EPS電動助力轉(zhuǎn)向系.ppt

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EPS電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，縮寫EPS）是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS（HydraulicPowerSteering）相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元（ECU）等組成。優(yōu)點(diǎn)：（1）降低了燃油消耗。（2）增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。（3）改善了轉(zhuǎn)向回正特性。（4）提高了操縱穩(wěn)定性。（5）提供可變的轉(zhuǎn)向助力。[6]。可變轉(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速。,結(jié)構(gòu),分相器型扭矩傳感器,,,轉(zhuǎn)角傳感器,,轉(zhuǎn)向齒輪單元無電刷式馬達(dá)減速機(jī)構(gòu),系統(tǒng)邏輯圖,,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭距傳感器、車速傳感器、控制單元（ECU）、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和離合器等，控制單元是EPS系統(tǒng)的核心部分，也是EPS系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。目前普遍將控制單元設(shè)計(jì)為數(shù)字化，一般以一個(gè)八位或十六位微處理器為核心，外圍集成A/D電路、輸入信號接口電路、報(bào)警電路、電源。要求具有簡單計(jì)算、查表、故障診斷處理、儲存、報(bào)警、驅(qū)動等功能。電動機(jī)的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，是EPS的動力源。電動機(jī)對EPS的性能有很大的影響，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS對電動機(jī)很重要。不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。EPS的減速機(jī)構(gòu)與電動機(jī)相連，起減速增扭作用。常采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu),ESP工作原理,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常由扭距傳感器、車速傳感器、電子控制單元ECU、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等組成。轉(zhuǎn)矩傳感器，檢測轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動情況和車輛的運(yùn)動情況；電控單元，根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器提供的信號計(jì)算助力的大小；電機(jī)，根據(jù)電控單元輸出值生成轉(zhuǎn)動力；減速齒輪，提高電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力，并將其傳送至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時(shí)，扭距傳感器測出施加于轉(zhuǎn)向軸的扭矩，并產(chǎn)生一個(gè)電信號；與此同時(shí)，車速傳感器測出汽車的車速，也產(chǎn)生一個(gè)電信號。這兩個(gè)信號被送往電子控制單元，經(jīng)過電子控制單元分析處理后，輸出給電動機(jī)一個(gè)合適的電流以產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，經(jīng)減速機(jī)構(gòu)施加在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獨(dú)立于汽車發(fā)電機(jī)而蓄電池提供動力，不受發(fā)動機(jī)工作的影響。,EPS的分類,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動機(jī)布置位置的不同，可以分為：轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式、齒條助力式、直接助力式四種,轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(C-EPS)的助力電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增扭機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖2)。這種形式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于安裝。,齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(P-EPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖3)。由于助力電機(jī)不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機(jī)以獲得較高的助力扭矩，而不必?fù)?dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量太大產(chǎn)生的噪聲。該類型轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛，以提供較大的助力。,齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(R-EPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力(圖4)。由于助力電機(jī)安裝于齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時(shí)非常方便。同時(shí)，同C-EPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型車輛上。,關(guān)鍵技術(shù),電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面。硬件技術(shù)主要涉及傳感器、電機(jī)和ECU。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的信號源，其精度和可靠性十分重要。電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行器，電機(jī)性能好壞決定了系統(tǒng)的表現(xiàn)。ECU是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算中心，因此ECU的性能和可靠性至關(guān)重要。軟件技術(shù)主要包括控制策略和故障診斷與保護(hù)程序兩個(gè)部分?？刂撇呗杂脕頉Q定電機(jī)的目標(biāo)電流，并跟蹤該電流，使得電機(jī)輸出相應(yīng)的助力矩。故障診斷與保護(hù)程序用來監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，并在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)和實(shí)施一定的保護(hù)措施。,轉(zhuǎn)向,扭矩傳感器(分相器型)扭矩傳感器檢測到扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)變形，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柌⑤敵鲋罞PSECU,轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸),扭轉(zhuǎn)桿,分相器單元1,小齒輪軸(輸出軸),齒條軸,,,,,,,,,分相器單元2,至EPSECU,,,工作原理：扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)后使兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生一個(gè)相對角度,,轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸),小齒輪軸(輸出軸),,,,,分相器單元2(轉(zhuǎn)子部分),分相器單元1(轉(zhuǎn)子部分),,,,分相器單元2(轉(zhuǎn)子部分),分相器單元1(轉(zhuǎn)子部分),,扭矩傳感器檢測方法,,定子部分,,,轉(zhuǎn)子部分,,,,,,,定子部分,,,,,,,,,,,,信號A,信號B,,每個(gè)分相器單元輸出兩個(gè)相位差相差90度的信號來檢測相對角度,,分相器單元(定子部分),分相器單元(轉(zhuǎn)子部分),,,,,,,輸出信號(V),信號A,,信號B,,手動,自動,當(dāng)靜止時(shí)分相器單元的轉(zhuǎn)子部分輸出定值信號,,分相器單元(定子部分),分相器單元(轉(zhuǎn)子部分),,,,輸出信號(V),信號A,,信號B,,,轉(zhuǎn)向時(shí)節(jié)轉(zhuǎn)子部分的兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生相對角度,,,,,,,,,,,,,,,,[分相器單元1輸出信號],,,t,t,,,,,,,,,,,,,,,[分相器單元2輸出信號],,,t,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,EPSECU根據(jù)兩個(gè)分相器單元的相對位置決定對EPS馬達(dá)提供多少電壓,,,,?,,轉(zhuǎn)向馬達(dá)電壓,EPSECU,?1,?2,???1-?2,馬達(dá)(無電刷)馬達(dá)與齒條軸共軸,由轉(zhuǎn)角傳感器、定子及轉(zhuǎn)子組成,,齒條軸,轉(zhuǎn)子,線圈,,,,定子,,,磁體,,馬達(dá),轉(zhuǎn)角傳感器,馬達(dá)(無電刷),,,線圈,定子,,,帶磁體轉(zhuǎn)子,,,,,,轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺,齒條軸,,,轉(zhuǎn)角傳感器,轉(zhuǎn)角傳感器(分相器型)通過檢測馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度防止扭矩波動,,轉(zhuǎn)角傳感器,凸臺,轉(zhuǎn)子,齒條軸,,,,輸出信號(V),信號A,,信號B,,,,,EPS運(yùn)作轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向助力輸出電流之間的關(guān)系,,,,,,,轉(zhuǎn)向助力輸出電流,,車速,,,轉(zhuǎn)向力矩,高,低,,,,,EPS運(yùn)作EPS控制包括如下功能,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)分析,轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩與助力矩之間的理想關(guān)系應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：（1）在轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小的區(qū)域內(nèi)希望助力矩越小越好，甚至不施加助力。（2）在低速行駛低速轉(zhuǎn)向過程中，為使轉(zhuǎn)向輕便，助力效果應(yīng)當(dāng)明顯。（3）原地轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力矩相當(dāng)大，此時(shí)應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果，且助力矩增幅應(yīng)較大，助力矩增加到一定值時(shí)應(yīng)保持恒定，以免助力電動機(jī)因負(fù)荷過大而出現(xiàn)故障。（4）隨著車速的增升高，轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小時(shí)不助力的區(qū)域應(yīng)增大。（6）形式轉(zhuǎn)向時(shí)，助力矩增加到一定值時(shí)也應(yīng)保持恒定，以便駕駛員駕駛時(shí)可以明顯感到路面反力的增加，知道安全駕駛。（8）助力矩不能大于同工礦下無助力時(shí)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動，即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向阻力局。（9）各區(qū)段過度要平滑，以避免操舵力出現(xiàn)跳躍感。3.2EPS典型助力曲線EPS的助力特性具有多種曲線形式，圖3-1為三種典型的EPS助力特性曲線。這里將圖中助力曲線分為三個(gè)區(qū)，0≤Td≤Td0區(qū)為無助力區(qū)，Td0≤Td≤Tdmax區(qū)為助力變化區(qū)[12]。,EPS典型助力曲線,影響電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要評價(jià)指標(biāo),（1）轉(zhuǎn)向路感和轉(zhuǎn)向靈敏度的因素很多，在進(jìn)行EPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮這些影響因素。但是有一些因素（如電動機(jī)的電氣參數(shù)、各部件的粘性摩擦系數(shù)等）是不可以任意選擇的。因此要想獲得較好的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能，就必須改變EPS各可變參數(shù)以獲得最佳的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能。（2）裝備有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車要保持穩(wěn)定，必須使得電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量、扭矩傳感器剛度、助力機(jī)構(gòu)傳動比、控制器助力增益滿足由Louth判據(jù)得到的兩個(gè)穩(wěn)定性條件。（3）通過運(yùn)用MATLAB不同工況下的仿真，檢驗(yàn)了助力特性滿足穩(wěn)定性的要求，理論上驗(yàn)證了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性的影響。,