EPS电动助力转向系.ppt

EPS电动助力转向系统,电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系统具有很多优点。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。 优点： （1）降低了燃油消耗。 （2）增强了转向跟随性。 （3）改善了转向回正特性。 （4）提高了操纵稳定性。（5）提供可变的转向助力。 6。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。,结构,分相器型 扭矩传感器,转角传感器,转向齿轮单元 无电刷式马达 减速机构,系统逻辑图,电动助力转向系统的基本组成包括扭距传感器、车速传感器、控制单元（ECU）、电动机、减速机构和离合器等， 控制单元是EPS系统的核心部分，也是EPS系统研究的重点。目前普遍将控制单元设计为数字化，一般以一个八位或十六位微处理器为核心，外围集成A/D电路、输入信号接口电路、报警电路、电源。要求具有简单计算、查表、故障诊断处理、储存、报警、驱动等功能。 电动机的功能是根据控制单元的指令输出适宜的辅助扭矩，是EPS的动力源。电动机对EPS的性能有很大的影响，是EPS的关键部件之一，所以EPS对电动机很重要。不仅要求低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且要求可靠性高、易控制。 EPS的减速机构与电动机相连，起减速增扭作用。常采用涡轮蜗杆机构，也有采用行星齿轮机构,ESP工作原理,电动助力转向系统通常由扭距传感器、车速传感器、电子控制单元ECU、电动机、减速机构等组成。转矩传感器，检测转向轮的运动情况和车辆的运动情况；电控单元，根据转矩传感器提供的信号计算助力的大小； 电机，根据电控单元输出值生成转动力；减速齿轮，提高电机产生的转动力，并将其传送至转向机构,当转动转向盘时，扭距传感器测出施加于转向轴的扭矩，并产生一个电信号；与此同时，车速传感器测出汽车的车速，也产生一个电信号。这两个信号被送往电子控制单元，经过电子控制单元分析处理后，输出给电动机一个合适的电流以产生相应的扭矩，经减速机构施加在转向机构上，得到一个与工况相适应的转向作用力。电动助力转向系统独立于汽车发电机而蓄电池提供动力，不受发动机工作的影响。,EPS的分类,电动助力转向系统按照电动机布置位置的不同，可以分为：转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式、直接助力式四种,转向柱助力式电动助力转向器(C-EPS)的助力电机固定在转向柱的一侧，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向(图2)。这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。,齿轮助力式电动助力转向器(P-EPS)的助力电机和减速增扭机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮实现助力转向(图3)。由于助力电机不是安装在乘客舱内，因此可以使用较大的电机以获得较高的助力扭矩，而不必担心电机转动惯量太大产生的噪声。该类型转向器可用于中型车辆，以提供较大的助力。,齿条助力式电动助力转向器(R-EPS)的助力电机和减速增扭机构则直接驱动齿条提供助力(图4)。由于助力电机安装于齿条上的位置比较自由，因此在汽车的底盘布置时非常方便。同时，同C-EPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型车辆上。,关键技术,电动助力转向系统的关键技术主要包括硬件和软件两个方面。 硬件技术主要涉及传感器、电机和ECU。传感器是整个系统的信号源，其精度和可靠性十分重要。电机是整个系统的执行器，电机性能好坏决定了系统的表现。ECU是整个系统的运算中心，因此ECU的性能和可靠性至关重要。 软件技术主要包括控制策略和故障诊断与保护程序两个部分。控制策略用来决定电机的目标电流，并跟踪该电流，使得电机输出相应的助力矩。故障诊断与保护程序用来监控系统的运行，并在必要时发出警报和实施一定的保护措施。,转向,扭矩传感器 (分相器型) 扭矩传感器检测到扭转杆扭转变形，将其转变为电子信号并输出至EPS ECU,转向主轴 (输入轴),扭转杆,分相器单元1,小齿轮轴 (输出轴),齿条轴,分相器单元2,至EPS ECU,工作原理：扭转杆扭转后使两个分相器单元产生一个相对角度,转向主轴 (输入轴),小齿轮轴 (输出轴),分相器单元2 (转子部分),分相器单元1 (转子部分),分相器单元2 (转子部分),分相器单元1 (转子部分),扭矩传感器检测方法,定子部分,转子部分,定子部分,信号A,信号B,每个分相器单元输出两个相位差相差90度的信号来检测相对角度,分相器单元 (定子部分),分相器单元 (转子部分),输出信号 (V),信号A,信号B,手动,自动,当静止时分相器单元的转子部分输出定值信号,分相器单元 (定子部分),分相器单元 (转子部分),输出信号 (V),信号A,信号B,转向时节转子部分的两个分相器单元产生相对角度,分相器单元1 输出信号,t,t,分相器单元2 输出信号,t,t,EPS ECU根据两个分相器单元的相对位置决定对EPS马达提供多少电压,转向马达电压,EPS ECU,1,2, 1 - 2,马达 (无电刷) 马达与齿条轴共轴, 由转角传感器、定子及转子组成,齿条轴,转子,线圈,定子,磁体,马达,转角传感器,马达 (无电刷),线圈,定子,带磁体转子,转角传感器检测凸台,齿条轴,转角传感器,转角传感器 (分相器型) 通过检测马达的旋转角度防止扭矩波动,转角传感器,凸台,转子,齿条轴,输出信号 (V),信号A,信号B,EPS运作 转向力矩与转向助力输出电流之间的关系,转向助力输出电流,车速,转向力矩,高,低,EPS运作 EPS控制包括如下功能,电动助力转向系统对汽车操纵稳定性评价指标分析,转向驱动力矩与助力矩之间的理想关系应具备以下几点： （1）在转向驱动力矩很小的区域内希望助力矩越小越好，甚至不施加助力。 （2）在低速行驶低速转向过程中，为使转向轻便，助力效果应当明显。 （3）原地转向时的转向阻力矩相当大，此时应尽可能发挥较大的助力转向效果，且助力矩增幅应较大，助力矩增加到一定值时应保持恒定，以免助力电动机因负荷过大而出现故障。 （4）随着车速的增升高，转向驱动力矩很小时不助力的区域应增大。 （6）形式转向时，助力矩增加到一定值时也应保持恒定，以便驾驶员驾驶时可以明显感到路面反力的增加，知道安全驾驶。 （8）助力矩不能大于同工矿下无助力时的转向驱动，即助力矩应小于转向阻力局。 （9）各区段过度要平滑，以避免操舵力出现跳跃感。 3.2 EPS典型助力曲线 EPS的助力特性具有多种曲线形式，图3-1为三种典型的EPS助力特性曲线。这里将图中助力曲线分为三个区，0TdTd0区为无助力区，Td0TdTdmax区为助力变化区12。,EPS典型助力曲线,影响电动助力转向系统性能的主要评价指标,（1）转向路感和转向灵敏度的因素很多，在进行EPS系统设计时，应综合考虑这些影响因素。但是有一些因素（如电动机的电气参数、各部件的粘性摩擦系数等）是不可以任意选择的。因此要想获得较好的转向系统性能，就必须改变EPS各可变参数以获得最佳的转向系统性能。 （2）装备有电动助力转向系统的汽车要保持稳定，必须使得电动机转动惯量、扭矩传感器刚度、助力机构传动比、控制器助力增益满足由Louth判据得到的两个稳定性条件。 （3）通过运用MATLAB不同工况下的仿真，检验了助力特性满足稳定性的要求，理论上验证了电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响。,