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电动助力转向系统(EPS)的组成结构和工作原理

时间: 2024-02-28 04:26:15 |   作者: 选型手册下载

      又称转向传感器,其作用是测量方向盘与转向器之间的相对扭矩,是电动助力的基础之一。

      由磁性材料制造成的定子和转子能形成闭合磁路,线圈A、B、C、D分别绕在极靴上形成桥式电路。转向杆的扭转角度与扭矩成正比,所以我们大家可以通过测量转向杆的扭转角度来间接知道转向力。

      连续脉冲电压信号Ui被施加到线圈的U端子和T端子。当转向杆上的扭矩为零时,定子和转子之间的相对角度也为零。此时,转子的纵向对称面位于定子AC和BD的对称面上,每个极片上的磁通相同。电桥是平衡的,V和W的电位差U0=0。

      如果转向杆上有力矩,定子和转子之间的相对角度不为零,那么转子和定子之间就会产生角位移。极靴A和D之间的磁阻增加,而极靴B和C之间的磁阻减少。每个极靴的磁阻不同,电桥失衡,在V和w之间产生电位差,这个电位差与杠杆的扭转角度和输入电压Ui成正比,这样就不难得知方向盘杠杆的扭矩。

      图12-70显示了一种实用的扭矩传感器结构。其工作原理与上述基本相同,其优点是安装方便。

      日本富士重工电动助力转向系统使用的扭矩传感器,测量负载扭矩引起的扭杆扭转角位移,并转换为电位器的电阻变化。转子上产生的电信号由定子通过滑环传输,其结构如图12-71所示。

      由电机、离合器和减速机构组成的整体称为电机总成,其结构如图12-72所示。

      转向电机是一般的永磁电机(原理不赘述)。经过控制其输入电流来控制电机的输出扭矩,通过电子控制单元(ECU)输出的正反转触发脉冲来控制电机的正反转。图12-73是一个简单适用的正反向控制电路。

      A1和a2是触发信号端子。从电子控制器获得的DC信号被输入到端子a1和a2,以触发电机向前和向后旋转。当端子a1接收到输入信号时,晶体管T3导通,基极电流导通晶体管T2。电流通过T2管的发射极和集电极,电机M和T3管的集电极和发射极接地,电机随着电流通过正转。当端子a2接收到输入信号时,晶体管T4导通,并且晶体管T1通过基极电流导通。电流通过T1管的发射极和集电极,电机的M管和T4管的集电极和发射极接地,使电机由反向电流换向。经过控制触发信号端子处的电流,能控制通过电机的电流。

      一般采用干式单片电磁离合器,如图12-74所示。工作电压为DC12V,额定转速下传递的扭矩为15nm,线电磁离合器的工作原理

      注意:由于转向助力的工作范围被限制在一个速度范围内,离合器一般被设置在一个速度范围内。比如车速超过30km/h,离合器会脱开,电机会停止工作,没有转向助力。当电机停止工作时,为了不使电机和离合器的惯性影响转向系统,应及时分离离合器,切断辅助动力。当系统中的电机发生故障时,离合器会自动分离,这在某种程度上预示着仍旧能恢复手动转向。

      目前减速机构的组合有很多种,一般是涡轮蜗杆和转向轴驱动的组合;有的还采用两级行星齿轮和传动齿轮的组合,如图12-75所示;图12-72显示了涡轮和斜齿轮的组合。涡轮与固定在转向柱输出轴上的斜齿轮相啮合,使电机的旋转减速,并传递给输出轴。为了抑制噪音和提高耐用性,减速机构中的齿轮有的采取了特殊齿形,有的采用树脂材料。

      1-转向扭矩传感器;2-旋转轴;3-扭杆;4-输入轴;5-电机和离合器;6-行星小齿轮a;7-太阳齿轮;8-行星小齿轮b;9-驱动小齿轮;10-齿圈b;1-齿圈a

      电动助力转向控制管理系统如图12-76所示。该系统的核心是一台带有4K只读存储器和256RAM的8位微型计算机。

      转向扭矩信号和车速信号通过输入接口发送到微型计算机。随着车速的增加,微型计算机控制辅助马达的电流以减小辅助扭矩。发动机转速信号也发送到微型计算机。发动机怠速时,助力电机和离合器因供电不足而不工作。因此,当EPS工作时,EPS ECU必须控制发动机在高怠速下工作。

      点火开关的ON/OFF信号通过A/D转换接口发送到微机。当点火开关关闭时,电机和离合器不能工作。微电脑输出控制指令通过D/A转换接口送到电机和离合器的驱动放大电路,控制电机和离合器的转动。电机的电流通过驱动放大电路、电流表A和A/D转换接口反馈给微机,即把电机的实际电流与根据微机的指令应该给定的电流作比较,调整电机的实际电流使之接近。

      至此,我们对电动助力转向系统有了基本的了解,但似乎并不直观和现实。一个实用的电动助力转向系统如图12-77所示,并应用于)ka。控制管理系统图如图12-78所示。

      1速传感器;2-速度计输出电缆的位置;3-传动轴;4-车速信号(主);5-车速信号(副);6-电子控制器;7-在副驾驶的脚边;8-电机;9-扭杆;10个机架;11-点火电源;12-电池;13-发电信号;14-指示灯电流;15-增加空载电流;16-电机电流;17-离合器电流;18-扭矩信号(主);19-扭矩信号(次级);20-离合器;21-电机齿轮;22-传动齿轮;23-小齿轮;24-点火开关;25-保险丝;26-扭矩传感器;27-转向器总成;28-交流发电机(L端子);29-指示灯;30-怠速升降电磁法;31-发动机电子控制器;32-电机和离合器

      从图12-77和图12-78能够准确的看出,交流发电机的“L”端可以看作是向电子控制器输入信号的传感器,通过交流发电机“L”端的电压能判断发动机是否在转动。当发动机没有启动时,系统无法工作。

      电机离合器接收电子控制器输出的控制电流,产生助力扭矩,通过传动齿轮减速,再通过小齿轮实现动力转向,电机的动力通过行星齿轮机构传递。离合器是由电磁铁和弹簧组成的电磁离合器。

      行驶时,电子控制器根据不同车速下的方向盘扭矩控制电机的电流,完成电子转向和普通转向控制之间的转换。当车速高于30km/h时,会转为普通转向控制。电子控制器没有离合器信号和电机电流输出,离合器处于分离状态。当车速低于27km/h时,EPS电子控制器输出离合器信号和电机电流,普通转向控制转为助力转向。

      EPS控制器还具有自校正控制功能。当电动助力转向系统发生故障时,能自动切断电机输出电流,恢复正常转向功能;同时,车速表中的EPS警示灯亮起,通知驾驶员动力转向系统发生故障。

      电动助力转向系统是电动助力转向系统的一种形式,主要由扭矩传感器、转速传感器、电机、电磁离合器、减速机构和电子控制器组成。

      当系统设定速度低于27km/h时,系统将切换到电动助力转向模式。速度越低,助力电机的电流越大。当车速高于30km/h时,将转为普通转向控制(无辅助);

      当系统出现故障时,能自动切断电机输出电流,恢复正常转向功能;同时,车速表中的EPS警示灯亮起,提醒驾驶员。