EPS電動助力轉(zhuǎn)向系.ppt

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EPS電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ElectricPowerSteering 縮寫EPS 是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS HydraulicPowerSteering 相比 EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點 EPS主要由扭矩傳感器 車速傳感器 電動機 減速機構(gòu)和電子控制單元 ECU 等組成 優(yōu)點 1 降低了燃油消耗 2 增強了轉(zhuǎn)向跟隨性 3 改善了轉(zhuǎn)向回正特性 4 提高了操縱穩(wěn)定性 5 提供可變的轉(zhuǎn)向助力 6 可變轉(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速 結(jié)構(gòu) 分相器型扭矩傳感器 轉(zhuǎn)角傳感器 轉(zhuǎn)向齒輪單元無電刷式馬達減速機構(gòu) 系統(tǒng)邏輯圖 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭距傳感器 車速傳感器 控制單元 ECU 電動機 減速機構(gòu)和離合器等 控制單元是EPS系統(tǒng)的核心部分 也是EPS系統(tǒng)研究的重點 目前普遍將控制單元設(shè)計為數(shù)字化 一般以一個八位或十六位微處理器為核心 外圍集成A D電路 輸入信號接口電路 報警電路 電源 要求具有簡單計算 查表 故障診斷處理 儲存 報警 驅(qū)動等功能 電動機的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩 是EPS的動力源 電動機對EPS的性能有很大的影響 是EPS的關(guān)鍵部件之一 所以EPS對電動機很重要 不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩 波動小 轉(zhuǎn)動慣量小 尺寸小 質(zhì)量輕 而且要求可靠性高 易控制 EPS的減速機構(gòu)與電動機相連 起減速增扭作用 常采用渦輪蝸桿機構(gòu) 也有采用行星齒輪機構(gòu) ESP工作原理 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常由扭距傳感器 車速傳感器 電子控制單元ECU 電動機 減速機構(gòu)等組成 轉(zhuǎn)矩傳感器 檢測轉(zhuǎn)向輪的運動情況和車輛的運動情況 電控單元 根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器提供的信號計算助力的大小 電機 根據(jù)電控單元輸出值生成轉(zhuǎn)動力 減速齒輪 提高電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力 并將其傳送至轉(zhuǎn)向機構(gòu) 當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時 扭距傳感器測出施加于轉(zhuǎn)向軸的扭矩 并產(chǎn)生一個電信號 與此同時 車速傳感器測出汽車的車速 也產(chǎn)生一個電信號 這兩個信號被送往電子控制單元 經(jīng)過電子控制單元分析處理后 輸出給電動機一個合適的電流以產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩 經(jīng)減速機構(gòu)施加在轉(zhuǎn)向機構(gòu)上 得到一個與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獨立于汽車發(fā)電機而蓄電池提供動力 不受發(fā)動機工作的影響 EPS的分類 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動機布置位置的不同 可以分為 轉(zhuǎn)向柱助力式 齒輪助力式 齒條助力式 直接助力式四種 轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向器 C EPS 的助力電機固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè) 通過減速增扭機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連 直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向 圖2 這種形式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊 易于安裝 齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向器 P EPS 的助力電機和減速增扭機構(gòu)與小齒輪相連 直接驅(qū)動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向 圖3 由于助力電機不是安裝在乘客艙內(nèi) 因此可以使用較大的電機以獲得較高的助力扭矩 而不必?fù)?dān)心電機轉(zhuǎn)動慣量太大產(chǎn)生的噪聲 該類型轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛 以提供較大的助力 齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向器 R EPS 的助力電機和減速增扭機構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力 圖4 由于助力電機安裝于齒條上的位置比較自由 因此在汽車的底盤布置時非常方便 同時 同C EPS和P EPS相比 可以提供更大的助力值 所以一般用于大型車輛上 關(guān)鍵技術(shù) 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括硬件和軟件兩個方面 硬件技術(shù)主要涉及傳感器 電機和ECU 傳感器是整個系統(tǒng)的信號源 其精度和可靠性十分重要 電機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行器 電機性能好壞決定了系統(tǒng)的表現(xiàn) ECU是整個系統(tǒng)的運算中心 因此ECU的性能和可靠性至關(guān)重要 軟件技術(shù)主要包括控制策略和故障診斷與保護程序兩個部分 控制策略用來決定電機的目標(biāo)電流 并跟蹤該電流 使得電機輸出相應(yīng)的助力矩 故障診斷與保護程序用來監(jiān)控系統(tǒng)的運行 并在必要時發(fā)出警報和實施一定的保護措施 轉(zhuǎn)向 扭矩傳感器 分相器型 扭矩傳感器檢測到扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)變形 將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柌⑤敵鲋罞PSECU 轉(zhuǎn)向主軸 輸入軸 扭轉(zhuǎn)桿 分相器單元1 小齒輪軸 輸出軸 齒條軸 分相器單元2 至EPSECU 工作原理 扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)后使兩個分相器單元產(chǎn)生一個相對角度 轉(zhuǎn)向主軸 輸入軸 小齒輪軸 輸出軸 分相器單元2 轉(zhuǎn)子部分 分相器單元1 轉(zhuǎn)子部分 分相器單元2 轉(zhuǎn)子部分 分相器單元1 轉(zhuǎn)子部分 扭矩傳感器檢測方法 定子部分 轉(zhuǎn)子部分 定子部分 信號A 信號B 每個分相器單元輸出兩個相位差相差90度的信號來檢測相對角度 分相器單元 定子部分 分相器單元 轉(zhuǎn)子部分 輸出信號 V 信號A 信號B 手動 自動 當(dāng)靜止時分相器單元的轉(zhuǎn)子部分輸出定值信號 分相器單元 定子部分 分相器單元 轉(zhuǎn)子部分 輸出信號 V 信號A 信號B 轉(zhuǎn)向時節(jié)轉(zhuǎn)子部分的兩個分相器單元產(chǎn)生相對角度 分相器單元1輸出信號 t t 分相器單元2輸出信號 t t EPSECU根據(jù)兩個分相器單元的相對位置決定對EPS馬達提供多少電壓 轉(zhuǎn)向馬達電壓 EPSECU 1 2 1 2 馬達 無電刷 馬達與齒條軸共軸 由轉(zhuǎn)角傳感器 定子及轉(zhuǎn)子組成 齒條軸 轉(zhuǎn)子 線圈 定子 磁體 馬達 轉(zhuǎn)角傳感器 馬達 無電刷 線圈 定子 帶磁體轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺 齒條軸 轉(zhuǎn)角傳感器 轉(zhuǎn)角傳感器 分相器型 通過檢測馬達的旋轉(zhuǎn)角度防止扭矩波動 轉(zhuǎn)角傳感器 凸臺 轉(zhuǎn)子 齒條軸 輸出信號 V 信號A 信號B EPS運作轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向助力輸出電流之間的關(guān)系 轉(zhuǎn)向助力輸出電流 車速 轉(zhuǎn)向力矩 高 低 EPS運作EPS控制包括如下功能 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性評價指標(biāo)分析 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩與助力矩之間的理想關(guān)系應(yīng)具備以下幾點 1 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小的區(qū)域內(nèi)希望助力矩越小越好 甚至不施加助力 2 在低速行駛低速轉(zhuǎn)向過程中 為使轉(zhuǎn)向輕便 助力效果應(yīng)當(dāng)明顯 3 原地轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向阻力矩相當(dāng)大 此時應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果 且助力矩增幅應(yīng)較大 助力矩增加到一定值時應(yīng)保持恒定 以免助力電動機因負(fù)荷過大而出現(xiàn)故障 4 隨著車速的增升高 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小時不助力的區(qū)域應(yīng)增大 6 形式轉(zhuǎn)向時 助力矩增加到一定值時也應(yīng)保持恒定 以便駕駛員駕駛時可以明顯感到路面反力的增加 知道安全駕駛 8 助力矩不能大于同工礦下無助力時的轉(zhuǎn)向驅(qū)動 即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向阻力局 9 各區(qū)段過度要平滑 以避免操舵力出現(xiàn)跳躍感 3 2EPS典型助力曲線EPS的助力特性具有多種曲線形式 圖3 1為三種典型的EPS助力特性曲線 這里將圖中助力曲線分為三個區(qū) 0 Td Td0區(qū)為無助力區(qū) Td0 Td Tdmax區(qū)為助力變化區(qū) 12 EPS典型助力曲線 影響電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要評價指標(biāo) 1 轉(zhuǎn)向路感和轉(zhuǎn)向靈敏度的因素很多 在進行EPS系統(tǒng)設(shè)計時 應(yīng)綜合考慮這些影響因素 但是有一些因素 如電動機的電氣參數(shù) 各部件的粘性摩擦系數(shù)等 是不可以任意選擇的 因此要想獲得較好的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能 就必須改變EPS各可變參數(shù)以獲得最佳的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能 2 裝備有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車要保持穩(wěn)定 必須使得電動機轉(zhuǎn)動慣量 扭矩傳感器剛度 助力機構(gòu)傳動比 控制器助力增益滿足由Louth判據(jù)得到的兩個穩(wěn)定性條件 3 通過運用MATLAB不同工況下的仿真 檢驗了助力特性滿足穩(wěn)定性的要求 理論上驗證了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性的影響