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    电动助力转向系统(EPS)的组成构造与工作原理(图解)
    时间:2019-10-29  来源:www.jfqx.com  阅读:1207

    通常,EPS由检测驾驶员的转向操作扭矩的扭矩传感器,基于扭矩信号计算辅助扭矩的EPS ECU,控制电动机驱动器,产生增压的电动机,减速器构成。将马达驱动力传递给转向机构等。

    EPS的组成▲

    1 EPS类型

    如下图所示,根据电机类型和辅助位置,EPS可分为三种类型:转向柱辅助,齿轮辅助和齿条辅助。

    转向柱辅助EPS成本低并且被广泛使用。齿轮辅助EPS用于将马达布置在齿轮附近。机架辅助EPS的最终输出接近轮胎的齿条,因此功率损耗很小;并且执行器远离驱动器,具有声音小,振动小的优点,主要用于高端汽车。机架辅助EPS的致动器和控制器布置在发动机舱中,并且需要具有耐热和防水性能,因此增加了系统的成本。

    2EPS电机

    可用于EPS的电机分为有刷电机和无刷电机。

    当电刷和换向器旋转时,电刷马达切换电流,从而可以以较低的成本接通电源。然而,电刷马达的绕组布置在转子侧,并且随着输出功率增加,电动机的惯性矩增加,并且需要解决转向操作灵敏度恶化的问题。

    无刷电动机本身不具有整流效果,因此需要内置的角传感器,并且通过电路切换对应于角信号的电流,并且结构复杂且成本高。然而,无刷电动机的绕组布置在定子侧,转子侧是磁体,并且即使输出功率增加,也可以抑制惯性矩增加的问题。

    3扭矩传感器

    扭矩传感器是检测驾驶员的转向扭矩的传感器,并且是用于检测EPS所需的基本信息的重要装置。该结构如下图所示,并且由设置在转向轴上的扭杆和用于检测扭杆的扭转角的传感器组成。

    扭矩传感器结构▲

    EPS的扭矩传感器是非常重要的部件,因此常用的类型是非接触式,以确保可靠性。接下来,将描述非接触式扭矩传感器的三种主要模式。

    (1)磁感应式磁感应式是指检测线圈和安装在扭杆上下位置的补偿线圈的相对位置随扭杆的扭转而变化的方式,以及相应的磁性通过设置在外部的检测线圈改变电路,并且这种类型的扭矩传感器已被广泛使用。

    磁感应式扭矩传感器(来源:JETKT)▲

    (2)霍尔集成霍尔集成电路型是一种设置在扭杆上的多极磁铁,由扭杆扭转引起的磁不平衡由周围设置的磁通环聚集而成,霍尔集成电路是用过的。霍尔集成电路具有温度特性,有些可以在集成电路中进行修改,并满足实际条件。

    霍尔集成电路扭矩传感器▲

    (3)双旋转变压器型双旋转变压器型在扭杆的上下位置配有旋转角度传感器(旋转变压器),可直接检测各个角的值,根据扭矩计算扭转量。差异,并将扭矩转换为扭矩。

    双旋转变压器型扭矩传感器(来源:JETKT)▲

    直接使用角度传感器不仅可以检测扭矩,还可以检测转向角度。此外,如果扭矩传感器要使用旋转变压器,则需要在ECU侧设置电路。

    4. EPS ECU

    EPS ECU由用于控制的微控制器,用于监控的集成电路(有时是微控制器),用于电机的驱动电路(驱动电路和转换电路),用于切换电机路径和电源路径的继电器以及外部接收器组成。构造信号的接口电路。电动机驱动电路的功能是对功率器件MOSFET进行开关PWM控制。

    EPS ECU(无刷)的电路示例▲

    EPSECU的印刷电路板由消除电源线干扰所需的线圈,吸收电流波动所需的电解电容器和开关电源所需的电源继电器组成,如下图所示。某些类型的印刷电路板配备有半导体继电器,因为印刷电路板需要体积庞大。

    EPS ECU(带刷子)的组成示例▲

    5.控制

    EPS的功率控制如下图所示,可分为动力辅助基本控制,动力辅助控制,电机电流控制和故障安全处理。控制方法因制造商而异。这里描述了常用的控制方法。

    EPS控制示例▲

    (1)动力辅助基本控制为了补偿系统对扭矩传感器信号的响应延迟量,应实现相位补偿。基于相位补偿后的值确定辅助力。这些控制与车辆特性密切相关,并且大多以地图的形式设置。另外,还可以通过车速调节辅助力以应用车速感测特性。之后,添加辅助控制量,并且将最终辅助命令值给予当前控制部分。

    (2)动力辅助控制方向盘不仅受驾驶员转向操作的控制,而且当道路向轮胎施加扭矩时,方向盘也会旋转。因此,除了传统的辅助基本控制之外,还应实现辅助辅助控制。主辅助辅助控制是:当排除电动机惯性力矩的影响时,进行“惯性补偿”以实现平稳增压;在转向之后,方向盘由于返回扭矩而返回到该位置,并且执行相应的返回校正;为了完全稳定方向盘,“阻尼修正”;由于电动机或机构部分的摩擦引起的辅助延迟,进行相应的摩擦校正。校正量与动力辅助图相同,并且是根据车辆特性而变化的值,并且应当在匹配之后确定。

    (3)电机电流控制为了使电机实时跟踪上述电机电流指令值,需要控制电机电流。通常,在检测到电动机电流之后,校正与命令值对应的差值,即反馈控制。并且,根据辅助命令值的半周期设置电动机电路控制周期。基本上,对于命令值和电流检测值之间的差异,可以实现PI(比例积分)控制,转换为电压命令值,并将电压命令转换为PWM占空比,并且MOSFET打开和占空比。控制电机。

    PWM控制(刷)▲

    另外,当使用无刷电动机时,电动机电流控制通常是用于获得电动机转角信号的矢量控制。此时,矢量的d轴和q轴也经受反馈PI控制。除反馈控制外,一些电机电流控制还使用观察器控制和模型匹配控制。

    (4)故障安全EPS为了提供驾驶员转向功率的10倍左右,需要快速检测辅助系统何时出现异常,并采取准确的对策(下表)。

    除异常过热外,EPS应避免的异常状态是方向盘不能转动被锁定,方向盘随意自由转动。检测到异常时,必须关闭系统。

    因此,大多数EPS采用联锁方式来监控转向扭矩的方向和辅助方向是否一致。然而,与其他系统一起工作的EPS已经付诸实践,并且辅助方向不一定与转向操作扭矩的方向一致。因此,在该系统中,采用监视控制计算。

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