汽车EPS解析
EPS助力转向
EPS关键技术
1 控制模块控制原理
控制电机电流信号的原理如图3所示,控制单元采用了闭环反馈调节,利用PID调节器,将电机的实际电流反馈回来与来自单片机的目标电流相比较,经过转换从而得到控制电机的斩波信号,该信号经过电机驱动电路可驱动电机进行转向助力。
控制电枢电流采用了电流反馈,使得电机的目标电流和实际工作电流之间的误差减少到足够小,从而使系统能够很快达到稳定状态。
根据助力控制内容的不同,系统控制算法分为助力控制、阻尼控制和回正控制。
助力控制协助驾驶员转向,减轻转向力;阻尼控制在汽车高速行驶时适当增加转向阻力,实现高速驾驶时的“稳重手感”;
回正控制协助汽车转向盘在转向后自动回正或在驾驶员操作下轻便的回正。
在低速行驶时,控制内容以助力控制和回正控制为主,在高速行驶时,以阻尼控制为主。
在不至引起歧义情况下,对系统控制内容简称为助力控制,如电动助力控制,电动助力式转向系统等。
控制系统应具有较强的抗干扰能力,能适应汽车在各种路况下行驶,并实现实时最佳智能控制。
其实时智能控制的核心内容,即是采集扭矩或转角传感器信号以及汽车行驶的速度信号,判断实时助力控制内容,依据相应助力控制算法确定助力电机电流的大小和方向,然后根据反映汽车负载的轴重信号对助力电流信号进行修正后输出,从而完成智能化的助力转向控制。
2 EPS大负荷输出中存在的问题
EPS如用于大排量的汽车,所用的电机功率必然加大,转动惯量和摩擦力矩随之增大,这不仅影响轮胎回正性,还会使转向时有粘滞感,助力跟随性差。
解决这些问题的方法是在控制电路中加上惯量补偿和摩擦补偿。
电机功率越大,在电压一定的情况下,电流增大,会导致电路温度过高,影响电子器件的正常工作。
另外,电机功率越大,噪音增大,EPS的电机装在驾驶室内,会影响驾驶员的舒适性。
(1)摩擦力矩。在永恒直流电机中,摩擦力矩的主要来源有2个:1电刷和轴承的机械摩擦;
2.磁通损失大的电机需要电刷和换向器有较大的接触面,这样才能减少电阻,增加磁通密度,从而使电机输出功率增大,但也导致了摩擦力矩的增大。
2)电机的惯量补偿和摩擦补偿。实际需要的电机电流是助力电流、惯性补偿电流、阻尼补偿电流和摩擦补偿电流之和。电机电流用这些补偿电流来校正自己,从而提供较精确的实际需要电流。其助力电流的大小随车速的提高而减小。
惯量补偿大大改善了转向时的响应性,可是导致的阻尼问题会影响转向的稳定性,在高速情况下最为明显。
阻尼补偿、摩擦补偿、惯性补偿均与电机转速相关,在补偿中必须给定,但考虑到电机的转速与电机的感应电压有一定的比例关系,因此不需要额外的传感器即可检测到。
3 电机总成特点
EPS系统采用的电机为直流伺服电机,其主要特点有以下几个方面: 1调速范围广,易于平滑调节;
2过载、启动及制动转矩大; 3易于控制,可靠性高; 4调速时能量损耗小;
5加载时力矩平滑; 6噪音小。
EPS的助力大小,取决于电机的大小、电流大小及减速机构的减速比。
对于那些大排量的汽车,由于助力大,需大功率的电机,如果电机太大,转动惯量大,会导致助力跟随性差,因此,EPS的使用范围受电机功率的限制。
在不同的车速、不同的输入转向力,其电机助力电流的大小是不一样的,在低车速时,助力电流大,高车速时,助力电流小,当车速达到某一数值时,则停止助力。
所有车速范围的助力电流大小,靠预先设定的助力曲线来实现。
4扭矩传感器
本转向器的扭矩传感系统采用接触式电位器来感受电信号。扭矩传感系统由输入轴、输出轴、扭力杆、滑块、钢球及扭矩传感器组成,它获得方向盘操作力大小和方向的信号,并
把它们转换为电压值,将它们传递到控制模块。
该结构的优点在于扭力杆产生的微小的扭转角度,通过螺旋球槽、钢球和滑块后,将扭转角度位移转换并放大成滑块的轴向位移。
与非接触式的光电传感器相比,结构简单,造价低廉。
其缺点是对输出轴的螺旋球槽及滑块滚珠槽精度要求高,为了减小滑块的轴向间隙,其球槽采用螺旋滚动副,并且,其光洁度要求高,因此加工难度大。
如采取普通的球轴承槽,会使滑块装配后其轴向间隙太大,导致扭矩传感器信号失真。
另外,扭矩传感器结构采用主路辅路2路输出,只有2路电压之和在规定的范围内时,控制器才会工作。保证了信号采集的真实性和可靠性。
EPS扭矩传感器的发展趋势
随着EPS系统的不断完善和发展，对扭矩传感器的精度、可靠性和响应速度提出了跟高的要求。EPS扭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、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆;
（3）、向着小型化、集成化方向发展。传感器的检测部分可以通过结构的合理设计和优化来实现小型化，IC部分可以整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个单独的IC部件上，减少外部部件的数量。
（4）、由静态测试向动态在线检测方向发展。
参考：汽车之家