Apa itu EPS
1. Gambaran keseluruhan
Sistem stereng kuasa elektrik EPS (electric power steering) ialah sistem stereng kuasa yang secara langsung bergantung pada motor untuk memberikan tork tambahan. Berbanding dengan sistem stereng kuasa hidraulik tradisional HPS (stering kuasa hidraulik), sistem EPS mempunyai banyak kelebihan: hanya apabila stereng diperlukan Hanya apabila motor dimulakan untuk menjana kuasa, ia boleh mengurangkan penggunaan bahan api enjin; ia boleh memberikan bantuan kuasa terbaik dalam pelbagai keadaan pemanduan, dan mengurangkan gangguan tork keluaran motor yang disebabkan oleh permukaan jalan yang tidak rata untuk membantu sistem melalui tindakan peranti penghantaran. Meningkatkan ciri-ciri stereng kereta dan meningkatkan keselamatan aktif kereta; tanpa litar hidraulik, pelarasan dan pengesanan lebih mudah, tahap automasi pemasangan lebih tinggi, dan ia boleh dipadankan dengan cepat dengan model yang berbeza dengan menetapkan program yang berbeza, memendekkan kitaran pengeluaran dan pembangunan; tidak Terdapat masalah kebocoran minyak dan mengurangkan pencemaran kepada alam sekitar.
Sistem EPS ialah trend pembangunan sistem stereng kuasa masa hadapan.
Gambar rajah struktur EPS
Rajah 1 rajah struktur EPS
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, EPS terutamanya terdiri daripada sensor tork, sensor kelajuan kenderaan, motor elektrik, mekanisme nyahpecutan dan unit kawalan elektronik (ECU). Sensor mengesan magnitud dan arah tork atau sudut yang dijana oleh stereng semasa operasi stereng pemandu, dan menukar maklumat yang diperlukan kepada isyarat digital dan memasukkannya ke unit kawalan. Akhirnya, arahan dikeluarkan untuk memacu motor untuk berfungsi, dan tork output motor dibantu oleh tindakan peranti penghantaran. Oleh itu, sensor tork adalah salah satu komponen terpenting dalam sistem EPS. Terdapat banyak jenis penderia tork, terutamanya termasuk penderia tork potensiometer, penderia tolok terikan rintangan logam, penderia tork bukan sentuhan, dsb. Dengan kemajuan teknologi, akan terdapat penderia dengan ketepatan yang lebih tinggi dan kos yang lebih rendah.
2. Penderia tork potensiometer
Penderia tork potensiometer boleh dibahagikan terutamanya kepada jenis lengan lingkaran, jenis gear planet dua peringkat, dan jenis bar kilasan. Antaranya, ukuran bar kilasan mempunyai struktur yang mudah dan kebolehpercayaan yang agak tinggi, dan digunakan secara meluas pada zaman awal.
2.1 Struktur dan prinsip penderia tork bar kilasan dalam EPS
Penderia tork bar kilasan terutamanya terdiri daripada spring bar kilasan, penukar anjakan sudut dan potensiometer. Fungsi utama spring bar kilasan adalah untuk mengesan tork yang pemandu bertindak pada stereng dan menukarkannya ke sudut putaran yang sepadan. Penukar anjakan sudut putaran ialah sepasang mekanisme heliks, yang menukar sudut putaran relatif kedua-dua hujung spring bar kilasan ke dalam anjakan paksi lengan gelongsor, yang terdiri daripada bola tegar, alur lingkaran dan peluncur. Gelangsar boleh bergerak dalam arah heliks berbanding aci input, manakala gelangsar dipasang pada aci keluaran melalui pin dan boleh bergerak dalam arah menegak berbanding aci keluaran. Oleh itu, apabila aci input berputar relatif kepada aci keluaran, gelangsar bergerak secara menegak mengikut arah putaran aci input dan jumlah putaran berbanding aci keluaran. Apabila stereng diputar, tork dihantar ke bar kilasan, dan arah aci input berbanding dengan aci keluaran terpesong. Sisihan ialah pergerakan peluncur, pergerakan arah paksi ini ditukar kepada sudut putaran tuas potensiometer, pergerakan sentuhan gelongsor pada garisan rintangan menjadikan nilai rintangan potensiometer berubah dengan sewajarnya, dan perubahan rintangan ditukarkan kepada voltan melalui potensiometer . Dengan cara ini, isyarat tork ditukar kepada isyarat voltan.
2.2 Reka bentuk penderia tork bar kilasan
Bar kilasan adalah bahagian penting dari keseluruhan sensor tork bar kilasan, jadi kunci kepada reka bentuk sensor tork bar kilasan ialah reka bentuk bar kilasan. Bar kilasan disambungkan ke aci stereng melalui spline bergigi halus, dan hujung yang satu lagi disambungkan ke aci keluaran stereng melalui pin jejarian (diameter D). Struktur asas ditunjukkan dalam Rajah 2.
Struktur bar kilasan bahagian silinder
Rajah 2 Gambar rajah struktur bar kilasan keratan silinder
Diameter luar struktur hujung bar kilasan bergerigi involute spline
d{{0}}(1.15~1.25)d, panjang L=(0.5~0.7)d, untuk mengelakkan kepekatan tegasan yang berlebihan, apabila menggunakan fillet yang berlebihan, jejari R=(3~5)d, panjang berkesan bar kilasan ialah l , d ialah diameter panjang berkesan bar kilasan.
Kekakuan kilasan k bar kilasan ialah kuantiti fizik yang penting bagi bar kilasan, yang boleh dikira dengan merujuk kepada formula berikut.
Apabila ia tertakluk kepada tork T, tegasan ricih kilasan τ dan sudut ubah bentuk φ masing-masing adalah:
Kekakuan kilasannya ialah:
Di mana diameter bar kilasan d, panjang berkesan, momen inersia Ip, pekali keratan kilasan Zi
Rajah 3 menunjukkan lengkung ujian bagi bar kilasan sensor tork, dan cerun lengkung itu ialah kekukuhan kilasan k.
Penderia tork bar kilasan digunakan secara meluas dalam EPS awal, tetapi kerana ia adalah jenis sesentuh, geseran yang dijana semasa operasi menjadikannya mudah dipakai dan menjejaskan ketepatannya, dan akan dihapuskan secara berperingkat.
3. Penderia tork tolok terikan rintangan logam
Pengukuran tork sensor menggunakan teknologi pengukur elektrik terikan. Jambatan pengukur dibentuk dengan menampal tolok terikan pada aci elastik. Apabila aci elastik sedikit cacat oleh tork, nilai rintangan jambatan akan berubah, dan perubahan rintangan jambatan terikan akan ditukar kepada perubahan isyarat elektrik untuk merealisasikan pengukuran tork. Sensor melengkapkan penukaran maklumat berikut:
Penderia terdiri daripada aci elastik, jambatan pengukur, penguat instrumen dan litar antara muka. Paksi elastik ialah unsur sensitif, yang menjana tegasan mampatan maksimum dan tegasan tegangan dalam arah 45 darjah dan 135 darjah. Pada masa ini, tegasan utama dan tegasan ricih adalah sama. Formula pengiraannya ialah:
di mana τ—tegasan utama, sama dengan σ pada masa ini
Wp—momen kutub bahagian aci
Jambatan pengukur boleh menggunakan tolok terikan rintangan semikonduktor dan menyambungkannya untuk membentuk jambatan penuh pembezaan, yang voltan keluarannya adalah berkadar dengan tork yang diterima oleh aci kilasan. Rintangan tolok terikan R{{0}}R2=R3=R4=R0, formula berikut boleh diperolehi:
Modulus anjal bahan paksi E
u - bekalan voltan jambatan
S - Pekali sensitiviti tolok terikan rintangan
Litar penguat menggunakan litar penguat untuk instrumen, yang terdiri daripada litar penguat untuk instrumen khas, dan juga terdiri daripada tiga litar op-amp tunggal. Faktor penguatan ialah K, dan voltan yang dikuatkan V ialah:
Untuk mempunyai ketepatan yang tinggi bersama-sama, pekali sensitiviti mesti dibuat malar.
Dalam sensor tork tolok terikan rintangan logam, kunci teknikal yang perlu diselesaikan ialah:
(1) Kawasan kerja aci anjal tidak boleh lebih besar daripada 1/3 kawasan anjal, dan ambil bahagian awal. Untuk meminimumkan ralat histerisis, pilih diameter aci terbesar mengikut indeks kapasiti beban lampau.
(2) Tolok terikan jambatan penuh yang sensitif daya resapan silikon jenis LM digunakan, yang mempunyai kepekaan yang lebih baik dan tidak linear yang kecil.
(3), penggunaan bekalan kuasa terkawal berketepatan tinggi.
4. Sensor tork bukan sentuhan
Sensor tork bukan sentuhan
Rajah 4 menunjukkan struktur tipikal penderia tork bukan sentuhan. Aci input dan aci keluaran disambungkan oleh bar kilasan, aci input mempunyai spline, dan aci keluaran mempunyai alur kunci. Apabila bar kilasan dipintal oleh momen putaran stereng, kedudukan relatif antara spline pada aci input dan alur kunci pada aci keluaran diubah. Perubahan anjakan relatif spline dan alur kunci adalah sama dengan kilasan rod kilasan, supaya intensiti aruhan magnet pada spline berubah, dan perubahan intensiti aruhan magnet ditukar kepada isyarat voltan melalui gegelung. Bahagian frekuensi tinggi isyarat ditapis oleh litar pengesan dan hanya bahagian isyarat tork dikuatkan. Oleh kerana kaedah kerja bukan sentuhan, sensor tork bukan sentuhan mempunyai jangka hayat yang panjang, kebolehpercayaan yang tinggi, tidak mudah haus, mempunyai kelewatan yang lebih kecil, dan kurang terjejas oleh pesongan aci dan offset paksi. Ia telah digunakan secara meluas sekarang. Dalam kereta dan kenderaan ringan, ia adalah produk arus perdana penderia EPS.
5. Penderia tork lain
Rajah 5 menunjukkan struktur dan prinsip pengukuran penderia tork yang mengesan tork mengikut penderiaan perbezaan fasa. Sensor ini mempunyai ciri ketepatan tinggi dan kebolehulangan yang tinggi. Prinsip pengukuran adalah seperti berikut: pasang gear pada setiap hujung aci kilasan, dan pasangkan penderia elektromagnet bertentangan dengan permukaan gigi, dan dua isyarat AC tidak bersentuhan dengan aci kuasa boleh diinduksi daripada penderia. Keluarkan perbezaan fasa isyaratnya, dan masukkan isyarat jam berketepatan tinggi dan stabil tinggi yang dihasilkan oleh pengayun kristal antara dua perbezaan fasa. Berdasarkan isyarat jam ini, tork yang digunakan boleh diukur dengan tepat dengan menggunakan teknologi pemprosesan isyarat digital yang bijak.
Gambar rajah prinsip struktur dan ukuran sensor tork yang mengesan tork dengan kaedah penderiaan perbezaan fasa
6. Trend pembangunan sensor tork EPS
Dengan penambahbaikan dan pembangunan berterusan sistem EPS, keperluan yang lebih tinggi dikemukakan untuk ketepatan, kebolehpercayaan dan kelajuan tindak balas penderia tork. Penderia tork EPS menunjukkan arah aliran pembangunan berikut:
(1) Sistem ujian sedang berkembang ke arah pengecilan! Pendigitalan, kecerdasan, virtualisasi dan rangkaian;
(2) Pembangunan daripada fungsi tunggal kepada pelbagai fungsi, termasuk pampasan diri, pembetulan diri, penyesuaian diri, diagnosis diri, tetapan jauh, gabungan keadaan, penyimpanan maklumat dan ingatan;
(3) Membangun ke arah pengecilan dan penyepaduan. Bahagian pengesanan sensor boleh diperkecilkan melalui reka bentuk rasional dan pengoptimuman struktur, dan bahagian IC boleh mengintegrasikan seberapa banyak komponen semikonduktor dan perintang yang mungkin ke dalam komponen IC tunggal, mengurangkan bilangan komponen luaran.
(4) Membangunkan daripada ujian statik kepada ujian dalam talian dinamik.
