Τι είναι το EPS
1. Επισκόπηση
Το ηλεκτρικό σύστημα υδραυλικού τιμονιού EPS (ηλεκτρικό υδραυλικό τιμόνι) είναι ένα σύστημα υδραυλικού τιμονιού που βασίζεται άμεσα στον κινητήρα για την παροχή βοηθητικής ροπής. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό υδραυλικό σύστημα διεύθυνσης HPS (υδραυλικό υδραυλικό υδραυλικό τιμόνι), το σύστημα EPS έχει πολλά πλεονεκτήματα: μόνο όταν απαιτείται διεύθυνση Μόνο όταν ο κινητήρας αρχίσει να παράγει ενέργεια, μπορεί να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου του κινητήρα. Μπορεί να παρέχει την καλύτερη δυνατή υποβοήθηση ισχύος υπό διάφορες συνθήκες οδήγησης και να μειώσει τη διαταραχή της ροπής εξόδου του κινητήρα που προκαλείται από την ανώμαλη επιφάνεια του δρόμου για να βοηθήσει το σύστημα στη δράση της συσκευής μετάδοσης. Βελτιώστε τα χαρακτηριστικά διεύθυνσης του αυτοκινήτου και βελτιώστε την ενεργό ασφάλεια του αυτοκινήτου. χωρίς το υδραυλικό κύκλωμα, η ρύθμιση και η ανίχνευση είναι ευκολότερες, ο βαθμός αυτοματισμού συναρμολόγησης είναι υψηλότερος και μπορεί να συνδυαστεί γρήγορα με διαφορετικά μοντέλα ρυθμίζοντας διαφορετικά προγράμματα, συντομεύοντας τον κύκλο παραγωγής και ανάπτυξης. όχι Υπάρχει πρόβλημα διαρροής πετρελαίου και μείωσης της ρύπανσης στο περιβάλλον.
Το σύστημα EPS είναι μια τάση ανάπτυξης του μελλοντικού συστήματος υδραυλικού τιμονιού.
Διάγραμμα δομής EPS
Σχήμα 1 Διάγραμμα δομής EPS
Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, το EPS αποτελείται κυρίως από έναν αισθητήρα ροπής, έναν αισθητήρα ταχύτητας οχήματος, έναν ηλεκτροκινητήρα, έναν μηχανισμό επιβράδυνσης και μια ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU). Ο αισθητήρας ανιχνεύει το μέγεθος και την κατεύθυνση της ροπής ή της γωνίας που παράγεται από το τιμόνι κατά τη λειτουργία του τιμονιού του οδηγού και μετατρέπει τις απαιτούμενες πληροφορίες σε ψηφιακά σήματα και τις εισάγει στη μονάδα ελέγχου. Τέλος, η εντολή εκδίδεται για την οδήγηση του κινητήρα στη λειτουργία και η ροπή εξόδου του κινητήρα υποβοηθείται από τη δράση της συσκευής μετάδοσης. Επομένως, ο αισθητήρας ροπής είναι ένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα στο σύστημα EPS. Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων ροπής, κυρίως συμπεριλαμβανομένων των αισθητήρων ροπής ποτενσιόμετρου, των αισθητήρων ροπής μετρητή τάσης μεταλλικής αντίστασης, των αισθητήρων ροπής χωρίς επαφή κ.λπ. Με την πρόοδο της τεχνολογίας, θα υπάρχουν αισθητήρες με μεγαλύτερη ακρίβεια και χαμηλότερο κόστος.
2. Αισθητήρας ροπής ποτενσιόμετρου
Οι αισθητήρες ροπής ποτενσιόμετρου μπορούν να χωριστούν κυρίως σε τύπο σπειροειδούς βραχίονα, τύπο πλανητικού γραναζιού διπλού σταδίου και τύπο ράβδου στρέψης. Μεταξύ αυτών, η μέτρηση της ράβδου στρέψης έχει απλή δομή και σχετικά υψηλή αξιοπιστία και χρησιμοποιήθηκε ευρέως στις πρώτες μέρες.
2.1 Δομή και αρχή του αισθητήρα ροπής ράβδου στρέψης στο EPS
Ο αισθητήρας ροπής ράβδου στρέψης αποτελείται κυρίως από ένα ελατήριο ράβδου στρέψης, έναν μετατροπέα μετατόπισης γωνίας και ένα ποτενσιόμετρο. Η κύρια λειτουργία του ελατηρίου ράβδου στρέψης είναι να ανιχνεύσει τη ροπή που ο οδηγός ενεργεί στο τιμόνι και να τη μετατρέψει στην αντίστοιχη γωνία περιστροφής. Ο μετατροπέας μετατόπισης γωνίας περιστροφής είναι ένα ζεύγος ελικοειδών μηχανισμών, οι οποίοι μετατρέπουν τη σχετική γωνία περιστροφής των δύο άκρων του ελατηρίου ράβδου στρέψης στην αξονική μετατόπιση του συρόμενου μανικιού, το οποίο αποτελείται από μια άκαμπτη σφαίρα, μια σπειροειδή αυλάκωση και ένα ρυθμιστικό. Το ρυθμιστικό μπορεί να κινηθεί σε ελικοειδή κατεύθυνση σε σχέση με τον άξονα εισόδου, ενώ το ρυθμιστικό είναι τοποθετημένο στον άξονα εξόδου μέσω ενός πείρου και μπορεί να κινηθεί σε κατακόρυφη κατεύθυνση σε σχέση με τον άξονα εξόδου. Επομένως, όταν ο άξονας εισόδου περιστρέφεται σε σχέση με τον άξονα εξόδου, ο ολισθητήρας κινείται κατακόρυφα σύμφωνα με την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα εισόδου και την ποσότητα περιστροφής σε σχέση με τον άξονα εξόδου. Όταν το τιμόνι περιστρέφεται, η ροπή μεταδίδεται στη ράβδο στρέψης και η κατεύθυνση του άξονα εισόδου σε σχέση με τον άξονα εξόδου αποκλίνει. Η απόκλιση είναι η κίνηση του ολισθητήρα, η κίνηση αυτών των κατευθύνσεων άξονα μετατρέπεται στη γωνία περιστροφής του μοχλού του ποτενσιόμετρου, η κίνηση της ολισθαίνουσας επαφής στη γραμμή αντίστασης κάνει την τιμή αντίστασης του ποτενσιόμετρου να αλλάζει ανάλογα και η αλλαγή της αντίστασης μετατρέπεται σε τάση μέσω του ποτενσιόμετρου . Με αυτόν τον τρόπο, το σήμα ροπής μετατρέπεται σε σήμα τάσης.
2.2 Σχεδιασμός του αισθητήρα ροπής ράβδου στρέψης
Η ράβδος στρέψης αποτελεί σημαντικό μέρος ολόκληρου του αισθητήρα ροπής ράβδου στρέψης, οπότε το κλειδί για το σχεδιασμό του αισθητήρα ροπής ράβδου στρέψης είναι ο σχεδιασμός της ράβδου στρέψης. Η ράβδος στρέψης συνδέεται με τον άξονα του τιμονιού μέσω ενός λεπτού οδοντωτού υποστροφικού spline και το άλλο άκρο συνδέεται με τον άξονα εξόδου του τιμονιού μέσω ενός ακτινικού πείρου (διάμετρος D). Η βασική δομή παρουσιάζεται στο σχήμα 2.
Δομή ράβδου στρέψης κυλινδρικού τμήματος
Σχήμα 2 Διάγραμμα δομής κυλινδρικής ράβδου στρέψης διατομής
Εξωτερική διάμετρος της δομής του άκρου της ράβδου στρέψης οδοντωτής υποστροφής spline
d0=(1.15~1.25)d, μήκος L=(0.5~0.7)d, προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική συγκέντρωση τάσης, όταν χρησιμοποιείτε υπερβολικό φιλέτο, την ακτίνα R=(3~5)d, το πραγματικό μήκος της ράβδου στρέψης είναι l , d είναι η διάμετρος του πραγματικού μήκους της ράβδου στρέψης.
Η στρεπτική ακαμψία k της ράβδου στρέψης είναι μια σημαντική φυσική ποσότητα της ράβδου στρέψης, η οποία μπορεί να υπολογιστεί με αναφορά στον ακόλουθο τύπο.
Όταν υποβάλλεται σε ροπή Τ, η στρεπτική του τάση διάτμησης τ και η γωνία παραμόρφωσης φ είναι αντίστοιχα:
Η στρεπτική ακαμψία του είναι:
Όπου d-ράβδος στρέψης διάμετρος, πραγματικό μήκος, ip ροπή αδράνειας, συντελεστής στρεπτικής τομής Zi
Το σχήμα 3 δείχνει την καμπύλη δοκιμής μιας ράβδου στρέψης αισθητήρα ροπής και η κλίση της καμπύλης είναι η στρεπτική ακαμψία k.
Ο αισθητήρας ροπής ράβδου στρέψης χρησιμοποιήθηκε ευρέως στο πρώιμο EPS, αλλά επειδή είναι τύπος επαφής, η τριβή που δημιουργείται κατά τη λειτουργία καθιστά εύκολη τη φθορά και επηρεάζει την ακρίβειά του και θα καταργηθεί σταδιακά.
3. Αισθητήρας ροπής του μετρητή τάσης αντίστασης μετάλλων
Η μέτρηση ροπής του αισθητήρα υιοθετεί την ηλεκτρική τεχνολογία μέτρησης παραμόρφωσης. Μια γέφυρα μέτρησης σχηματίζεται με την επικόλληση ενός μετρητή τάσης στον ελαστικό άξονα. Όταν ο ελαστικός άξονας παραμορφώνεται ελαφρώς από τη ροπή, η τιμή αντίστασης της γέφυρας θα αλλάξει και η αλλαγή της αντίστασης της γέφυρας τάσης θα μετατραπεί στην αλλαγή του ηλεκτρικού σήματος για την πραγματοποίηση της μέτρησης ροπής. Ο αισθητήρας ολοκληρώνει την ακόλουθη μετατροπή πληροφοριών:
Ο αισθητήρας αποτελείται από ελαστικό άξονα, γέφυρα μέτρησης, ενισχυτή οργάνων και κύκλωμα διεπαφής. Ο ελαστικός άξονας είναι ένα ευαίσθητο στοιχείο, το οποίο δημιουργεί μέγιστη συμπιεστική τάση και τάση εφελκυσμού στις κατευθύνσεις των 45 μοιρών και 135 μοιρών. Αυτή τη στιγμή, το κύριο άγχος και το διατμητικό στρες είναι ίσα. Ο τύπος υπολογισμού είναι:
όπου τ-κύρια πίεση, ίση με σ αυτή τη στιγμή
Wp-pole moment του τμήματος άξονα
Η γέφυρα μέτρησης μπορεί να χρησιμοποιήσει μετρητές τάσης αντίστασης ημιαγωγών και να τους συνδέσει για να σχηματίσει μια διαφορική πλήρη γέφυρα, της οποίας η τάση εξόδου είναι ανάλογη με τη ροπή που λαμβάνεται από τον άξονα στρέψης. Η αντίσταση του μετρητή τάσης R1 = R2 = R3 = R4 = R0, μπορεί να ληφθεί ο ακόλουθος τύπος:
Ο ελαστικός συντελεστής του υλικού του άξονα Ε
u - τάση τροφοδοσίας της γέφυρας
S - Συντελεστής ευαισθησίας του μετρητή τάσης αντίστασης
Το ενισχυτικό κύκλωμα υιοθετεί το κύκλωμα ενίσχυσης για όργανα, το οποίο αποτελείται από ενισχυτικά κυκλώματα για ειδικά όργανα και αποτελείται επίσης από τρία κυκλώματα ενός op-amp. Ο συντελεστής ενίσχυσης είναι Κ και η ενισχυμένη τάση V είναι:
Για να υπάρχει υψηλή ακρίβεια μαζί, ο συντελεστής ευαισθησίας πρέπει να γίνει σταθερός.
Στον αισθητήρα ροπής του μετρητή τάσης αντίστασης μετάλλων, το τεχνικό κλειδί που πρέπει να λυθεί είναι:
(1) Η περιοχή εργασίας του ελαστικού άξονα δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το 1/3 της ελαστικής περιοχής και να παίρνει το αρχικό τμήμα. Για να ελαχιστοποιήσετε το σφάλμα υστέρησης, επιλέξτε τη μεγαλύτερη διάμετρο άξονα σύμφωνα με τον δείκτη χωρητικότητας υπερφόρτωσης.
(2) Χρησιμοποιείται μετρητής τάσης πλήρους γέφυρας ευαίσθητου στη δύναμη διάχυσης πυριτίου τύπου LM, ο οποίος έχει καλύτερη ευαισθησία και μικρή μη γραμμικότητα.
(3), τη χρήση ρυθμιζόμενης ισχύος υψηλής ακρίβειας.
4. Αισθητήρας ροπής χωρίς επαφή
Αισθητήρας ροπής χωρίς επαφή
Το Σχήμα 4 δείχνει μια τυπική δομή ενός αισθητήρα ροπής χωρίς επαφή. Ο άξονας εισόδου και ο άξονας εξόδου συνδέονται με μια ράβδο στρέψης, ο άξονας εισόδου έχει splines και ο άξονας εξόδου έχει μια κλειδοθήκη. Όταν η ράβδος στρέψης περιστρέφεται από την περιστροφική ροπή του τιμονιού, αλλάζει η σχετική θέση μεταξύ των splines στον άξονα εισόδου και του keyway στον άξονα εξόδου. Η σχετική αλλαγή μετατόπισης του spline και του keyway είναι ίση με τη στρέψη της ράβδου στρέψης, έτσι ώστε η ένταση μαγνητικής επαγωγής στο spline να αλλάζει και η αλλαγή της έντασης μαγνητικής επαγωγής μετατρέπεται σε σήμα τάσης μέσω του πηνίου. Το τμήμα υψηλής συχνότητας του σήματος φιλτράρεται από το κύκλωμα ανίχνευσης και ενισχύεται μόνο το τμήμα σήματος ροπής. Λόγω της μεθόδου εργασίας χωρίς επαφή, ο αισθητήρας ροπής χωρίς επαφή έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, υψηλή αξιοπιστία, δεν είναι ευαίσθητος στη φθορά, έχει μικρότερη καθυστέρηση και επηρεάζεται λιγότερο από την εκτροπή του άξονα και την αξονική μετατόπιση. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως τώρα. Στα αυτοκίνητα και τα ελαφρά οχήματα, είναι το κύριο προϊόν των αισθητήρων EPS.
5. Άλλοι αισθητήρες ροπής
Το Σχήμα 5 δείχνει τη δομή και την αρχή μέτρησης ενός αισθητήρα ροπής που ανιχνεύει τη ροπή με ανίχνευση διαφοράς φάσης. Αυτός ο αισθητήρας έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας και της υψηλής επαναληψιμότητας. Η αρχή μέτρησης έχει ως εξής: τοποθετήστε ένα γρανάζι σε κάθε άκρο του άξονα στρέψης και εγκαταστήστε έναν ηλεκτρομαγνητικό αισθητήρα απέναντι από την επιφάνεια του δοντιού και μπορούν να προκληθούν δύο σήματα AC χωρίς επαφή με τον άξονα ισχύος από τον αισθητήρα. Αφαιρέστε τη διαφορά φάσης του σήματός του και εισαγάγετε ένα σήμα ρολογιού υψηλής ακρίβειας, υψηλής σταθερότητας που παράγεται από έναν ταλαντωτή κρυστάλλου μεταξύ των διαφορών δύο φάσεων. Με βάση αυτό το σήμα ρολογιού, η εφαρμοζόμενη ροπή μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια με έξυπνη χρήση τεχνολογίας ψηφιακής επεξεργασίας σήματος.
Το διάγραμμα δομής και αρχής μέτρησης του αισθητήρα ροπής που ανιχνεύει τη ροπή με τη μέθοδο ανίχνευσης διαφοράς φάσης
6. Η τάση ανάπτυξης του αισθητήρα ροπής EPS
Με τη συνεχή βελτίωση και ανάπτυξη του συστήματος EPS, προτείνονται υψηλότερες απαιτήσεις για την ακρίβεια, την αξιοπιστία και την ταχύτητα απόκρισης του αισθητήρα ροπής. Οι αισθητήρες ροπής EPS δείχνουν τις ακόλουθες τάσεις ανάπτυξης:
(1) Το σύστημα δοκιμών αναπτύσσεται προς τη σμίκρυνση! Ψηφιοποίηση, ευφυΐα, εικονικοποίηση και δικτύωση.
(2) Ανάπτυξη από μία μόνο λειτουργία σε πολλαπλές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της αυτο-αποζημίωσης, της αυτοδιόρθωσης, της αυτοπροσαρμογής, της αυτοδιάγνωσης, της απομακρυσμένης ρύθμισης, του συνδυασμού καταστάσεων, της αποθήκευσης πληροφοριών και της μνήμης.
(3) Ανάπτυξη προς την κατεύθυνση της σμίκρυνσης και της ολοκλήρωσης. Το τμήμα ανίχνευσης του αισθητήρα μπορεί να σμικρυνθεί μέσω ορθολογικού σχεδιασμού και βελτιστοποίησης της δομής και το τμήμα IC μπορεί να ενσωματώσει όσο το δυνατόν περισσότερα εξαρτήματα ημιαγωγών και αντιστάσεις σε ένα μόνο συστατικό IC, μειώνοντας τον αριθμό των εξωτερικών εξαρτημάτων.
(4) Ανάπτυξη από στατικές δοκιμές έως δυναμικές διαδικτυακές δοκιμές.
