Was ist EPS
1. Übersicht
Das elektrische Servolenkungssystem EPS (Electric Power Steering) ist ein Servolenkungssystem, das direkt auf den Motor angewiesen ist, um ein Hilfsdrehmoment bereitzustellen. Verglichen mit der herkömmlichen hydraulischen Servolenkung HPS (Hydraulic Power Steering) hat das EPS-System viele Vorteile: Nur wenn Lenken erforderlich ist Nur wenn der Motor gestartet wird, um Strom zu erzeugen, kann es den Kraftstoffverbrauch des Motors reduzieren; es kann unter verschiedenen Fahrbedingungen die beste Leistungsunterstützung bereitstellen und die durch die unebene Straßenoberfläche verursachte Störung des Ausgangsdrehmoments des Motors reduzieren, um das System durch die Wirkung der Übertragungsvorrichtung zu unterstützen. Verbessern Sie die Lenkeigenschaften des Autos und verbessern Sie die aktive Sicherheit des Autos; Ohne den Hydraulikkreis sind die Einstellung und Erkennung einfacher, der Montageautomatisierungsgrad ist höher und kann schnell an verschiedene Modelle angepasst werden, indem verschiedene Programme eingestellt werden, wodurch der Produktions- und Entwicklungszyklus verkürzt wird. nein Es besteht ein Problem der Ölleckage und die Umweltverschmutzung wird verringert.
Das EPS-System ist ein Entwicklungstrend zukünftiger Servolenkungen.
EPS-Strukturdiagramm
Abbildung 1 EPS-Strukturdiagramm
Wie in Bild 1 gezeigt, besteht das EPS hauptsächlich aus einem Drehmomentsensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Elektromotor, einem Verzögerungsmechanismus und einer elektronischen Steuereinheit (ECU). Der Sensor erfasst die Größe und Richtung des Drehmoments oder des Winkels, der durch das Lenkrad während der Lenkbetätigung des Fahrers erzeugt wird, und wandelt die erforderlichen Informationen in digitale Signale um und gibt sie in die Steuereinheit ein. Schließlich wird der Befehl ausgegeben, den Motor zum Arbeiten anzutreiben, und das Ausgangsdrehmoment des Motors wird durch die Wirkung der Übertragungsvorrichtung unterstützt. Daher ist der Drehmomentsensor eine der wichtigsten Komponenten im EPS-System. Es gibt viele Arten von Drehmomentsensoren, darunter hauptsächlich Potentiometer-Drehmomentsensoren, Metall-Dehnungsmessstreifen-Drehmomentsensoren, berührungslose Drehmomentsensoren usw. Mit dem technologischen Fortschritt wird es Sensoren mit höherer Genauigkeit und geringeren Kosten geben.
2. Potentiometer-Drehmomentsensor
Potentiometer-Drehmomentsensoren können hauptsächlich in Spiralarmtypen, zweistufige Planetengetriebetypen und Torsionsstabtypen unterteilt werden. Unter ihnen hat die Torsionsstabmessung einen einfachen Aufbau und eine relativ hohe Zuverlässigkeit und war in den frühen Tagen weit verbreitet.
2.1 Aufbau und Prinzip des Torsionsstab-Drehmomentsensors in EPS
Der Drehstab-Drehmomentsensor besteht im Wesentlichen aus einer Drehstabfeder, einem Winkel-Weg-Wandler und einem Potentiometer. Die Hauptfunktion der Drehstabfeder besteht darin, das Drehmoment, das der Fahrer auf das Lenkrad ausübt, zu erfassen und in den entsprechenden Drehwinkel umzuwandeln. Der Drehwinkel-Verschiebungswandler ist ein Paar Schraubenmechanismen, die den relativen Drehwinkel der beiden Enden der Torsionsstabfeder in die axiale Verschiebung der Gleithülse umwandeln, die aus einer starren Kugel, einer Spiralnut und einem zusammengesetzt ist Schieberegler. Der Schieber kann sich in einer spiralförmigen Richtung relativ zu der Eingangswelle bewegen, während der Schieber auf der Ausgangswelle durch einen Stift montiert ist und sich in einer vertikalen Richtung relativ zu der Ausgangswelle bewegen kann. Wenn sich die Eingangswelle relativ zur Ausgangswelle dreht, bewegt sich daher der Schieber vertikal gemäß der Drehrichtung der Eingangswelle und dem Drehbetrag relativ zur Ausgangswelle. Wenn das Lenkrad gedreht wird, wird das Drehmoment auf den Torsionsstab übertragen und die Richtung der Eingangswelle relativ zur Ausgangswelle wird verändert. Die Abweichung ist die Bewegung des Schiebers, die Bewegung dieser Achsenrichtungen wird in den Hebeldrehwinkel des Potentiometers umgewandelt, die Bewegung des Schleifkontakts auf der Widerstandslinie bewirkt, dass sich der Widerstandswert des Potentiometers entsprechend ändert, und die Änderung von Widerstand wird über das Potentiometer in Spannung umgewandelt. Auf diese Weise wird das Drehmomentsignal in ein Spannungssignal umgewandelt.
2.2 Aufbau des Torsionsstab-Drehmomentsensors
Der Torsionsstab ist ein wichtiger Teil des gesamten Torsionsstab-Drehmomentsensors, daher ist der Schlüssel zum Design des Torsionsstab-Drehmomentsensors das Design des Torsionsstabs. Der Torsionsstab ist über eine feinverzahnte Evolventenverzahnung mit der Lenkradwelle und das andere Ende über einen Radialstift (Durchmesser D) mit der Lenkausgangswelle verbunden. Die Grundstruktur ist in Abbildung 2 dargestellt.
Torsionsstabstruktur mit zylindrischem Querschnitt
Abbildung 2 Strukturdiagramm des Torsionsstabs mit zylindrischem Querschnitt
Außendurchmesser der Endstruktur des gezahnten Evolventenkeils des Torsionsstabs
d{{0}}(1,15~1,25)d, Länge L=(0,5~0,7)d, um übermäßige Spannungskonzentration zu vermeiden, wenn übermäßige Verrundung verwendet wird, der Radius R=(3~5)d, die effektive Länge des Torsionsstabs ist l , d ist der Durchmesser der effektiven Länge des Torsionsstabs.
Die Torsionssteifigkeit k des Torsionsstabes ist eine wichtige physikalische Größe des Torsionsstabes, die anhand der folgenden Formel berechnet werden kann.
Wenn es dem Drehmoment T ausgesetzt wird, sind seine Torsionsschubspannung τ und sein Verformungswinkel φ jeweils:
Seine Torsionssteifigkeit beträgt:
Wobei d-Torsionsstabdurchmesser, effektive Länge, Ip Trägheitsmoment, Zi Torsionsquerschnittsbeiwert
Abbildung 3 zeigt die Testkurve eines Drehmomentsensor-Torsionsstabs, und die Steigung der Kurve ist die Torsionssteifigkeit k.
Der Torsionsstab-Drehmomentsensor war in den frühen EPS weit verbreitet, aber da es sich um einen Kontakttyp handelt, erleichtert die während des Betriebs erzeugte Reibung den Verschleiß und beeinträchtigt seine Genauigkeit und wird auslaufen.
3. Drehmomentsensor aus Metall-Dehnungsmessstreifen
Die Sensor-Drehmomentmessung verwendet elektrische Dehnungsmesstechnik. Durch Aufkleben eines Dehnungsmessstreifens auf die elastische Welle wird eine Messbrücke gebildet. Wenn die elastische Welle durch das Drehmoment leicht verformt wird, ändert sich der Widerstandswert der Brücke, und die Änderung des Widerstands der Dehnungsbrücke wird in die Änderung des elektrischen Signals umgewandelt, um die Drehmomentmessung zu realisieren. Der Sensor führt die folgende Informationsumwandlung durch:
Der Sensor besteht aus elastischer Welle, Messbrücke, Messverstärker und Schnittstellenschaltung. Die elastische Achse ist ein sensibles Element, das maximale Druckspannungen und Zugspannungen in den Richtungen 45 Grad und 135 Grad erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Hauptspannung und die Schubspannung gleich. Die Berechnungsformel lautet:
wobei τ – Hauptspannung, gleich σ zu diesem Zeitpunkt
Wp – Polmoment des Wellenabschnitts
Die Messbrücke kann Halbleiter-Dehnungsmessstreifen verwenden und diese zu einer differentiellen Vollbrücke schalten, deren Ausgangsspannung proportional zu dem von der Torsionswelle aufgenommenen Drehmoment ist. Für den Widerstand des Dehnungsmessstreifens R{{0}}R2=R3=R4=R0 ergibt sich folgende Formel:
Der Elastizitätsmodul des E-Achsen-Materials
u - Versorgungsspannung der Brücke
S - Empfindlichkeitskoeffizient des Dehnungsmessstreifens
Die Verstärkerschaltung übernimmt die Verstärkerschaltung für Instrumente, die aus Verstärkerschaltungen für spezielle Instrumente besteht, und besteht auch aus drei einzelnen Operationsverstärkerschaltungen. Der Verstärkungsfaktor ist K und die verstärkte Spannung V ist:
Um zusammen eine hohe Genauigkeit zu haben, muss der Empfindlichkeitskoeffizient konstant gemacht werden.
Im Drehmomentsensor des Metall-Dehnungsmessstreifens ist der zu lösende technische Schlüssel:
(1) Der Arbeitsbereich des elastischen Schafts sollte nicht größer als 1/3 des elastischen Bereichs sein und das Anfangssegment einnehmen. Um den Hysteresefehler zu minimieren, wählen Sie den größten Wellendurchmesser entsprechend dem Überlastfähigkeitsindex.
(2) Es wird ein kraftempfindlicher Siliziumdiffusions-Vollbrücken-Dehnungsmessstreifen vom LM-Typ verwendet, der eine bessere Empfindlichkeit und eine geringe Nichtlinearität aufweist.
(3), die Verwendung von hochpräzisen geregelten Netzteilen.
4. Berührungsloser Drehmomentsensor
Berührungsloser Drehmomentsensor
Abbildung 4 zeigt einen typischen Aufbau eines berührungslosen Drehmomentsensors. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind durch einen Torsionsstab verbunden, die Eingangswelle hat Keile und die Ausgangswelle hat eine Keilnut. Wenn der Torsionsstab durch das Drehmoment des Lenkrads verdreht wird, ändert sich die relative Position zwischen den Keilen auf der Eingangswelle und der Keilnut auf der Ausgangswelle. Die relative Verschiebungsänderung des Keils und der Keilnut ist gleich der Torsion des Torsionsstabs, so dass sich die magnetische Induktionsintensität auf dem Keil ändert und die Änderung der magnetischen Induktionsintensität durch die Spule in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Der Hochfrequenzteil des Signals wird durch die Erfassungsschaltung gefiltert und nur der Drehmomentsignalteil wird verstärkt. Aufgrund der berührungslosen Arbeitsweise hat der berührungslose Drehmomentsensor eine lange Lebensdauer, eine hohe Zuverlässigkeit, ist verschleißunempfindlich, hat eine geringere Verzögerung und wird weniger von der Durchbiegung der Welle und dem axialen Versatz beeinflusst. Es ist jetzt weit verbreitet. In Autos und leichten Fahrzeugen ist es das Hauptprodukt von EPS-Sensoren.
5. Andere Drehmomentsensoren
Abbildung 5 zeigt den Aufbau und das Messprinzip eines Drehmomentsensors, der das Drehmoment durch Phasendifferenzerfassung erfasst. Dieser Sensor zeichnet sich durch hohe Präzision und hohe Wiederholgenauigkeit aus. Das Messprinzip ist wie folgt: Installieren Sie ein Zahnrad an jedem Ende der Torsionswelle und installieren Sie einen elektromagnetischen Sensor gegenüber der Zahnoberfläche, und zwei berührungslose Wechselstromsignale mit der Antriebswelle können vom Sensor induziert werden. Nehmen Sie die Phasendifferenz seines Signals heraus und fügen Sie ein hochpräzises, hochstabiles Taktsignal ein, das von einem Quarzoszillator zwischen den beiden Phasendifferenzen erzeugt wird. Basierend auf diesem Taktsignal kann das aufgebrachte Drehmoment durch den geschickten Einsatz digitaler Signalverarbeitungstechnologie genau gemessen werden.
Das Struktur- und Messprinzipdiagramm des Drehmomentsensors, der das Drehmoment durch das Phasendifferenzerfassungsverfahren erfasst
6. Der Entwicklungstrend des EPS-Drehmomentsensors
Mit der kontinuierlichen Verbesserung und Weiterentwicklung des EPS-Systems werden höhere Anforderungen an die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Ansprechgeschwindigkeit des Drehmomentsensors gestellt. EPS-Drehmomentsensoren zeigen folgende Entwicklungstrends:
(1) Das Testsystem entwickelt sich in Richtung Miniaturisierung! Digitalisierung, Intelligenz, Virtualisierung und Vernetzung;
(2) Entwicklung von Einzelfunktion zu Multifunktion, einschließlich Selbstkompensation, Selbstkorrektur, Selbstanpassung, Selbstdiagnose, Ferneinstellung, Zustandskombination, Informationsspeicherung und -gedächtnis;
(3) Entwicklung in Richtung Miniaturisierung und Integration. Der Erfassungsteil des Sensors kann durch rationales Design und Optimierung der Struktur miniaturisiert werden, und der IC-Teil kann so viele Halbleiterkomponenten und Widerstände wie möglich in einer einzigen IC-Komponente integrieren, wodurch die Anzahl externer Komponenten reduziert wird.
(4) Entwicklung vom statischen Testen zum dynamischen Online-Testen.
