Kas ir EPS
1. Pārskats
Elektriskā stūres pastiprinātāja sistēma EPS (elektriskais stūres pastiprinātājs) ir stūres pastiprinātāja sistēma, kas tieši paļaujas uz motoru, lai nodrošinātu papildu griezes momentu. Salīdzinot ar tradicionālo hidraulisko stūres pastiprinātāja sistēmu HPS (hidraulisko stūres pastiprinātāju), EPS sistēmai ir daudz priekšrocību: tikai tad, ja ir nepieciešama stūrēšana Tikai tad, kad motors sāk ražot enerģiju, tas var samazināt motora degvielas patēriņu; tas var nodrošināt vislabāko jaudas palīdzību dažādos braukšanas apstākļos un samazināt motora izejas griezes momenta traucējumus, ko izraisa nelīdzena ceļa virsma, lai palīdzētu sistēmai, iedarbojoties uz transmisijas ierīci. Uzlabot automašīnas stūrēšanas īpašības un uzlabot automašīnas aktīvo drošību; bez hidrauliskās ķēdes regulēšana un noteikšana ir vieglāka, montāžas automatizācijas pakāpe ir augstāka, un to var ātri saskaņot ar dažādiem modeļiem, nosakot dažādas programmas, saīsinot ražošanas un attīstības ciklu; nē Ir problēma ar naftas noplūdi un samazina piesārņojumu ar vidi.
EPS sistēma ir nākotnes stūres pastiprinātāja sistēmas attīstības tendence.
EPS struktūras diagramma
1. attēls EPS struktūras diagramma
Kā parādīts 1. attēlā, EPS galvenokārt sastāv no griezes momenta sensora, transportlīdzekļa ātruma sensora, elektromotora, palēninājuma mehānisma un elektroniska vadības bloka (ECU). Sensors nosaka griezes momenta lielumu un virzienu vai leņķi, ko stūre rada vadītāja stūra darbības laikā, un pārvērš nepieciešamo informāciju ciparu signālos un ievada tos vadības blokā. Visbeidzot, tiek izsniegta komanda, lai vadītu motoru darbam, un motora izejas griezes momentu palīdz transmisijas ierīces darbība. Tāpēc griezes momenta sensors ir viena no svarīgākajām EPS sistēmas sastāvdaļām. Ir daudz veidu griezes momenta sensori, galvenokārt ieskaitot potenciometra griezes momenta sensorus, metāla pretestības slodzes mērītāja griezes momenta sensorus, bezkontakta griezes momenta sensorus utt. Attīstoties tehnoloģijai, būs sensori ar augstāku precizitāti un zemākām izmaksām.
2. Potenciometra griezes momenta sensors
Potenciometra griezes momenta sensorus galvenokārt var iedalīt spirālveida roku tipā, divpakāpju planētu pārnesumu tipā un vērpes stieņa tipā. Starp tiem vērpes stieņa mērīšanai ir vienkārša struktūra un salīdzinoši augsta uzticamība, un to plaši izmantoja pirmajās dienās.
2.1 Vērpes stieņa griezes momenta sensora struktūra un princips EPS
Vērpes stieņa griezes momenta sensors galvenokārt sastāv no vērpes stieņa atsperes, leņķa pārvietošanas pārveidotāja un potenciometra. Vērpes stieņa atsperes galvenā funkcija ir noteikt griezes momentu, ko vadītājs iedarbojas uz stūres ratu, un pārveidot to par atbilstošo rotācijas leņķi. Rotācijas leņķa pārvietojuma pārveidotājs ir spirālveida mehānismu pāris, kas pārvērš vērpes stieņa atsperes divu galu relatīvo rotācijas leņķi bīdāmās uzmavas aksiālajā pārvietojumā, kas sastāv no stingras bumbas, spirālveida rievas un slīdņa. Slīdnis var pārvietoties spirālveida virzienā attiecībā pret ieejas vārpstu, savukārt slīdnis ir uzstādīts uz izejas vārpstas caur tapu un var pārvietoties vertikālā virzienā attiecībā pret izejas vārpstu. Tāpēc, kad ieejas vārpsta griežas attiecībā pret izejas vārpstu, slīdnis pārvietojas vertikāli atbilstoši ieejas vārpstas rotācijas virzienam un rotācijas daudzumam attiecībā pret izejas vārpstu. Kad stūre ir pagriezta, griezes moments tiek pārnests uz vērpes stieni, un ieejas vārpstas virziens attiecībā pret izejas vārpstu ir novirzīts. Novirze ir slīdņa kustība, šo ass virzienu kustība tiek pārveidota potenciometra sviras rotācijas leņķī, slīdošā kontakta kustība uz pretestības līnijas liek attiecīgi mainīt potenciometra pretestības vērtību, un pretestības maiņa tiek pārveidota par spriegumu caur potencimetru . Tādā veidā griezes momenta signāls tiek pārveidots par sprieguma signālu.
2.2 Vērpes stieņa griezes momenta sensora konstrukcija
Vērpes stienis ir svarīga visa vērpes stieņa griezes momenta sensora sastāvdaļa, tāpēc vērpes stieņa griezes momenta sensora konstrukcijas atslēga ir vērpes stieņa konstrukcija. Vērpes stienis ir savienots ar stūres vārpstas caur smalku zobu involūtu spline, bet otrs gals ir savienots ar stūres izejas vārpstu caur radiālo tapu (diametrs D). Pamatstruktūra parādīta 2. attēlā.
Cilindriska sekcijas vērpes stieņa konstrukcija
2. attēls Cilindriskās sekcijas vērpes stieņa struktūras shēma
Vērpes stieņa gala konstrukcijas ārējais diametrs zobains involute spline
d0=(1,15~1,25)d, garums L=(0,5~0,7)d, lai izvairītos no pārmērīgas sprieguma koncentrācijas, lietojot pārmērīgu fileju, rādiuss R=(3~5)d, vērpes stieņa efektīvais garums ir l , d ir vērpes stieņa efektīvā garuma diametrs.
Vērpes stieņa vērpes stīvums k ir svarīgs vērpes stieņa fiziskais daudzums, ko var aprēķināt, atsaucoties uz šādu formulu.
Kad tas tiek pakļauts griezes momentam T, tā vērpes bīdes spriegums τ un deformācijas leņķis φ ir attiecīgi:
Tās vērpes stīvums ir:
Kur d-vērpes stieņa diametrs, efektīvais garums, Ip inerces moments, Zi vērpes sekcijas koeficients
3. attēlā parādīta griezes momenta sensora vērpes stieņa testa līkne, un līknes slīpums ir vērpes stīvums k.
Vērpes stieņa griezes momenta sensors tika plaši izmantots agrīnajā EPS, taču, tā kā tas ir kontakta veids, darbības laikā radītā berze ļauj to viegli valkāt un ietekmē tā precizitāti, un tā tiks pakāpeniski pārtraukta.
3. Metāla pretestības deformācijas mērītāja griezes momenta sensors
Sensora griezes momenta mērīšanai tiek izmantota slodzes elektriskā mērīšanas tehnoloģija. Mērīšanas tilts tiek veidots, ielīmējot spriedzes mērītāju uz elastīgās vārpstas. Kad elastīgo vārpstu nedaudz deformē griezes moments, tilta pretestības vērtība mainīsies, un spriedzes tilta pretestības maiņa tiks pārveidota par elektriskā signāla maiņu, lai realizētu griezes momenta mērījumu. Sensors pabeidz šādu informācijas konvertēšanu:
Sensors sastāv no elastīgas vārpstas, mērīšanas tilta, instrumentu pastiprinātāja un interfeisa ķēdes. Elastīgā ass ir jutīgs elements, kas rada maksimālu spiedes spriegumu un stiepes spriegumu 45 grādu un 135 grādu virzienos. Šajā laikā galvenais stress un bīdes spriegums ir vienādi. Aprēķina formula ir:
kur τ—galvenais spriegums, kas ir vienāds ar σ šajā laikā
Wp-staba moments vārpstas sekcijā
Mērīšanas tilts var izmantot pusvadītāju pretestības deformācijas mērītājus un savienot tos, lai izveidotu diferenciālu pilnu tiltu, kura izejas spriegums ir proporcionāls griezes momentam, ko saņem vērpes vārpsta. Deformācijas mērītāja R1=R2=R3=R4=R0 pretestība, var iegūt šādu formulu:
E-ass materiāla elastīgais modulis
u - tilta barošanas spriegums
S – pretestības mērierīces jutības koeficients
Pastiprināšanas ķēde pieņem instrumentu pastiprināšanas ķēdi, kas sastāv no pastiprināšanas ķēdēm īpašiem instrumentiem, kā arī sastāv no trim atsevišķām op-amp ķēdēm. Pastiprināšanas koeficients ir K, un pastiprinātais spriegums V ir:
Lai kopā būtu augsta precizitāte, jutības koeficientam jābūt nemainīgam.
Metāla pretestības deformācijas mērītāja griezes momenta sensorā risināmā tehniskā atslēga ir:
(1) Elastīgās vārpstas darba zona nedrīkst būt lielāka par 1/3 no elastīgās zonas un ņemt sākotnējo segmentu. Lai samazinātu histerēzes kļūdu, izvēlieties lielāko vārpstas diametru atbilstoši pārslodzes jaudas indeksam.
(2) Tiek izmantots LM tipa silīcija difūzijas spēka jutīgs pilna tilta spriedzes mērītājs, kam ir labāka jutība un maza nelinearitāte.
3), augstas precizitātes regulētas barošanas avota izmantošana.
4. Bezkontakta griezes momenta sensors
Bezkontakta griezes momenta sensors
4. attēlā parādīta tipiska bezkontakta griezes momenta sensora struktūra. Ieejas vārpsta un izejas vārpsta ir savienotas ar vērpes stieni, ieejas vārpstai ir splines, un izejas vārpstai ir atslēga. Kad vērpes stienis ir savīti ar stūres rata rotācijas momentu, tiek mainīts relatīvais stāvoklis starp ieejas vārpstas splines un izejas vārpstas atslēgu. Spline un atslēgas ceļa relatīvā pārvietojuma maiņa ir vienāda ar vērpes stieņa vērpes vērpes, lai mainītos magnētiskā indukcijas intensitāte uz spline, un magnētiskās indukcijas intensitātes izmaiņas tiek pārveidotas par sprieguma signālu caur spoli. Signāla augstfrekvences daļu filtrē ar noteikšanas ķēdi, un tiek pastiprināta tikai griezes momenta signāla daļa. Bezkontakta darba metodes dēļ bezkontakta griezes momenta sensoram ir ilgs kalpošanas laiks, augsta uzticamība, tas nav jutīgs pret nodilumu, tam ir mazāka kavēšanās, un to mazāk ietekmē vārpstas novirze un aksiālā nobīde. Tagad tas ir plaši izmantots. Automašīnās un vieglajos transportlīdzekļos tas ir EPS sensoru galvenais produkts.
5. Citi griezes momenta sensori
5. attēlā parādīta griezes momenta sensora struktūra un mērīšanas princips, kas nosaka griezes momentu pēc fāzes starpības noteikšanas. Šim sensoram piemīt augstas precizitātes un augstas atkārtojamības īpašības. Mērīšanas princips ir šāds: uzstādiet pārnesumu uz katra vērpes vārpstas gala un uzstādiet elektromagnētisko sensoru pretī zoba virsmai, un no sensora var izraisīt divus bezkontakta maiņstrāvas signālus ar strāvas vārpstu. Izņemiet tā signāla fāžu starpību un ievietojiet augstas precizitātes, augstas precizitātes, augstas stabilas pulksteņa signālu, ko rada kristāla oscilators starp divu fāžu atšķirībām. Pamatojoties uz šo pulksteņa signālu, pielietoto griezes momentu var precīzi izmērīt, gudri izmantojot digitālo signālu apstrādes tehnoloģiju.
Griezes momenta sensora, kas nosaka griezes momentu ar fāzes starpības noteikšanas metodi, struktūras un mērīšanas principa diagramma
6. EPS griezes momenta sensora attīstības tendence
Nepārtraukti uzlabojot un attīstot EPS sistēmu, tiek izvirzītas augstākas prasības griezes momenta sensora precizitātei, uzticamībai un reakcijas ātrumam. EPS griezes momenta sensori parāda šādas attīstības tendences:
(1) Testēšanas sistēma attīstās miniaturizācijas virzienā! Digitalizācija, izlūkošana, virtualizācija un tīklošana;
(2) Attīstība no vienas funkcijas uz daudzfunkciju, ieskaitot paškompensāciju, paškoriģēšanu, pašregulāciju, pašdiagnostiku, attālinātu vidi, stāvokļa kombināciju, informācijas glabāšanu un atmiņu;
(3) Attīstīt virzību uz miniaturizāciju un integrāciju. Sensora noteikšanas daļu var miniaturizēt, racionāli projektējot un optimizējot struktūru, un IC daļa var integrēt pēc iespējas vairāk pusvadītāju komponentu un rezistoru vienā IC komponentā, samazinot ārējo komponentu skaitu.
(4) Attīstīt no statiskās testēšanas līdz dinamiskai tiešsaistes testēšanai.
