汽车电动助力转向系统EPS原理详细讲解

.word格式,汽车电动”转向系统EPS原详解1、综述电动不转向系统EPS(electricPowersteering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动转向系统，与传统的液压不转向系统HPS(hydraulicpowersteering/DL,EPS系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生平，能减少发动机燃油消耗；能在各种火工况下提供最佳助，减小由面平所引起电动机的输出转短通过传动装置的作用而不向系的找动，改善汽彳的转向特性,提高汽彳的主动安全性；没有液压回，调整和检测容，装配自动化程高 ，且可通过设置同的程序，快速与同彳型匹配，缩运生产和开发周期；存在油问题，减小对环境的污染。EPS系统是未来动转向系统的一个发展趋势。11输入轴Q扭矩传感器。电机4循环球螂杆5齿条图1EPS结构图专业.专注.word格式,如图1所示，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元，再由控制单元对这些信号进运算后得到一个与火工况相适应的短，最后发出布驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助。因此扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、属电阻应变片的扭矩传感器、 非接触式扭矩传感器等，应技术的进步将会有高、成本低的传感器出现。2、出色计式扭矩传感器电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。2.1EPS中扭杆式扭矩传感器的结构、原扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为动套的轴向位移，由刚球、旋槽和块组成。 块相对于输入轴可以在旋方向上移动同时此通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转，垂直移动。当转动方向盘的时候，处矩被传递到扭杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是块出现移动，这些轴方向的移动转化为电专业.专注.word格式,位计的杠杆旋转角，动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为电压信号。2.2扭杆式扭矩传感器的设计扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销(直径D)与转向输出轴连接，基本结构如图2所示。图2圆柱截面扭杆结构图图2圆柱截面扭杆结构图扭杆细齿形渐开线花链端部结构外直径d0=(1.15〜1.25)d,长 L=(0.5〜0.7)d，为避免过大的应集中，采用过圆角时，半径R=(3〜5)d，扭杆的有效长为l，d为扭杆有效长的直径。扭杆的扭转刚 k是扭杆的一个重要的物，可以参照下面的公式计算。当其受到扭矩T的时候，其扭转的应T和变形角0分别为：其扭转刚为：其中d-扭杆直径，有效长，Ip惯性矩，Zi抗拦截面系数专业.专注.word格式,■转角如图3为某扭矩传感器扭杆的试验曲线，曲线的斜即为扭转刚 k。扭杆式扭矩传感器在早期的EPS中应用比较多，但由于是接触式的，工作时产生的摩擦使其磨损，影响其，将会被逐步淘汰。3、属电阻立变片的把年传感器传感器扭矩测采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起小桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测。传感器就完成如下的信息转换：传感器由弹性轴、测电桥、仪器用放大器、接口电组成。弹性轴是敏感元件，在45和135的方向上产生最大压应和应，这个时候承受的主应和剪应相等，其计算公式为：专业.专注.word格式,Ma=t %式中T—上应，此时与。相等Wp-轴截面极短测电桥可以采用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥，其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。应变片的电阻R1=R2=R3=R4=R0,可以得到下面的式子：心衣 SMnVe.=——■诙值= 扁 的%E—轴材的弹性模u—电桥的供电电压S—电阻应变片的灵敏系数放大电采用仪器用放大电，它由专用仪器用放大电构成，也有三只单运放电组合而成，放大倍数为K，放大后的电压V%：为使一起具有高，必须使灵敏系数为常数。在属电阻应变片的扭矩传感器中，需要解决的技术关键是:(1)弹性轴的工作区域应该大于弹性区域的1/3，上取初始段。为将迟滞误差减低到最底，按照超载能指数选取最大的轴径。专业.专注.word格式,(2)采用LM型硅扩散敏全桥应变片，较好的敏感性，很小的共线形(3)采用高的稳压电嫄。4、或接触式扭矩传感器1轴套Z线圈3线轴套(磁性材料,)4扭杆5输入轴如图4所示为非接触式把矩传感器的典型结构。输入轴和输出轴由拉杆连接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受方向盘的转动短作用发生扭转时,输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就被改变。花键和键槽的相对位移改变等于扭转杆的扭转， 使得花链上的磁感强改变，磁感强的变化，通过线圈转化为电压信号。信号的高频部分由检测电滤波，仅有把短信号部分被放大。非接触把矩传感器由于采用的是非接触的工作方式，因而若专业.专注.word格式,命长、可靠性高，受到磨损、有小的延时、受轴的偏转和轴向偏移的影响小，现在已经广泛用于轿车和轻型车中，是EPS传感器的主产品。5、其它扭矩传感器如图5所示为相位差传感方式来检测拉矩的把矩传感器的结构和测原图，这种传感器具有高，高重复性的特点。其测原为：在受扭轴的两端各安上一个齿轮，对着齿面再各装一个电磁传感器，从传感器上就能感应出两个与动轴共接触的交信号。取出其信号的相位差，在这两个相位差之间，插入由晶体震荡器产生的高，高稳定的时钟信号。以这个时钟信号为基准，巧妙运用数字信号处技术就能确地测出所承受的拉矩。图5专业.专注.word格式,6、EPS扭矩传感器的发展趋势随着EPS系统的所完善和发展，对把矩传忌器的、 可靠性和响应速提出跟高的要求。EPS把矩传感器正呈现以下的发展趋势：(1)、测试系统向微型化！数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展；(2)、从单功能向多功能发展，包括自补偿、自修