汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(eps)硬件設(shè)計(jì)-資料下載頁
2025-01-13 07:43本頁面
【正文】 閥、儲(chǔ)油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間，提高了裝配效率。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自 20世紀(jì) 80年代中期初提出以來，作為今后汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 第 2章 EPS系統(tǒng) 模型 12 EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu) 如圖 21所示。系統(tǒng)主要由車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)電流傳感器、控制器、功率驅(qū)動(dòng)電路、故障指示燈、離合器和直流電動(dòng)機(jī)等組成。 中央 控制器 ECU是 EPS 系統(tǒng)的 核心部件 ,它 是汽車定速巡航系統(tǒng)的一部分，是速度控制系統(tǒng)的中樞，根據(jù)每種車型最平穩(wěn)加速設(shè)計(jì)確定。 ECU根據(jù)指令車速、實(shí)際車速及其它輸入信號(hào)，經(jīng) CPU數(shù)據(jù)處理之后輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度。 控制器根據(jù)各傳感器輸出的信號(hào)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和最佳助力轉(zhuǎn)矩 ,向電動(dòng)機(jī)和離合器發(fā)出控制信號(hào) ,通過功率驅(qū)動(dòng)電路控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) ,電動(dòng)機(jī)的輸出經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后 ,驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu) ,產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。通過精確的控制算法 ,可任意改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小 ,使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得所需的任意助力值 。同時(shí) ,控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行實(shí)時(shí)故障診斷 ,一旦發(fā)生故障 ,將中斷對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓供給 ,并點(diǎn)亮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障警示燈 ,同時(shí)將故障類型以代碼的形式存儲(chǔ) 。 圖 21 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 驅(qū)動(dòng)信號(hào) 建立 EPS動(dòng)力學(xué) 模型 13 轉(zhuǎn)向柱助力式 EPS 的動(dòng)力學(xué)模型如 下 圖 22所示 , 圖 22 EPS動(dòng)力學(xué)模型示意圖 設(shè)轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量分別為 hJ 、cJ 、 sJ 、 mJ 。 轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的阻尼分別為 hB 、cB 、 sB 、 mB 。 轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、前輪及轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角分別為 h? 、c? 、 s? 、 m? 。 轉(zhuǎn)向盤力矩、前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)阻力矩、電動(dòng)機(jī)作用到轉(zhuǎn)向柱的助力力矩分別為 hT 、 fT 、 aT 。 EPS的動(dòng)力學(xué)方程 EPS 中 轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱之間通過扭矩傳感器連接 , 根據(jù)傳感器的工作原理有 : ? ?hhTK???? （ 21） 式中 , T 、 hK 表示扭矩傳感器的扭矩和剛度。考慮到 EPS 中的速度匹配特性 , 即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后應(yīng)與轉(zhuǎn)向柱速度快慢一致以及前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱工作的協(xié)調(diào)性 , 有 : maG???? （ 22） 14 ssG???? （ 23） 式中 aG 、 sG 分別表示電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角、前輪和轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角的傳動(dòng)比。 汽車在小轉(zhuǎn)角的情況下 , 輪胎特性處于線性變化范圍 , 前輪受到的阻力矩與前輪轉(zhuǎn)角成正比 , 即 sffTK??? （ 24） 根據(jù)以上條件結(jié)合相關(guān)的力學(xué)定律可建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下 : ? ?2 2 hhh h h h hddJ B K Td t d t?? ??? ? ? ? （ 25） ? ?2 2c c h a fddJ B K T Td t d t?? ??? ? ? ? ? （ 26） 22 2 211 fhs s fs s sKd dJ B TG d t G d t G? ? ?? ? ? （ 27） 2222 hm a m a m a ad dJ G B G T G Td t d t? ?? ? ? （ 28） 圖 23 電動(dòng)機(jī)電樞電路示意圖 汽車在轉(zhuǎn)向過程中 , 控制單元根據(jù)扭矩傳感器檢測(cè)到駕駛員作用到轉(zhuǎn)向盤的力矩信號(hào)和車速信號(hào)來決定電動(dòng)機(jī)的助力扭矩的大小和方向 , 在電動(dòng)機(jī)和駕駛員的共同作用下來實(shí)施轉(zhuǎn)向。其電動(dòng)機(jī)采用直流電機(jī) , 電樞電路如圖 23所示 ,忽略 其電感 , 則電動(dòng)機(jī)端電壓 U 與電樞電阻 R 和電流 I 的電壓平衡方程式為 : 15 me dU RI K dt??? （ 29） 電動(dòng)機(jī)輸出扭矩和電動(dòng)機(jī)的電流存在以下關(guān)系 : maT KI? (210) 在對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制中可以根據(jù)扭矩傳感器檢測(cè)到的扭矩信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的電壓 , 即 thU WT? (211) 式中 , tW 為控制器。 根據(jù)式 (21)可以看出 , 當(dāng)轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角 ? 一定時(shí) ,轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角 h? 越小 , 則駕駛員作用到轉(zhuǎn)向盤的扭矩越小 , 轉(zhuǎn)向越輕便 , 達(dá)到了減輕駕駛員操縱力的作用 , 因此可以建立以 h? 為輸入 , ? 為輸出的 EPS 系統(tǒng)助力特性傳遞函數(shù) , 系統(tǒng)控制框圖如圖 24所示 , 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下 : ? ?? ? ? ?? ? ? ?22 h a a h th a e a h a a h ts K R G K K W ss J S B S K R K K G S K R G K K W s?? ?? ? ? ? ? ? （ 212） 式中 , 221c m a s sJ J J G J G? ? ?, 221s m a s sB B B G B G? ? ? , 2fsKK G? , ??tWs為控制器函數(shù)的拉氏變換。 圖 24 EPS 控制框圖 直流電動(dòng)機(jī) 16 直流電動(dòng)機(jī)是 EPS系統(tǒng)的執(zhí)行單元 ,在該系統(tǒng)中 起著重要的作用 。 圖 25 直流電動(dòng)機(jī)原理圖 如上圖所示，給兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖（ a）所示，則有直流電流從電刷 A流入，經(jīng)過 線圈 abcd，從電刷 B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體 ab 和 cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（ b）所示的位置，電刷 A和換向片 2接觸，電刷 B和換向片 1接觸，直流電流從電刷 A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是 dcba，從電刷 B流出。 此時(shí)載流導(dǎo)體 ab 和 cd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流 的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方
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