Šta je EPS
1. Pregled
Sistem električnog servo upravljača EPS (električni servo upravljač) je sistem servo upravljača koji se direktno oslanja na motor da bi obezbijedio pomoćni obrtni moment. U poređenju sa tradicionalnim hidrauličnim servo sistemom upravljanja HPS (hidraulični servo upravljač), EPS sistem 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 pri snazi u različitim uvjetima vožnje i smanjiti poremećaj izlaznog momenta motora uzrokovan neravnom površinom puta kako bi pomogao sistemu kroz djelovanje uređaja za prijenos. Poboljšati karakteristike upravljanja automobila i poboljšati aktivnu sigurnost automobila; bez hidrauličkog kruga, podešavanje i detekcija su lakši, stepen automatizacije montaže je veći i može se brzo uskladiti sa različitim modelima postavljanjem različitih programa, skraćujući ciklus proizvodnje i razvoja; ne Postoji problem curenja ulja i smanjenje zagađenja životne sredine.
EPS sistem je trend razvoja budućeg servo sistema.
Dijagram strukture EPS-a
Slika 1. dijagram strukture EPS-a
Kao što je prikazano na slici 1, EPS se uglavnom sastoji od senzora obrtnog momenta, senzora brzine vozila, elektromotora, mehanizma za usporavanje i elektronske upravljačke jedinice (ECU). Senzor detektuje veličinu i pravac obrtnog momenta ili ugla koji stvara volan tokom upravljanja vozačem, i pretvara potrebne informacije u digitalne signale i unosi ih u kontrolnu jedinicu. Konačno, izdaje se naredba za pokretanje motora na rad, a izlazni moment motora je potpomognut djelovanjem uređaja za prijenos. Stoga je senzor obrtnog momenta jedna od najvažnijih komponenti u EPS sistemu. Postoji mnogo tipova senzora obrtnog momenta, uglavnom uključujući potenciometarske senzore momenta, metalne otporne senzore momenta zakretnog momenta, beskontaktne senzore momenta, itd. Sa napretkom tehnologije, postojaće senzori sa većom preciznošću i nižom cenom.
2. Senzor momenta potenciometra
Senzori momenta potenciometara se uglavnom mogu podijeliti na tip spiralne ruke, dvostepeni planetarni tip zupčanika i tip torzijske šipke. Među njima, mjerenje torzione šipke ima jednostavnu strukturu i relativno visoku pouzdanost, te je bilo široko korišteno u ranim danima.
2.1 Struktura i princip senzora momenta torzione šipke u EPS-u
Senzor momenta torzione šipke se uglavnom sastoji od opruge torzione šipke, pretvarača ugaonog pomaka i potenciometra. Glavna funkcija opruge torzione šipke je da detektuje obrtni moment koji vozač deluje na volan i pretvara ga u odgovarajući ugao rotacije. Pretvarač kuta i pomaka rotacije je par spiralnih mehanizama, koji pretvaraju relativni ugao rotacije dva kraja opruge torzijske šipke u aksijalni pomak klizne čahure, koja se sastoji od krute kugle, spiralnog žljeba i klizač. Klizač se može kretati u spiralnom smjeru u odnosu na ulaznu osovinu, dok je klizač montiran na izlaznu osovinu kroz klin i može se kretati u okomitom smjeru u odnosu na izlaznu osovinu. Stoga, kada se ulazna osovina okreće u odnosu na izlaznu osovinu, klizač se pomiče okomito prema smjeru rotacije ulaznog vratila i količini rotacije u odnosu na izlaznu osovinu. Kada se volan okreće, obrtni moment se prenosi na torzionu šipku, a smjer ulaznog vratila u odnosu na izlazno vratilo se odstupa. Odstupanje je pomicanje klizača, kretanje ovih smjerova osi se pretvara u kut rotacije poluge potenciometra, kretanje kliznog kontakta na liniji otpora čini da se vrijednost otpora potenciometra mijenja u skladu s tim, a promjena otpor se preko potenciometra pretvara u napon. Na taj se način signal momenta pretvara u signal napona.
2.2 Dizajn senzora momenta torzione šipke
Torziona šipka je važan dio cjelokupnog senzora momenta torzione šipke, tako da je ključ dizajna senzora momenta torzione šipke dizajn torzijske šipke. Torziona šipka je spojena na osovinu volana kroz evolventni utor sa sitnim zupcima, a drugi kraj je preko radijalnog klina (prečnik D) povezan sa osovinom upravljača. Osnovna struktura je prikazana na slici 2.
Struktura torzione šipke cilindričnog presjeka
Slika 2 Strukturni dijagram torzijske šipke cilindričnog presjeka
Vanjski promjer završne konstrukcije torzione šipke nazubljene evolventne kline
d{0}}(1.15~1.25)d, dužine L=(0.5~0.7)d, kako bi se izbjegla prekomjerna koncentracija naprezanja, kada se koristi prekomjerna fileta, poluprečnik R=(3~5)d, efektivna dužina torzione šipke je l , d je prečnik efektivne dužine torzijske šipke.
Torziona krutost k torzijske šipke važna je fizička veličina torzijske šipke, koja se može izračunati korištenjem sljedeće formule.
Kada je podvrgnut momentu T, njegov torzijski posmični napon τ i ugao deformacije φ su redom:
Njegova torzijska krutost je:
Gdje je d-prečnik torzione šipke, efektivna dužina, Ip moment inercije, Zi koeficijent torzijskog presjeka
Na slici 3 prikazana je testna krivulja torzione šipke senzora momenta, a nagib krivulje je torzijska krutost k.
Senzor obrtnog momenta torzione šipke bio je naširoko korišćen u ranom EPS-u, ali pošto je kontaktni tip, trenje koje nastaje tokom rada čini ga lakim za nošenje i utiče na njegovu preciznost, te će se postepeno ukidati.
3. Senzor zakretnog momenta metalnog otpornog mjerača
Senzor za mjerenje obrtnog momenta usvaja tehnologiju električnog mjerenja naprezanja. Mjerni most se formira lijepljenjem mjerača naprezanja na elastično vratilo. Kada se elastična osovina malo deformiše obrtnim momentom, vrednost otpora mosta će se promeniti, a promena otpora deformacionog mosta će se pretvoriti u promenu električnog signala da bi se realizovalo merenje obrtnog momenta. Senzor završava sljedeću konverziju informacija:
Senzor se sastoji od elastične osovine, mjernog mosta, instrument pojačala i kola interfejsa. Elastična os je osjetljivi element, koji stvara maksimalno tlačno i vlačno naprezanje u smjerovima od 45 stupnjeva i 135 stupnjeva. U ovom trenutku, glavni napon i napon smicanja su jednaki. Formula za izračun je:
gdje je τ-glavni napon, jednak σ u ovom trenutku
Wp—polni moment presjeka osovine
Mjerni most može koristiti poluvodičke otporne mjerače naprezanja i povezati ih u diferencijalni puni most, čiji je izlazni napon proporcionalan momentu koji prima torzijsko vratilo. Otpor merača naprezanja R{{0}}R2=R3=R4=R0, može se dobiti sljedeća formula:
Modul elastičnosti materijala E-ose
u - napon napajanja mosta
S - Koeficijent osjetljivosti mjernog mjerača otpora
Kolo za pojačanje usvaja krug za pojačavanje za instrumente, koji se sastoji od krugova za pojačavanje za posebne instrumente, a također se sastoji od tri jednostruka kruga op-amp. Faktor pojačanja je K, a pojačani napon V je:
Da bi zajedno imali visoku tačnost, koeficijent osjetljivosti mora biti konstantan.
U senzoru obrtnog momenta metalnog otpornog mjerača, tehnički ključ koji treba riješiti je:
(1) Radna površina elastične osovine ne bi trebala biti veća od 1/3 elastične površine i uzeti početni segment. Kako biste minimizirali grešku histereze, odaberite najveći promjer osovine prema indeksu kapaciteta preopterećenja.
(2) Koristi se LM-tip silikonskog difuzionog merača osetljivog na silu sa punim mostom, koji ima bolju osetljivost i malu nelinearnost.
(3), korištenje visokopreciznog reguliranog napajanja.
4. Beskontaktni senzor momenta
Beskontaktni senzor momenta
Slika 4 prikazuje tipičnu strukturu beskontaktnog senzora momenta. Ulazna osovina i izlazna osovina su spojene torzijskom šipkom, ulazno vratilo ima klinove, a izlazno vratilo ima utor za klin. Kada se torziona šipka uvrne rotacijskim momentom volana, mijenja se relativni položaj između klinova na ulaznoj osovini i utora za klin na izlaznom vratilu. Relativna promjena pomaka utora i klina jednaka je torziji torzijske šipke, tako da se intenzitet magnetske indukcije na šiljci mijenja, a promjena intenziteta magnetske indukcije se pretvara u naponski signal kroz zavojnicu. Visokofrekventni dio signala filtrira se detektorskim krugom i samo dio signala momenta se pojačava. Zbog beskontaktne metode rada, beskontaktni senzor momenta ima dug vijek trajanja, visoku pouzdanost, nije podložan habanju, ima manje kašnjenje i manje je pod utjecajem otklona osovine i aksijalnog pomaka. Sada se široko koristi. U automobilima i lakim vozilima, to je glavni proizvod EPS senzora.
5. Ostali senzori momenta
Slika 5 prikazuje strukturu i princip mjerenja senzora momenta koji detektuje obrtni moment senzorom fazne razlike. Ovaj senzor ima karakteristike visoke preciznosti i visoke ponovljivosti. Princip mjerenja je sljedeći: ugradite zupčanik na svaki kraj torzijske osovine i ugradite elektromagnetski senzor nasuprot površine zuba, a iz senzora se mogu indukovati dva beskontaktna AC signala sa pogonskom osovinom. Uklonite faznu razliku njegovog signala i ubacite visokoprecizan, visoko stabilan taktni signal koji generiše kristalni oscilator između dvije fazne razlike. Na osnovu ovog taktnog signala, primijenjeni obrtni moment može se precizno izmjeriti pametnom upotrebom tehnologije digitalne obrade signala.
Dijagram strukture i principa mjerenja senzora momenta koji detektuje moment pomoću metode senzora fazne razlike
6. Trend razvoja EPS senzora momenta
Uz kontinuirano poboljšanje i razvoj EPS sistema, postavljaju se sve veći zahtjevi za tačnost, pouzdanost i brzinu odziva senzora momenta. EPS senzori momenta pokazuju sljedeće trendove razvoja:
(1) Test sistem se razvija prema minijaturizaciji! Digitalizacija, inteligencija, virtualizacija i umrežavanje;
(2) Razvoj od jedne funkcije do više funkcija, uključujući samokompenzaciju, samokorekciju, samoprilagođavanje, samodijagnozu, daljinsko podešavanje, kombinaciju stanja, skladištenje informacija i memoriju;
(3) Razvoj prema minijaturizaciji i integraciji. Deo za detekciju senzora može se minijaturizirati kroz racionalan dizajn i optimizaciju 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.
