EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系.ppt

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1、EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering,縮寫(xiě)EPS)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS(Hydraulic Power Steering)相比,EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元(ECU)等組成。 優(yōu)點(diǎn): (1)降低了燃油消耗。 (2)增強(qiáng)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??勺冝D(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(wú)電刷

2、式馬達(dá) 減速機(jī)構(gòu),系統(tǒng)邏輯圖,,電動(dòng)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(dòng)機(jī)、減速機(jī)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(diǎn)。目前普遍將控制單元設(shè)計(jì)為數(shù)字化,一般以一個(gè)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(hào)接口電路、報(bào)警電路、電源。要求具有簡(jiǎn)單計(jì)算、查表、故障診斷處理、儲(chǔ)存、報(bào)警、驅(qū)動(dòng)等功能。 電動(dòng)機(jī)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(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)對(duì)EPS的性能有很大的影響,是EPS的關(guān)鍵部件之一,所以EPS對(duì)電動(dòng)機(jī)很重要。不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕,而且要

3、求可靠性高、易控制。 EPS的減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連,起減速增扭作用。常采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu),也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu),ESP工作原理,電動(dòng)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(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等組成。轉(zhuǎn)矩傳感器,檢測(cè)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)情況和車輛的運(yùn)動(dòng)情況;電控單元,根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器提供的信號(hào)計(jì)算助力的大?。?電機(jī),根據(jù)電控單元輸出值生成轉(zhuǎn)動(dòng)力;減速齒輪,提高電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力,并將其傳送至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí),扭距傳感器測(cè)出施加于轉(zhuǎn)向軸的扭矩,并產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào);與此同時(shí),車速傳感器測(cè)出汽車的車速,也產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)被送往電子控制單元,經(jīng)過(guò)電子控制單元分析處理后,輸出給電動(dòng)機(jī)

4、一個(gè)合適的電流以產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩,經(jīng)減速機(jī)構(gòu)施加在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上,得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獨(dú)立于汽車發(fā)電機(jī)而蓄電池提供動(dòng)力,不受發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。,EPS的分類,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動(dòng)機(jī)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向器(C-EPS)的助力電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè),通過(guò)減速增扭機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連,直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖2)。這種形式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于安裝。,齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器(P-EPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)與小齒輪相連,直接驅(qū)動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖3)。由于助力電機(jī)不是安

5、裝在乘客艙內(nèi),因此可以使用較大的電機(jī)以獲得較高的助力扭矩,而不必?fù)?dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向器(R-EPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力(圖4)。由于助力電機(jī)安裝于齒條上的位置比較自由,因此在汽車的底盤(pán)布置時(shí)非常方便。同時(shí),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(dòng)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(gè)方面。 硬件技術(shù)主要涉及傳感器、電機(jī)和ECU。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)源,其精度和可靠性十分重要。電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行器,電機(jī)性能好壞決定了系統(tǒng)的表現(xiàn)

6、。ECU是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(hù)程序兩個(gè)部分??刂撇呗杂脕?lái)決定電機(jī)的目標(biāo)電流,并跟蹤該電流,使得電機(jī)輸出相應(yīng)的助力矩。故障診斷與保護(hù)程序用來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行,并在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)和實(shí)施一定的保護(hù)措施。,轉(zhuǎn)向,扭矩傳感器 (分相器型) 扭矩傳感器檢測(cè)到扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)變形,將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)并輸出至EPS ECU,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EPS ECU,,,工作原理:扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)后使兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)角度,,轉(zhuǎn)向主軸 (輸入軸),小齒輪軸 (輸出

7、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(cè)方法,,定子部分,,,轉(zhuǎn)子部分,,,,,,,定子部分,,,,,,,,,,,,信號(hào)A,信號(hào)B,,每個(gè)分相器單元輸出兩個(gè)相位差相差90度的信號(hào)來(lái)檢測(cè)相對(duì)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(hào) (V),信號(hào)A,,信號(hào)B,,手動(dòng),自動(dòng),當(dāng)靜止時(shí)分相器單元的轉(zhuǎn)子部分輸出定值信號(hào),,分相器單元 (定子部分),分相器單元 (轉(zhuǎn)子部分),,,,輸出信號(hào) (V),信號(hào)A,,信號(hào)B,,,轉(zhuǎn)向時(shí)節(jié)轉(zhuǎn)子部分的兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生相對(duì)

8、角度,,,,,,,,,,,,,,,,分相器單元1 輸出信號(hào),,,t,t,,,,,,,,,,,,,,,分相器單元2 輸出信號(hào),,,t,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,EPS ECU根據(jù)兩個(gè)分相器單元的相對(duì)位置決定對(duì)EPS馬達(dá)提供多少電壓,,,,,,轉(zhuǎn)向馬達(dá)電壓,EPS ECU,1,2, 1 - 2,馬達(dá) (無(wú)電刷) 馬達(dá)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(dá),轉(zhuǎn)角傳感器,馬達(dá) (無(wú)電刷),,,線圈,定子,,,帶磁體轉(zhuǎn)子,,,,,,轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)凸臺(tái),齒條軸,,,轉(zhuǎn)角傳感器,轉(zhuǎn)角傳感器 (分相器型) 通過(guò)檢測(cè)馬達(dá)的

9、旋轉(zhuǎn)角度防止扭矩波動(dòng),,轉(zhuǎn)角傳感器,凸臺(tái),轉(zhuǎn)子,齒條軸,,,,輸出信號(hào) (V),信號(hào)A,,信號(hào)B,,,,,EPS運(yùn)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(yùn)作 EPS控制包括如下功能,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)分析,轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩與助力矩之間的理想關(guān)系應(yīng)具備以下幾點(diǎn): (1)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)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(guò)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(shí)的轉(zhuǎn)向阻力矩相當(dāng)大,此時(shí)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

10、定值時(shí)應(yīng)保持恒定,以免助力電動(dòng)機(jī)因負(fù)荷過(guò)大而出現(xiàn)故障。 (4)隨著車速的增升高,轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩很小時(shí)不助力的區(qū)域應(yīng)增大。 (6)形式轉(zhuǎn)向時(shí),助力矩增加到一定值時(shí)也應(yīng)保持恒定,以便駕駛員駕駛時(shí)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(wú)助力時(shí)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng),即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向阻力局。 (9)各區(qū)段過(guò)度要平滑,以避免操舵力出現(xiàn)跳躍感。 3.2 EPS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(gè)區(qū),0TdTd0區(qū)為無(wú)助力區(qū),Td0TdTdmax區(qū)為助力變化區(qū)12。,EPS典型助力曲線,影響電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo),(1)轉(zhuǎn)向路感和轉(zhuǎn)向靈敏度的因素很多,在進(jìn)行EPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)綜合考慮這些影響因素。但是有一些因素(如電動(dòng)機(jī)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車要保持穩(wěn)定,必須使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭矩傳感器剛度、助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比、控制器助力增益滿足由Louth判據(jù)得到的兩個(gè)穩(wěn)定性條件。 (3)通過(guò)運(yùn)用MATLAB不同工況下的仿真,檢驗(yàn)了助力特性滿足穩(wěn)定性的要求,理論上驗(yàn)證了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響。,

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