Co je EPS
1. Přehled
Elektrický posilovač řízení EPS (elektrický posilovač řízení) je systém posilovače řízení, který se přímo spoléhá na motor, který poskytuje pomocný točivý moment. Ve srovnání s tradičním hydraulickým posilovačem řízení HPS (hydraulický posilovač řízení) má systém EPS mnoho výhod: pouze pokud je vyžadováno řízení Pouze tehdy, když je motor spuštěn k výrobě energie, může snížit spotřebu paliva motoru; může poskytnout nejlepší posilovač za různých jízdních podmínek a snížit rušení výstupního točivého momentu motoru způsobené nerovným povrchem vozovky, aby pomohl systému při působení převodového zařízení. Zlepšit vlastnosti řízení vozu a zlepšit aktivní bezpečnost vozu; bez hydraulického obvodu je nastavení a detekce jednodušší, stupeň automatizace montáže je vyšší a lze jej rychle přizpůsobit různým modelům nastavením různých programů, zkrácením výrobního a vývojového cyklu; Existuje problém s únikem ropy a snížením znečištění životního prostředí.
Systém EPS je vývojovým trendem budoucího systému posilovače řízení.
Strukturní diagram EPS
Obrázek 1 Strukturní diagram EPS
Jak je znázorněno na obrázku 1, EPS se skládá hlavně ze snímače točivého momentu, snímače rychlosti vozidla, elektromotoru, mechanismu zpomalení a elektronické řídicí jednotky (ECU). Senzor detekuje velikost a směr točivého momentu nebo úhlu generovaného volantem během řízení řidiče a převádí požadované informace na digitální signály a zadává je do řídicí jednotky. Nakonec je vydán příkaz k pohonu motoru do práce a výstupnímu točivému momentu motoru pomáhá působení převodového zařízení. Proto je snímač točivého momentu jednou z nejdůležitějších součástí systému EPS. Existuje mnoho typů snímačů točivého momentu, včetně snímačů točivého momentu potenciometru, snímačů tenzometru s kovovým odporem, bezkontaktních snímačů točivého momentu atd. S pokrokem technologie budou existovat senzory s vyšší přesností a nižšími náklady.
2. Snímač točivého momentu potenciometru
Potenciometrické snímače točivého momentu lze rozdělit hlavně na typ spirálového ramene, dvoustupňový planetový typ ozubení a typ torzní tyče. Mezi nimi má měření torzní tyče jednoduchou strukturu a relativně vysokou spolehlivost a bylo široce používáno v prvních dnech.
2.1 Struktura a princip snímače točivého momentu torzní tyče v EPS
Snímač točivého momentu torzní tyče se skládá hlavně z pružiny torzní tyče, měniče úhlového posunutí a potenciometru. Hlavní funkcí pružiny torzní tyče je detekovat točivý moment, který řidič působí na volant, a převést jej na odpovídající úhel natočení. Převodník úhlu natočení je dvojice šroubovicových mechanismů, které převádějí relativní úhel natočení obou konců pružiny torzní tyče na axiální posunutí posuvného pouzdra, které se skládá z tuhé koule, spirálové drážky a posuvníku. Posuvník se může pohybovat ve šroubovitém směru vzhledem ke vstupnímu hřídeli, zatímco jezdec je namontován na výstupní hřídeli přes čep a může se pohybovat ve svislém směru vzhledem k výstupnímu hřídeli. Proto, když se vstupní hřídel otáčí vzhledem k výstupnímu hřídeli, jezdec se pohybuje svisle podle směru otáčení vstupního hřídele a míry otáčení vzhledem k výstupnímu hřídeli. Při otáčení volantu se točivý moment přenáší na torzní tyč a směr vstupního hřídele vzhledem k výstupnímu hřídeli se odchyluje. Odchylka je pohyb posuvníku, pohyb těchto směrů osy je převeden na úhel otáčení páky potenciometru, pohyb kluzného kontaktu na odporové přímce způsobí, že se hodnota odporu potenciometru odpovídajícím způsobem změní a změna odporu se převede na napětí pomocí potenciometru . Tímto způsobem je signál točivého momentu převeden na napěťový signál.
2.2 Konstrukce snímače točivého momentu torzní tyče
Torzní tyč je důležitou součástí celého snímače točivého momentu torzní tyče, takže klíčem k návrhu snímače točivého momentu torzní tyče je konstrukce torzní tyče. Torzní tyč je připojena k hřídeli volantu přes jemně ozubený involutní drážku a druhý konec je připojen k výstupnímu hřídeli řízení přes radiální čep (průměr D). Základní struktura je znázorněna na obrázku 2.
Konstrukce torzní tyče válcového průřezu
Obrázek 2 Schéma struktury torzní tyče válcového průřezu
Vnější průměr koncové konstrukce zoubkovaného drážkování torzní tyče
d0 = (1,15 ~ 1,25) d, délka L = (0,5 ~ 0,7) d, aby se zabránilo nadměrné koncentraci napětí, při použití nadměrného zaoblení, poloměr R = (3 ~ 5) d, efektivní délka torzní tyče je l , d je průměr efektivní délky torzní tyče.
Torzní tuhost k torzní tyče je důležitou fyzikální veličinou torzní tyče, kterou lze vypočítat podle následujícího vzorce.
Když je vystaven točivému momentu T, jeho torzní smykové napětí τ a úhel deformace φ jsou:
Jeho torzní tuhost je:
Kde průměr d-torzní tyče, efektivní délka, Ip moment setrvačnosti, koeficient torzního průřezu Zi
Obrázek 3 znázorňuje zkušební křivku torzní tyče snímače točivého momentu a sklon křivky je torzní tuhost k.
Snímač točivého momentu torzní tyče byl široce používán v raných EPS, ale protože se jedná o typ kontaktu, tření generované během provozu usnadňuje opotřebení a ovlivňuje jeho přesnost a bude postupně vyřazeno.
3. Snímač točivého momentu tenzometru s kovovým odporem
Měření točivého momentu senzorem využívá technologii měření napětí elektrickým proudem. Měřicí můstek je tvořen vložením tenzometru na elastický hřídel. Když je elastický hřídel mírně deformován točivým momentem, změní se hodnota odporu mostu a změna odporu deformačního můstku bude převedena na změnu elektrického signálu pro realizaci měření točivého momentu. Senzor dokončí následující převod informací:
Senzor se skládá z elastické hřídele, měřicího můstku, přístrojového zesilovače a obvodu rozhraní. Elastická osa je citlivý prvek, který vytváří maximální tlakové napětí a napětí v tahu ve směrech 45 stupňů a 135 stupňů. V této době jsou hlavní napětí a smykové napětí stejné. Vzorec pro výpočet je:
kde τ – hlavní napětí, rovnající se σ v tomto okamžiku
Wp—pólový moment řezu hřídele
Měřicí můstek může používat polovodičové odporové tenzometry a připojit je tak, aby vytvořil diferenciální plný můstek, jehož výstupní napětí je úměrné točivému momentu přijatému torzní hřídelí. Odpor tenzometru R1 =R2 = R3 = R4 = R0, lze získat následující vzorec:
Modul pružnosti materiálu osy E
u - napájecí napětí mostu
S - Součinitel citlivosti odporového tenzometru
Zesilovací obvod přijímá zesilovací obvod pro přístroje, který se skládá ze zesilovacích obvodů pro speciální přístroje a je také složen ze tří obvodů s jedním operačním zesilovačem. Faktor zesílení je K a zesílené napětí V je:
Aby byla společně vysoká přesnost, musí být koeficient citlivosti konstantní.
V snímači točivého momentu tenzometru s kovovým odporem je technickým klíčem, který je třeba vyřešit, následující:
(1) Pracovní plocha pružného hřídele by neměla být větší než 1/3 elastické plochy a počáteční segment. Aby se minimalizovala chyba hystereze, vyberte největší průměr hřídele podle indexu únosnosti.
(2) Používá se křemíkový difuzní tenzometr citlivý na plnou můstek typu LM, který má lepší citlivost a malou nelinearitu.
(3), použití vysoce přesného regulovaného napájecího zdroje.
4. Bezkontaktní snímač točivého momentu
Bezkontaktní snímač točivého momentu
Obrázek 4 ukazuje typickou strukturu bezkontaktního snímače točivého momentu. Vstupní hřídel a výstupní hřídel jsou spojeny torzní tyčí, vstupní hřídel má drážky a výstupní hřídel má drážku. Když je torzní tyč zkroucena momentem otáčení volantu, změní se relativní poloha mezi drážkami na vstupním hřídeli a drážkou pro uchopení na výstupním hřídeli. Relativní změna posunutí drážky a drážky se rovná torzi torzní tyče, takže se mění intenzita magnetické indukce na drážce a změna intenzity magnetické indukce se převádí na napěťový signál přes cívku. Vysokofrekvenční část signálu je filtrována detekčním obvodem a zesilována je pouze část signálu točivého momentu. Díky bezkontaktní pracovní metodě má bezkontaktní snímač točivého momentu dlouhou životnost, vysokou spolehlivost, není náchylný k opotřebení, má menší zpoždění a je méně ovlivněn průhybem hřídele a axiálním posunem. To bylo široce používáno nyní. V osobních automobilech a lehkých vozidlech je to běžný produkt senzorů EPS.
5. Další snímače točivého momentu
Obrázek 5 znázorňuje strukturu a princip měření snímače točivého momentu, který detekuje točivý moment podle snímání fázového rozdílu. Tento senzor má vlastnosti vysoké přesnosti a vysoké opakovatelnosti. Princip měření je následující: namontujte ozubené kolo na každý konec torzního hřídele a nainstalujte elektromagnetický senzor naproti povrchu zubu a ze snímače lze indukovat dva bezkontaktní střídavé signály s výkonovým hřídelem. Odstraňte fázový rozdíl jeho signálu a vložte vysoce přesný, vysoce stabilní hodinový signál generovaný krystalovým oscilátorem mezi dvěma fázovými rozdíly. Na základě tohoto hodinového signálu lze aplikovaný točivý moment přesně měřit chytrým využitím technologie digitálního zpracování signálu.
Diagram struktury a principu měření snímače točivého momentu, který detekuje točivý moment metodou snímání fázového rozdílu
6. Vývojový trend snímače točivého momentu EPS
S neustálým zlepšováním a vývojem systému EPS jsou kladeny vyšší požadavky na přesnost, spolehlivost a rychlost odezvy snímače točivého momentu. Snímače točivého momentu EPS vykazují následující vývojové trendy:
(1) Testovací systém se vyvíjí směrem k miniaturizaci! Digitalizace, inteligence, virtualizace a sítě;
2) vývoj od jedné funkce k multifunkční funkci, včetně sebekompenzace, samokorekce, sebepřizpůsobení, autodiagnostiky, nastavení na dálku, kombinace stavů, ukládání informací a paměti;
(3) Rozvíjet směrem k miniaturizaci a integraci. Detekční část senzoru může být miniaturizována racionálním návrhem a optimalizací konstrukce a část IC může integrovat co nejvíce polovodičových součástek a rezistorů do jedné součásti IC, čímž se sníží počet externích součástí.
(4) Vyvíjet se od statického testování k dynamickému online testování.
