EPS系统的结构及工作原理.docx

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1、EPS系统的结构及工作原理2.1电子控制式电动助力转向系统的基本工作原理电子控制式电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上，增加信号传感装置、电子控制装置和转向助力机构。它是利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向。不转向时，电动机不工作；转向时，转矩传感器检测到的转向盘转矩和旋转方向信号输送给控制单元，控制单元根据转矩大小及其方向和从车速传感器传来的车速信号向电动机发出指令，电动机输出相应大小及方向的转矩以产生助力。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2.1电控助力转向系统2.2电子控制式电动助力转向系统的分类根据电动机驱动部位的不同，将电动助力转

2、向系统分为三类：转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式。图2.1为转向轴助力式转向系统原理图。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。其特点是结构紧凑、所测取的转矩信号与控制直流电机助力的响应性较好。这种类型一般在轿车上使用。小齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只是整体安装在转向小齿轮处，直接给小齿轮助力，可获得较大的转向力。该型式可使各部件布置更方便，但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上，其助力控制特性难以保证准确。齿条助力式转向系统的转矩传感

3、器单独地安装在小齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种：一种是电动机做成中空的，齿条从中穿过，电动机动力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统，由于电动机位于齿条壳体内，结构复杂、价格高、维修也很困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立，电动机动力经另一小齿轮传给齿条，由于易于制造和维修，成本低，已取代了第一代产品。因为齿条由一个独立的齿轮驱动，可给系统较大的助力，主要用于重型汽车。2.3电子控制式电动助力转向系统的组成结构及特

4、点分析2.3.1EPS的关键部件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等组成。2.3.2扭矩传感器和车速传感器扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小与方向，以及转向盘转角的大小和方向。车速传感器的功能是测量汽车行驶速度。这些信号都是EPS的控制信号。扭矩测量系统比较复杂且成本较高，所以精确、可靠、低成本的扭矩传感器是决定EPS能否占领市场的关键因素之一。目前采用较多的是在转向轴位置加一扭杆，通过测量扭杆的变形得到扭矩。另外也有采用非接触式扭矩传感器。图2.2所示的非接触式扭矩传感器中有一对磁极环，其原理是：当输入轴与输出

5、轴之间发生相对扭转位移时，磁极环之间的空气间隙发生变化，从而引起电磁感应系数变化。非接触式扭矩传感器的优点是体积小，精度高，缺点是成本较高。图2.2非接触式扭矩传感器2.3.3电动机电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助扭矩，是EPS的动力源。多采用无刷永磁式直流电动机。电动机对EPS的性能有很大影响，是EPS的关键部件之一，所以EPS对电动机有很高要求，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。为此，设计时常针对EPS的特点，对电动机的结构做一些特殊的处理，如沿转子的表面开出斜槽或螺旋槽，定子磁铁设计成不等

6、厚等。2.3.4减速机构EPS的减速机构与电动机相连（见图2.3），起降速增扭作用。常采用蜗轮蜗杆机构，也有采用行星齿轮机构。有的EPS还配用离合器，装在减速机构一侧，是为了保证EPS只在预先设定的车速行驶范围内起作用。当车速达到某一值时，离合器分离，电动机停止工作，转向系统转为手动转向。另外，当电动机发生故障时，离合器将自动分离。图2.3减速机构2.3.5电子控制单元电子控制单元（ECU）的功能是根据扭矩传感器信号和车速传感器信号，进行逻辑分析与计算后，发出指令，控制电动机和离合器的动作（见图2.3）。此外，ECU还有安全保护和自我诊断功能，ECU通过采集电动

7、机的电流、发电机电压、发动机工况等信号判断其系统工作状况是否正常，一旦系统工作异常，助力将自动取消，同时ECU将进行故障诊断分析。ECU通常是一个8位单片机系统，也有采用数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)作为控制单元[5]。控制系统与控制算法也是EPS的关键之一，控制系统应有强抗干扰能力，以适应汽车多变的行驶环境。控制算法应快速正确，满足实时控制的要求，并能有效地实现理想的助力规律与特性。