Cos'è l'EPS
1. Panoramica
Il sistema di servosterzo elettrico EPS (servosterzo elettrico) è un sistema di servosterzo che si basa direttamente sul motore per fornire la coppia ausiliaria. Rispetto al tradizionale servosterzo idraulico HPS (idraulico servosterzo), il sistema EPS presenta molti vantaggi: solo quando è richiesta la sterzata Solo quando il motore viene avviato per generare potenza, può ridurre il consumo di carburante del motore; può fornire la migliore assistenza di potenza in diverse condizioni di guida, e ridurre il disturbo della coppia di uscita del motore causato dal fondo stradale irregolare per assistere il sistema attraverso l'azione del dispositivo di trasmissione. Migliora le caratteristiche di sterzata dell'auto e migliora la sicurezza attiva dell'auto; senza il circuito idraulico, la regolazione e la rilevazione sono più facili, il grado di automazione del montaggio è maggiore, e può essere rapidamente abbinato a diversi modelli impostando diversi programmi, accorciando il ciclo di produzione e sviluppo; no C'è un problema di perdita di olio e ridurre l'inquinamento per l'ambiente.
Il sistema EPS è una tendenza di sviluppo del futuro sistema di servosterzo.
Diagramma della struttura EPS
Figura 1 diagramma della struttura EPS
Come mostrato in Figura 1, l'EPS è composto principalmente da un sensore di coppia, un sensore di velocità del veicolo, un motore elettrico, un meccanismo di decelerazione e un'unità di controllo elettronica (ECU). Il sensore rileva l'entità e la direzione della coppia o dell'angolo generati dal volante durante l'operazione di sterzata del conducente e converte le informazioni richieste in segnali digitali e le immette nell'unità di controllo. Infine, viene emesso il comando per far funzionare il motore e la coppia in uscita del motore è assistita dall'azione del dispositivo di trasmissione. Pertanto, il sensore di coppia è uno dei componenti più importanti del sistema EPS. Esistono molti tipi di sensori di coppia, inclusi principalmente sensori di coppia a potenziometro, sensori di coppia con estensimetri a resistenza metallica, sensori di coppia senza contatto, ecc. Con il progresso della tecnologia, ci saranno sensori con maggiore precisione e costi inferiori.
2. Sensore di coppia del potenziometro
I sensori di coppia del potenziometro possono essere principalmente suddivisi in tipo con braccio a spirale, tipo con riduttore epicicloidale a doppio stadio e tipo con barra di torsione. Tra questi, la misurazione della barra di torsione ha una struttura semplice e un'affidabilità relativamente elevata ed è stata ampiamente utilizzata nei primi giorni.
2.1 Struttura e principio del sensore di coppia a barra di torsione in EPS
Il sensore di coppia della barra di torsione è composto principalmente da una molla della barra di torsione, un convertitore angolo-spostamento e un potenziometro. La funzione principale della molla della barra di torsione è quella di rilevare la coppia che il guidatore agisce sul volante e convertirla nel corrispondente angolo di rotazione. Il convertitore angolo di rotazione-spostamento è una coppia di meccanismi elicoidali, che convertono l'angolo di rotazione relativo delle due estremità della molla della barra di torsione nello spostamento assiale del manicotto di scorrimento, che è composto da una sfera rigida, una scanalatura a spirale e un cursore. Il cursore può muoversi in direzione elicoidale rispetto all'albero di entrata, mentre il cursore è montato sull'albero di uscita tramite un perno e può muoversi in direzione verticale rispetto all'albero di uscita. Pertanto, quando l'albero di ingresso ruota rispetto all'albero di uscita, il cursore si sposta verticalmente in base alla direzione di rotazione dell'albero di ingresso e alla quantità di rotazione rispetto all'albero di uscita. Quando si gira il volante, la coppia viene trasmessa alla barra di torsione e la direzione dell'albero di ingresso rispetto all'albero di uscita viene deviata. La deviazione è il movimento del cursore, il movimento di queste direzioni dell'asse viene convertito nell'angolo di rotazione della leva del potenziometro, il movimento del contatto scorrevole sulla linea di resistenza fa cambiare di conseguenza il valore di resistenza del potenziometro e il cambiamento di la resistenza viene convertita in tensione tramite il potenziometro. In questo modo il segnale di coppia viene convertito in un segnale di tensione.
2.2 Progettazione del sensore di coppia della barra di torsione
La barra di torsione è una parte importante dell'intero sensore di coppia della barra di torsione, quindi la chiave per il design del sensore di coppia della barra di torsione è il design della barra di torsione. La barra di torsione è collegata all'albero del volante tramite una scanalatura ad evolvente a denti fini e l'altra estremità è collegata all'albero di uscita dello sterzo tramite un perno radiale (diametro D). La struttura di base è mostrata in Figura 2.
Struttura a barra di torsione a sezione cilindrica
Figura 2 Schema strutturale della barra di torsione a sezione cilindrica
Diametro esterno della struttura terminale della barra di torsione scanalata ad evolvente seghettata
d{{0}}(1.15~1.25)d, lunghezza L=(0.5~0.7)d, per evitare un'eccessiva concentrazione di sollecitazioni, quando si utilizza un raccordo eccessivo, il raggio R=(3~5)d, la lunghezza effettiva della barra di torsione è l , d è il diametro della lunghezza effettiva della barra di torsione.
La rigidità torsionale k della barra di torsione è un'importante grandezza fisica della barra di torsione, che può essere calcolata facendo riferimento alla seguente formula.
Quando è soggetto alla coppia T, la sua sollecitazione di taglio torsionale τ e l'angolo di deformazione φ sono rispettivamente:
La sua rigidità torsionale è:
Dove d-diametro della barra di torsione, lunghezza effettiva, momento di inerzia Ip, coefficiente di sezione torsionale Zi
La Figura 3 mostra la curva di prova di una barra di torsione del sensore di coppia e la pendenza della curva è la rigidità torsionale k.
Il sensore di coppia della barra di torsione era ampiamente utilizzato nei primi EPS, ma poiché è un tipo di contatto, l'attrito generato durante il funzionamento lo rende facile da usurare e influisce sulla sua precisione e verrà gradualmente eliminato.
3. Sensore di coppia dell'estensimetro di resistenza del metallo
La misurazione della coppia del sensore adotta la tecnologia di misurazione elettrica della deformazione. Un ponte di misura è formato incollando un estensimetro sull'albero elastico. Quando l'albero elastico è leggermente deformato dalla coppia, il valore di resistenza del ponte cambierà e la variazione della resistenza del ponte di deformazione verrà convertita nella variazione del segnale elettrico per realizzare la misurazione della coppia. Il sensore completa la seguente conversione delle informazioni:
Il sensore è composto da albero elastico, ponte di misura, amplificatore dello strumento e circuito di interfaccia. L'asse elastico è un elemento sensibile, che genera la massima sollecitazione di compressione e di trazione nelle direzioni di 45 gradi e 135 gradi. In questo momento, la sollecitazione principale e la sollecitazione di taglio sono uguali. La formula di calcolo è:
dove τ—stress principale, uguale a σ in questo momento
Wp: momento polare della sezione dell'albero
Il ponte di misura può utilizzare estensimetri di resistenza a semiconduttore e collegarli a formare un ponte intero differenziale, la cui tensione di uscita è proporzionale alla coppia ricevuta dall'albero di torsione. La resistenza dell'estensimetro R{{0}}R2=R3=R4=R0, si può ottenere la seguente formula:
Il modulo elastico del materiale dell'asse E
u - tensione di alimentazione del ponte
S - Coefficiente di sensibilità dell'estensimetro di resistenza
Il circuito di amplificazione adotta il circuito di amplificazione per strumenti, che è composto da circuiti di amplificazione per strumenti speciali, ed è anche composto da tre circuiti di amplificazione operazionale singoli. Il fattore di amplificazione è K e la tensione amplificata V è:
Per avere un'elevata precisione insieme, il coefficiente di sensibilità deve essere reso costante.
Nel sensore di coppia dell'estensimetro a resistenza metallica, la chiave tecnica da risolvere è:
(1) L'area di lavoro dell'albero elastico non deve essere maggiore di 1/3 dell'area elastica e prendere il segmento iniziale. Per ridurre al minimo l'errore di isteresi, selezionare il diametro dell'albero più grande in base all'indice di capacità di sovraccarico.
(2) Viene utilizzato un estensimetro a ponte intero sensibile alla forza di diffusione del silicio di tipo LM, che ha una migliore sensibilità e una piccola non linearità.
(3), l'uso di alimentazione regolata ad alta precisione.
4. Sensore di coppia senza contatto
Sensore di coppia senza contatto
La Figura 4 mostra una struttura tipica di un sensore di coppia senza contatto. L'albero di ingresso e l'albero di uscita sono collegati da una barra di torsione, l'albero di ingresso ha scanalature e l'albero di uscita ha una sede per chiavetta. Quando la barra di torsione è attorcigliata dal momento rotatorio del volante, la posizione relativa tra le scanalature sull'albero di ingresso e la chiavetta sull'albero di uscita viene modificata. La variazione di spostamento relativo della scanalatura e della sede per chiavetta è uguale alla torsione dell'asta di torsione, in modo che l'intensità dell'induzione magnetica sulla scanalatura cambi e la variazione dell'intensità dell'induzione magnetica venga convertita in un segnale di tensione attraverso la bobina. La parte ad alta frequenza del segnale viene filtrata dal circuito di rilevamento e solo la parte del segnale di coppia viene amplificata. Grazie al metodo di lavoro senza contatto, il sensore di coppia senza contatto ha una lunga durata, un'elevata affidabilità, non è suscettibile all'usura, ha un ritardo minore ed è meno influenzato dalla deflessione dell'albero e dall'offset assiale. È stato ampiamente utilizzato ora. Nelle auto e nei veicoli leggeri, è il prodotto principale dei sensori EPS.
5. Altri sensori di coppia
La Figura 5 mostra la struttura e il principio di misurazione di un sensore di coppia che rileva la coppia tramite il rilevamento della differenza di fase. Questo sensore ha le caratteristiche di alta precisione e alta ripetibilità. Il principio di misurazione è il seguente: installare un ingranaggio su ciascuna estremità dell'albero di torsione e installare un sensore elettromagnetico di fronte alla superficie del dente e dal sensore possono essere indotti due segnali CA senza contatto con l'albero di alimentazione. Estrarre la differenza di fase del suo segnale e inserire un segnale di clock ad alta precisione e alta stabilità generato da un oscillatore a cristallo tra le due differenze di fase. Sulla base di questo segnale di clock, la coppia applicata può essere misurata con precisione mediante un uso intelligente della tecnologia di elaborazione del segnale digitale.
Il diagramma della struttura e del principio di misurazione del sensore di coppia che rileva la coppia mediante il metodo di rilevamento della differenza di fase
6. Il trend di sviluppo del sensore di coppia EPS
Con il continuo miglioramento e sviluppo del sistema EPS, vengono proposti requisiti più elevati per la precisione, l'affidabilità e la velocità di risposta del sensore di coppia. I sensori di coppia EPS mostrano le seguenti tendenze di sviluppo:
(1) Il sistema di test si sta evolvendo verso la miniaturizzazione! Digitalizzazione, intelligence, virtualizzazione e networking;
(2) Sviluppo da funzione singola a multi-funzione, inclusi autocompensazione, autocorrezione, autoadattamento, autodiagnosi, impostazione remota, combinazione di stati, archiviazione e memoria di informazioni;
(3) Sviluppare verso la miniaturizzazione e l'integrazione. La parte di rilevamento del sensore può essere miniaturizzata attraverso una progettazione razionale e l'ottimizzazione della struttura e la parte IC può integrare quanti più componenti semiconduttori e resistori possibile in un unico componente IC, riducendo il numero di componenti esterni.
(4) Sviluppare da test statici a test online dinamici.
