Wat is EPS
1. Overzicht
Het elektrische stuurbekrachtigingssysteem EPS (elektrische stuurbekrachtiging) is een stuurbekrachtigingssysteem dat direct afhankelijk is van de motor om extra koppel te leveren. In vergelijking met het traditionele hydraulische stuurbekrachtigingssysteem HPS (hydraulische stuurbekrachtiging) heeft het EPS-systeem veel voordelen: alleen wanneer sturen nodig is Alleen wanneer de motor wordt gestart om vermogen te genereren, kan het het brandstofverbruik van de motor verminderen; het kan de beste vermogensondersteuning bieden onder verschillende rijomstandigheden en de verstoring van het uitgangskoppel van de motor verminderen, veroorzaakt door het ongelijke wegdek om het systeem te helpen door de werking van het transmissieapparaat. Verbeter de stuureigenschappen van de auto en verbeter de actieve veiligheid van de auto; zonder het hydraulische circuit zijn de aanpassing en detectie eenvoudiger, is de automatiseringsgraad van de assemblage hoger en kan deze snel worden afgestemd op verschillende modellen door verschillende programma's in te stellen, waardoor de productie- en ontwikkelingscyclus wordt verkort; nee Er is een probleem van olielekkage en vermindert de vervuiling voor het milieu.
EPS-systeem is een ontwikkelingstrend van toekomstige stuurbekrachtigingssystemen.
EPS-structuurdiagram
Figuur 1 EPS-structuurdiagram
Zoals te zien is in figuur 1, bestaat EPS voornamelijk uit een koppelsensor, een voertuigsnelheidssensor, een elektromotor, een vertragingsmechanisme en een elektronische regeleenheid (ECU). De sensor detecteert de grootte en richting van het koppel of de hoek die door het stuurwiel wordt gegenereerd tijdens de stuurbediening van de bestuurder en zet de vereiste informatie om in digitale signalen en voert deze in de besturingseenheid in. Ten slotte wordt het commando gegeven om de motor aan het werk te zetten en wordt het uitgangskoppel van de motor ondersteund door de werking van het transmissieapparaat. Daarom is de koppelsensor een van de belangrijkste componenten in het EPS-systeem. Er zijn vele soorten koppelsensoren, voornamelijk potentiometer koppelsensoren, metalen weerstandsspanningsmeter koppelsensoren, contactloze koppelsensoren, enz. Met de vooruitgang van de technologie zullen er sensoren zijn met een hogere nauwkeurigheid en lagere kosten.
2. Potentiometer koppelsensor
Potentiometer koppelsensoren kunnen voornamelijk worden onderverdeeld in spiraalarmtype, tweetraps planetair tandwieltype en torsiebalktype. Onder hen heeft de torsiestangophanging een eenvoudige structuur en een relatief hoge betrouwbaarheid en werd deze in de begindagen veel gebruikt.
2.1 Structuur en principe van torsiestangophanger in EPS
De torsiestangophanger bestaat voornamelijk uit een torsiestangophanging, een hoekverplaatsingsomvormer en een potentiometer. De belangrijkste functie van de torsiestangophanging is het detecteren van het koppel dat de bestuurder op het stuurwiel werkt en het om te zetten in de overeenkomstige rotatiehoek. De rotatiehoekverplaatsingsomvormer is een paar spiraalvormige mechanismen, die de relatieve rotatiehoek van de twee uiteinden van de torsiebalkveer omzetten in de axiale verplaatsing van de schuifhuls, die bestaat uit een stijve bal, een spiraalvormige groef en een schuifregelaar. De schuifregelaar kan in een spiraalvormige richting bewegen ten opzichte van de ingangsas, terwijl de schuifregelaar via een pen op de uitgaande as is gemonteerd en in verticale richting ten opzichte van de uitgaande as kan bewegen. Daarom, wanneer de ingangsas draait ten opzichte van de uitgaande as, beweegt de schuif verticaal volgens de draairichting van de ingangsas en de hoeveelheid rotatie ten opzichte van de uitgaande as. Wanneer het stuurwiel wordt gedraaid, wordt het koppel doorgegeven aan de torsiestang en wordt de richting van de ingaande as ten opzichte van de uitgaande as afgeweken. De afwijking is de beweging van de schuifregelaar, de beweging van deze asrichtingen wordt omgezet in de hefboomrotatiehoek van de potentiometer, de beweging van het glijdende contact op de weerstandslijn zorgt ervoor dat de weerstandswaarde van de potentiometer dienovereenkomstig verandert en de verandering van weerstand wordt omgezet in spanning door de potentiometer . Op deze manier wordt het koppelsignaal omgezet in een spanningssignaal.
2.2 Ontwerp van torsiestangophanging
De torsiebalk is een belangrijk onderdeel van de gehele torsiebalkkoppelsensor, dus de sleutel tot het ontwerp van de torsiestangophangesensor is het ontwerp van de torsiestangoaf. De torsiestang is verbonden met de stuuras via een fijntandige involute spline en het andere uiteinde is verbonden met de stuuras via een radiale pin (diameter D). De basisstructuur is weergegeven in figuur 2.
Cilindrische sectie torsie staaf structuur
Figuur 2 Structuurdiagram van cilindrische sectie torsiebalk
Buitendiameter van de eindstructuur van torsiebalk gekartelde involute spline
d0 = (1,15 ~ 1,25) d, lengte L = (0,5 ~ 0,7) d, om overmatige stressconcentratie te voorkomen, bij gebruik van overmatige filet, de straal R = (3 ~ 5) d, de effectieve lengte van de torsiebalk is l , d is de diameter van de effectieve lengte van de torsiebalk.
De torsiestijfheid k van de torsiestaf is een belangrijke fysieke grootheid van de torsiestaf, die kan worden berekend door te verwijzen naar de volgende formule.
Wanneer het wordt blootgesteld aan koppel T, zijn de torsieschuifspanning τ en de vervormingshoek φ respectievelijk:
De torsiestijfheid is:
Waarbij d-torsiestangdiameter, effectieve lengte, Ip traagheidsmoment, Zi-torsiesectiecoëfficiënt
Figuur 3 toont de testcurve van een torsiebalk van een koppelsensor en de helling van de curve is de torsiestijfheid k.
De torsiestangophanging werd veel gebruikt in het vroege EPS, maar omdat het een contacttype is, maakt de wrijving die tijdens het gebruik wordt gegenereerd het gemakkelijk te dragen en beïnvloedt het de nauwkeurigheid en wordt het uitgefaseerd.
3. Koppelsensor van metalen weerstandsrekstrook
De sensorkoppelmeting maakt gebruik van spanningselektriciteitsmeettechnologie. Een meetbrug wordt gevormd door een rekstrook op de elastische as te plakken. Wanneer de elastische as enigszins wordt vervormd door het koppel, zal de weerstandswaarde van de brug veranderen en zal de verandering van de weerstand van de rekbrug worden omgezet in de verandering van het elektrische signaal om de koppelmeting te realiseren. De sensor voltooit de volgende informatieconversie:
De sensor bestaat uit elastische as, meetbrug, instrumentversterker en interfaceschakeling. De elastische as is een gevoelig element, dat maximale drukspanning en trekspanning genereert in de richtingen van 45 graden en 135 graden. Op dit moment zijn de belangrijkste stress en schuifspanning gelijk. De berekeningsformule is:
waarbij τ— hoofdspanning, gelijk aan σ op dit moment
Wp-poolmoment van assectie
De meetbrug kan halfgeleiderweerstandsspanningsmeters gebruiken en deze aansluiten om een differentiële volledige brug te vormen, waarvan de uitgangsspanning evenredig is met het koppel dat door de torsie-as wordt ontvangen. De weerstand van het rekstrookje R1=R2=R3=R4=R0, de volgende formule kan worden verkregen:
De elastische modulus van het E-as materiaal
u - voedingsspanning van de brug
S - Gevoeligheidscoëfficiënt van weerstandsrekstrook
Het versterkingscircuit neemt het versterkingscircuit voor instrumenten over, dat bestaat uit versterkingscircuits voor speciale instrumenten en ook bestaat uit drie enkele op-amp-circuits. De versterkingsfactor is K en de versterkte spanning V is:
Om samen een hoge nauwkeurigheid te hebben, moet de gevoeligheidscoëfficiënt constant worden gemaakt.
In de koppelsensor van de metaalweerstandsrekstrook is de technische sleutel die moet worden opgelost:
(1) Het werkgebied van de elastische schacht mag niet groter zijn dan 1/3 van het elastische gebied en neem het initiële segment. Om de hysteresefout te minimaliseren, selecteert u de grootste asdiameter volgens de overbelastingscapaciteitsindex.
(2) Lm-type siliciumdiffusiekrachtgevoelige full-bridge rekstrook wordt gebruikt, die een betere gevoeligheid en kleine niet-lineariteit heeft.
(3), het gebruik van zeer nauwkeurige gereguleerde voeding.
4. Contactloze koppelsensor
Contactloze koppelsensor
Figuur 4 toont een typische structuur van een contactloze koppelsensor. De ingangsas en de uitgaande as zijn verbonden door een torsiebalk, de ingangsas heeft splines en de uitgaande as heeft een sleutelweg. Wanneer de torsiestang wordt gedraaid door het rotatiemoment van het stuurwiel, verandert de relatieve positie tussen de splines op de ingaande as en de sleutelopening op de uitgaande as. De relatieve verplaatsingsverandering van de spline en de keyway is gelijk aan de torsie van de torsiestang, zodat de magnetische inductie-intensiteit op de spline verandert en de verandering van de magnetische inductie-intensiteit wordt omgezet in een spanningssignaal door de spoel. Het hoogfrequente deel van het signaal wordt gefilterd door het detectiecircuit en alleen het koppelsignaalgedeelte wordt versterkt. Door de contactloze werkmethode heeft de contactloze koppelsensor een lange levensduur, hoge betrouwbaarheid, is niet gevoelig voor slijtage, heeft een kleinere vertraging en wordt minder beïnvloed door de doorbuiging van de as en axiale offset. Het is nu op grote schaal gebruikt. In auto's en lichte voertuigen is het het mainstream product van EPS-sensoren.
5. Andere koppelsensoren
Figuur 5 toont de structuur en het meetprincipe van een koppelsensor die koppel detecteert door faseverschildetectie. Deze sensor heeft de kenmerken van hoge precisie en hoge herhaalbaarheid. Het meetprincipe is als volgt: installeer een tandwiel aan elk uiteinde van de torsiefas en installeer een elektromagnetische sensor tegenover het tandoppervlak, en twee contactloze AC-signalen met de voedingsas kunnen door de sensor worden geïnduceerd. Haal het faseverschil van het signaal eruit en plaats een uiterst nauwkeurig, zeer stabiel kloksignaal dat wordt gegenereerd door een kristaloscillator tussen de twee faseverschillen. Op basis van dit kloksignaal kan het toegepaste koppel nauwkeurig worden gemeten door slim gebruik te maken van digitale signaalverwerkingstechnologie.
Het structuur- en meetprincipediagram van de koppelsensor dat het koppel detecteert volgens de faseverschildetectiemethode
6. De ontwikkelingstrend van EPS koppelsensor
Met de continue verbetering en ontwikkeling van het EPS-systeem worden hogere eisen gesteld aan de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en reactiesnelheid van de koppelsensor. EPS-koppelsensoren laten de volgende ontwikkelingstrends zien:
(1) Het testsysteem ontwikkelt zich in de richting van miniaturisatie! Digitalisering, intelligentie, virtualisatie en netwerken;
(2) Ontwikkeling van één functie naar multifunctioneel, met inbegrip van zelfcompensatie, zelfcorrectie, zelfaanpassing, zelfdiagnose, instelling op afstand, toestandscombinatie, informatieopslag en geheugen;
(3) Ontwikkelen naar miniaturisatie en integratie. Het detectiegedeelte van de sensor kan worden geminiaturiseerd door rationeel ontwerp en optimalisatie van de structuur, en het IC-deel kan zoveel mogelijk halfgeleidercomponenten en weerstanden integreren in een enkele IC-component, waardoor het aantal externe componenten wordt verminderd.
(4) Ontwikkel van statisch testen naar dynamisch online testen.
