genom att ställa in olika program, förkorta produktions- och utvecklingscykeln; nej Det finns ett problem med oljeläckage och minska föroreningarna till miljön.
EPS-systemet är en utvecklingstrend för framtida servostyrningssystem.
EPS strukturdiagram
Figur 1 EPS strukturdiagram
Som visas i figur 1 består EPS huvudsakligen av en vridmomentsensor, en fordonshastighetssensor, en elmotor, en retardationsmekanism och en elektronisk styrenhet (ECU). Sensorn känner av storleken och riktningen på vridmomentet eller vinkeln som genereras av ratten under förarens styrning och omvandlar den nödvändiga informationen till digitala signaler och matar in dem till styrenheten. Slutligen ges kommandot att driva motorn att fungera, och motorns utgående vridmoment assisteras av transmissionsanordningens verkan. Därför är vridmomentsensorn en av de viktigaste komponenterna i EPS-systemet. Det finns många typer av vridmomentsensorer, främst inklusive potentiometermomentsensorer, metallmotståndstöjningsmätare vridmomentsensorer, beröringsfria momentsensorer, etc. Med teknikens framsteg kommer det att finnas sensorer med högre noggrannhet och lägre kostnad.
2. Potentiometer vridmomentsensor
Potentiometervridmomentsensorer kan huvudsakligen delas in i spiralarmstyp, dubbelstegs planetväxeltyp och torsionsstångstyp. Bland dem har torsionsstångsmätningen en enkel struktur och relativt hög tillförlitlighet, och användes flitigt i början.
2.1 Struktur och princip för torsionsstavens vridmomentsensor i EPS
Torsionsstavens vridmomentsensor består huvudsakligen av en torsionsstångsfjäder, en vinkelförskjutningsomvandlare och en potentiometer. Huvudfunktionen hos torsionsstångsfjädern är att detektera vridmomentet som föraren verkar på ratten och omvandla det till motsvarande rotationsvinkel. Rotationsvinkel-förskjutnings-omvandlaren är ett par spiralformade mekanismer, som omvandlar den relativa rotationsvinkeln för de två ändarna av torsionsstångsfjädern till den axiella förskjutningen av glidhylsan, som består av en stel kula, ett spiralspår och en reglaget. Reglaget kan röra sig i en spiralformad riktning i förhållande till den ingående axeln, medan glidaren är monterad på den utgående axeln genom en tapp och kan röra sig i en vertikal riktning i förhållande till den utgående axeln. Därför, när den ingående axeln roterar i förhållande till den utgående axeln, rör sig skjutreglaget vertikalt enligt rotationsriktningen för den ingående axeln och graden av rotation i förhållande till den utgående axeln. När ratten vrids överförs vridmomentet till torsionsstången och riktningen för den ingående axeln i förhållande till den utgående axeln avviker. Avvikelsen är skjutreglagets rörelse, rörelsen av dessa axelriktningar omvandlas till spakrotationsvinkeln för potentiometern, rörelsen av glidkontakten på motståndslinjen gör att motståndsvärdet för potentiometern ändras i enlighet med detta, och förändringen av motståndet omvandlas till spänning genom potentiometern. På så sätt omvandlas vridmomentsignalen till en spänningssignal.
2.2 Design av torsionsstavens vridmomentgivare
Torsionsstången är en viktig del av hela torsionsstångens vridmomentsensor, så nyckeln till designen av vridstångens vridmomentsensor är designen av torsionsstången. Torsionsstången är ansluten till rattaxeln genom en fintandad evolvent spline, och den andra änden är ansluten till rattens utgående axel genom en radiell tapp (diameter D). Den grundläggande strukturen visas i figur 2.
Cylindrisk sektion torsionsstång struktur
Figur 2 Strukturdiagram av cylindrisk sektion torsionsstång
Ytterdiameter på ändstrukturen på torsionsstången tandad evolvent spline
d{{0}}(1.15~1.25)d, längd L=(0.5~0.7)d, för att undvika överdriven spänningskoncentration vid användning av överdriven filé, radien R=(3~5)d, torsionsstångens effektiva längd är l, d är diametern på torsionsstångens effektiva längd.
Torsionsstyvheten k för torsionsstången är en viktig fysisk storhet av torsionsstången, som kan beräknas genom att hänvisa till följande formel.
När den utsätts för vridmoment T är dess vridningsskjuvspänning τ respektive deformationsvinkel φ:
Dess vridstyvhet är:
Där d-torsionsstångens diameter, effektiv längd, Ip tröghetsmoment, Zi torsionskoefficient
Figur 3 visar testkurvan för en vridmomentsensor torsionsstång, och kurvans lutning är vridstyvheten k.
Torsionsstavens vridmomentsensor användes flitigt i den tidiga EPS, men eftersom det är en kontakttyp gör friktionen som genereras under drift den lätt att bära och påverkar dess noggrannhet, och kommer att fasas ut.
3. Vridmomentsensor för motståndstöjningsmätare av metall
Sensorns vridmomentmätning använder sig av töjningselektrisk mätteknik. En mätbrygga bildas genom att en töjningsmätare klistras på det elastiska skaftet. När den elastiska axeln deformeras något av vridmomentet kommer brons motståndsvärde att ändras, och förändringen av motståndet hos töjningsbryggan kommer att omvandlas till förändringen av den elektriska signalen för att realisera vridmomentmätningen. Sensorn slutför följande informationskonvertering:
Sensorn är sammansatt av elastiskt skaft, mätbrygga, instrumentförstärkare och gränssnittskrets. Den elastiska axeln är ett känsligt element, som genererar maximal tryckspänning och dragspänning i riktningarna 45 grader och 135 grader. Vid denna tidpunkt är huvudspänningen och skjuvspänningen lika. Beräkningsformeln är:
där τ—huvudspänning, lika med σ vid denna tidpunkt
Wp—polmoment för axelsektionen
Mätbryggan kan använda halvledarresistanstöjningsgivare och ansluta dem för att bilda en differentiell full brygga, vars utspänning är proportionell mot vridmomentet som tas emot av torsionsaxeln. Töjningsmätarens motstånd R{{0}}R2=R3=R4=R0, följande formel kan erhållas:
E-axelmaterialets elasticitetsmodul
u - brons matningsspänning
S - Känslighetskoefficient för motståndstöjningsmätare
Förstärkarkretsen använder förstärkarkretsen för instrument, som är sammansatt av förstärkningskretsar för speciella instrument, och är också sammansatt av tre enkla op-amp-kretsar. Förstärkningsfaktorn är K, och den förstärkta spänningen V är:
För att ha hög noggrannhet tillsammans måste känslighetskoefficienten göras konstant.
I vridmomentsensorn på metallmotståndstöjningsmätare är den tekniska nyckeln som ska lösas:
(1) Arbetsområdet för det elastiska skaftet bör inte vara större än 1/3 av det elastiska området, och ta det initiala segmentet. För att minimera hysteresfelet, välj den största axeldiametern enligt överlastkapacitetsindex.
(2) LM-typ kiseldiffusion kraftkänslig helbrygga töjningsmätare används, som har bättre känslighet och liten olinjäritet.
(3), användning av hög precision reglerad strömförsörjning.
4. Beröringsfri momentgivare
Beröringsfri momentgivare
Figur 4 visar en typisk struktur för en beröringsfri vridmomentsensor. Den ingående axeln och den utgående axeln är förbundna med en torsionsstång, den ingående axeln har splines och den utgående axeln har ett kilspår. När torsionsstången vrids av rattens rotationsmoment, ändras det relativa läget mellan splinesen på den ingående axeln och kilspåren på den utgående axeln. Den relativa förskjutningsförändringen av spline och kilspår är lika med torsionsstavens vridning, så att den magnetiska induktionsintensiteten på spline ändras, och förändringen av den magnetiska induktionsintensiteten omvandlas till en spänningssignal genom spolen. Den högfrekventa delen av signalen filtreras av detekteringskretsen och endast momentsignaldelen förstärks. På grund av den beröringsfria arbetsmetoden har den beröringsfria vridmomentsensorn lång livslängd, hög tillförlitlighet, är inte känslig för slitage, har en mindre fördröjning och påverkas mindre av axelns avböjning och axiell förskjutning. Det har använts flitigt nu. I bilar och lätta fordon är det huvudprodukten av EPS-sensorer.
5. Andra momentgivare
Figur 5 visar strukturen och mätprincipen för en vridmomentsensor som detekterar vridmoment genom fasskillnadsavkänning. Denna sensor har egenskaperna hög precision och hög repeterbarhet. Mätprincipen är som följer: installera ett kugghjul på vardera änden av torsionsaxeln och installera en elektromagnetisk sensor mittemot tandytan, och två beröringsfria AC-signaler med kraftaxeln kan induceras från sensorn. Ta ut fasskillnaden för dess signal och infoga en högprecision, högstabil klocksignal som genereras av en kristalloscillator mellan de två fasskillnaderna. Baserat på denna klocksignal kan det applicerade vridmomentet mätas exakt genom smart användning av digital signalbehandlingsteknik.
Struktur- och mätprincipdiagrammet för vridmomentsensorn som detekterar vridmomentet med fasskillnadsavkänningsmetoden
6. Utvecklingen av EPS vridmomentsensor
Med den kontinuerliga förbättringen och utvecklingen av EPS-systemet ställs högre krav på noggrannheten, tillförlitligheten och svarshastigheten för vridmomentsensorn. EPS vridmomentsensorer visar följande utvecklingstrender:
(1) Testsystemet utvecklas mot miniatyrisering! Digitalisering, intelligens, virtualisering och nätverk;
(2) Utveckling från en enda funktion till multifunktion, inklusive självkompensation, självkorrigering, självanpassning, självdiagnos, fjärrinställning, tillståndskombination, informationslagring och minne;
(3) Utvecklas mot miniatyrisering och integration. Detekteringsdelen av sensorn kan miniatyriseras genom rationell design och optimering av strukturen, och IC-delen kan integrera så många halvledarkomponenter och resistorer som möjligt i en enda IC-komponent, vilket minskar antalet externa komponenter.
(4) Utvecklas från statisk testning till dynamisk onlinetestning.
