Što je EPS
1. Pregled
Sustav električnog servoupravljača EPS (električni servoupravljač) je sustav servoupravljača koji se izravno oslanja na motor za pružanje pomoćnog momenta. U usporedbi s tradicionalnim hidrauličkim servoupravljačkim sustavom HPS (hidraulični servoupravljač), EPS sustav ima mnoge prednosti: samo kada je potrebno upravljanje Samo kada je motor pokrenut da proizvodi snagu, može smanjiti potrošnju goriva motora; može pružiti najbolju pomoć u snazi u različitim uvjetima vožnje i smanjiti poremećaj izlaznog momenta motora uzrokovan neravnom površinom ceste kako bi pomogao sustavu djelovanjem uređaja za prijenos. Poboljšati karakteristike upravljanja automobilom i poboljšati aktivnu sigurnost automobila; bez hidrauličkog kruga, prilagodba i detekcija su lakši, stupanj automatizacije montaže je viši i može se brzo uskladiti s različitim modelima postavljanjem različitih programa, skraćivanjem proizvodnog i razvojnog ciklusa; ne Postoji problem istjecanja ulja i smanjenje zagađenja okoliša.
EPS sustav je trend razvoja budućeg sustava servo upravljanja.
Dijagram strukture EPS-a
Slika 1 Dijagram strukture EPS-a
Kao što je prikazano na slici 1, EPS se uglavnom sastoji od senzora zakretnog momenta, senzora brzine vozila, elektromotora, mehanizma za usporavanje i elektroničke upravljačke jedinice (ECU). Senzor detektira veličinu i smjer okretnog momenta ili kuta koji generira kolo upravljača tijekom vozačevog upravljanja, te pretvara potrebne informacije u digitalne signale i šalje ih u upravljačku jedinicu. Na kraju se izdaje naredba za pokretanje motora, a izlazni moment motora potpomognut je djelovanjem uređaja za prijenos. Stoga je senzor zakretnog momenta jedna od najvažnijih komponenti u EPS sustavu. Postoje mnoge vrste senzora zakretnog momenta, uključujući potenciometarske senzore zakretnog momenta, senzore zakretnog momenta s mjeračem otpora metala, beskontaktne senzore zakretnog momenta itd. S napretkom tehnologije, postojat će senzori s većom preciznošću i nižom cijenom.
2. Senzor momenta potenciometra
Potenciometarski senzori zakretnog momenta uglavnom se mogu podijeliti na tip spiralne ruke, dvostupanjski planetarni zupčanik i tip torzijske poluge. Među njima, mjerenje torzijske šipke ima jednostavnu strukturu i relativno visoku pouzdanost, te je u ranim danima bilo široko korišteno.
2.1 Struktura i princip senzora zakretnog momenta torzijske šipke u EPS-u
Senzor momenta torzijske šipke uglavnom se sastoji od opruge torzijske šipke, pretvarača kuta i pomaka i potenciometra. Glavna funkcija torzione opruge je detektirati okretni moment kojim vozač djeluje na kolo upravljača i pretvoriti ga u odgovarajući kut zakretanja. Pretvarač kuta rotacije i pomaka je par spiralnih mehanizama koji pretvaraju relativni kut rotacije dvaju krajeva torzijske opruge u aksijalni pomak kliznog rukavca koji se sastoji od krute kuglice, spiralnog utora i klizač. Klizač se može pomicati u spiralnom smjeru u odnosu na ulazno vratilo, dok je klizač pričvršćen na izlazno vratilo pomoću zatika i može se pomicati u okomitom smjeru u odnosu na izlazno vratilo. Stoga, kada se ulazna osovina okreće u odnosu na izlaznu osovinu, klizač se pomiče okomito u skladu sa smjerom rotacije ulazne osovine i količinom rotacije u odnosu na izlaznu osovinu. Kada se kolo upravljača okrene, okretni moment se prenosi na torzionu šipku, a smjer ulaznog vratila u odnosu na izlazno vratilo se odstupa. Odstupanje je pomicanje klizača, pomicanje ovih smjerova osi pretvara se u kut zakretanja poluge potenciometra, pomicanje kliznog kontakta na liniji otpora uzrokuje odgovarajuću promjenu vrijednosti otpora potenciometra, a promjena otpor se potenciometrom pretvara u napon. Na taj način se signal zakretnog momenta pretvara u signal napona.
2.2 Dizajn senzora momenta torzijske poluge
Torzijska poluga važan je dio cijelog senzora zakretnog momenta torzijske šipke, tako da je ključ dizajna senzora zakretnog momenta torzijske šipke dizajn torzijske poluge. Torziona poluga povezana je s osovinom kola upravljača preko evolventnog klina s finim zubima, a drugi kraj je povezan s izlaznom osovinom upravljača preko radijalnog klina (promjer D). Osnovna struktura prikazana je na slici 2.
Konstrukcija torzijske šipke cilindričnog presjeka
Slika 2 Dijagram konstrukcije torzijske šipke cilindričnog presjeka
Vanjski promjer krajnje strukture nazubljenog evolventnog klina torzijske šipke
d{{0}}(1.15~1.25)d, duljina L=(0.5~0.7)d, kako bi se izbjegla prekomjerna koncentracija naprezanja, kada se koristi prekomjerni filet, radijus R=(3~5)d, efektivna duljina torzijske šipke je l, d je promjer efektivne duljine torzijske šipke.
Torzijska krutost k torzijske šipke važna je fizikalna veličina torzijske šipke, koja se može izračunati prema sljedećoj formuli.
Kada je podvrgnut zakretnom momentu T, njegovo torzijsko posmično naprezanje τ i kut deformacije φ su redom:
Njegova torzijska krutost je:
Gdje je d-promjer torzijske šipke, efektivna duljina, Ip moment tromosti, Zi koeficijent torzijskog presjeka
Slika 3 prikazuje ispitnu krivulju torzijske poluge senzora zakretnog momenta, a nagib krivulje je torzijska krutost k.
Senzor zakretnog momenta torzijske šipke naširoko je korišten u ranom EPS-u, ali budući da je kontaktni tip, trenje koje nastaje tijekom rada olakšava ga trošenje i utječe na njegovu točnost, te će se postupno ukinuti.
3. Senzor zakretnog momenta mjerača otpora metala
Mjerenje momenta senzora koristi tehnologiju električnog mjerenja naprezanja. Mjerni most se formira lijepljenjem mjerača naprezanja na elastičnu osovinu. Kada se elastična osovina lagano deformira zakretnim momentom, vrijednost otpora mosta će se promijeniti, a promjena otpora zateznog mosta će se pretvoriti u promjenu električnog signala da bi se ostvarilo mjerenje zakretnog momenta. Senzor dovršava sljedeću konverziju informacija:
Senzor se sastoji od elastične osovine, mjernog mosta, instrumentalnog pojačala i sklopa sučelja. Elastična os je osjetljiv element, koji stvara maksimalno tlačno i vlačno naprezanje u smjerovima od 45 stupnjeva i 135 stupnjeva. U ovom su trenutku glavno naprezanje i posmično naprezanje jednaki. Formula za izračun je:
gdje je τ — glavno naprezanje, jednako σ u ovom trenutku
Wp—polni moment presjeka vratila
Mjerni most može koristiti poluvodičke mjerače otpora i povezati ih u diferencijalni puni most, čiji je izlazni napon proporcionalan zakretnom momentu koji prima torzijska osovina. Otpor mjerača naprezanja R{{0}}R2=R3=R4=R0, može se dobiti sljedeća formula:
Modul elastičnosti materijala E-osi
u - napon napajanja mosta
S - Koeficijent osjetljivosti otpornog tenzometra
Krug pojačala usvaja krug pojačala za instrumente, koji se sastoji od krugova pojačala za specijalne instrumente, a također se sastoji od tri pojedinačna kruga operacijskog pojačala. Faktor pojačanja je K, a pojačani napon V je:
Kako bi zajedno imali visoku točnost, koeficijent osjetljivosti mora biti konstantan.
U senzoru zakretnog momenta metalnog mjerača otpora, tehnički ključ koji treba riješiti je:
(1) Radna površina elastične osovine ne smije biti veća od 1/3 elastične površine, a uzmite početni segment. Kako biste minimizirali pogrešku histereze, odaberite najveći promjer osovine prema indeksu kapaciteta preopterećenja.
(2) Koristi se silikonski difuzijski deformacijski mjerač s punim mostom osjetljiv na silu tipa LM, koji ima bolju osjetljivost i malu nelinearnost.
(3), korištenje visoke preciznosti regulirano napajanje.
4. Beskontaktni senzor momenta
Beskontaktni senzor momenta
Slika 4 prikazuje tipičnu strukturu beskontaktnog senzora momenta. Ulazno i izlazno vratilo spojeni su torzijskom polugom, ulazno vratilo ima klinove, a izlazno vratilo ima utor za klin. Kada se torzijska poluga zakrene rotacijskim momentom kola upravljača, mijenja se relativni položaj između klinova na ulaznom vratilu i utora za klin na izlaznom vratilu. Relativna promjena pomaka klina i utora za klin jednaka je torziji torzijske šipke, tako da se intenzitet magnetske indukcije na klinu mijenja, a promjena intenziteta magnetske indukcije pretvara se u naponski signal kroz zavojnicu. Visokofrekventni dio signala filtrira krug detekcije i samo se dio signala zakretnog momenta pojačava. Zbog beskontaktne metode rada, beskontaktni senzor zakretnog momenta ima dug životni vijek, visoku pouzdanost, nije osjetljiv na habanje, ima manje kašnjenja i manje je pod utjecajem otklona osovine i aksijalnog pomaka. Sada je naširoko korišten. U automobilima i lakim vozilima, to je glavni proizvod EPS senzora.
5. Ostali senzori momenta
Slika 5 prikazuje strukturu i princip mjerenja senzora zakretnog momenta koji detektira zakretni moment senzorom fazne razlike. Ovaj senzor ima karakteristike visoke preciznosti i velike ponovljivosti. Princip mjerenja je sljedeći: ugradite zupčanik na svaki kraj torzione osovine i postavite elektromagnetski senzor nasuprot površine zuba, a dva beskontaktna izmjenična signala s pogonskom osovinom mogu se inducirati iz senzora. Izvadite faznu razliku njegovog signala i umetnite visoko precizan, visoko stabilan taktni signal koji generira kristalni oscilator između dvije fazne razlike. Na temelju tog signala sata, primijenjeni okretni moment može se točno izmjeriti pametnom upotrebom tehnologije digitalne obrade signala.
Dijagram strukture i načela mjerenja senzora zakretnog momenta koji detektira zakretni moment metodom očitavanja fazne razlike
6. Trend razvoja EPS senzora momenta
Uz stalno poboljšanje i razvoj EPS sustava, postavljaju se sve veći zahtjevi za točnost, pouzdanost i brzinu odziva senzora momenta. EPS senzori zakretnog momenta pokazuju sljedeće trendove razvoja:
(1) Testni sustav se razvija prema minijaturizaciji! Digitalizacija, inteligencija, virtualizacija i umrežavanje;
(2) Razvoj od pojedinačne funkcije do višenamjenske, uključujući samokompenzaciju, samoispravljanje, samoprilagodbu, samodijagnostiku, daljinsko podešavanje, kombinaciju stanja, pohranjivanje informacija i pamćenje;
(3) Razvijati se prema minijaturizaciji i integraciji. Detekcijski dio senzora može se minijaturizirati racionalnim dizajnom i optimizacijom strukture, a IC dio može integrirati što više poluvodičkih komponenti i otpornika u jednu IC komponentu, smanjujući broj vanjskih komponenti.
(4) Razvijte se od statičkog testiranja do dinamičkog online testiranja.
