豐田卡羅拉電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(eps)

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1、豐田卡羅拉電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）一、功能電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),能顯著改善汽車動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境污染等。因此,該系統(tǒng)一經(jīng)提出,就受到許多大汽車公司的重視,并進(jìn)行開發(fā)和研究。未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,EPS將成為主流。與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:①不轉(zhuǎn)向時(shí)不消耗功率,與液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,可降低燃油消耗3%～5%;②改善車輛操縱性能,助力大小可通過控制單元中的軟件來控制,容易實(shí)現(xiàn)隨車速等的變化而變化;③結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕

2、;④工作噪音小;⑤結(jié)構(gòu)比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,無油泵、液壓油、橡膠軟管、油罐等;⑥符合環(huán)保要求,車輛報(bào)廢時(shí),不需處理液壓油、橡膠軟管等,也無液壓油的泄漏問題;⑦安裝簡(jiǎn)化(特別對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置和中置的車輛,可節(jié)省裝配時(shí)間)。二、組成1、卡羅拉EPS由以下部件構(gòu)成(見下圖):1)轉(zhuǎn)向扭矩傳感器。它通過檢測(cè)彈性扭轉(zhuǎn)桿因方向盤的扭矩所產(chǎn)生的變形角度來測(cè)量方向盤操縱力矩,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)并輸出至EPSECU,ECU據(jù)此決定對(duì)EPS馬達(dá)提供多大的電壓。這是轉(zhuǎn)向控制的重要信號(hào)。2)轉(zhuǎn)向電機(jī)。裝于轉(zhuǎn)向管柱的中部,是助力轉(zhuǎn)向的動(dòng)力來源。3)減速裝置。采

3、取與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)殼配套的循環(huán)滾珠式減速機(jī)構(gòu),將電動(dòng)機(jī)傳來的轉(zhuǎn)速降低,獲得更大的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩,以便足以驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。4)轉(zhuǎn)角傳感器。向EPSECU反饋轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的轉(zhuǎn)角大小和轉(zhuǎn)向,便于EPSECU對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向過程進(jìn)行準(zhǔn)確控制。5)齒條軸的外殼。6)左右橫拉桿。7)EPSECU。2.轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)向扭矩傳感器包括分相器單元1與分相器單元2兩部分,分別安裝在方向盤的輸入軸和轉(zhuǎn)向小齒輪的輸出軸上(見圖2、3)。圖2　卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器裝配圖圖3　卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的分解圖1)轉(zhuǎn)子部分由上下兩層構(gòu)成,均裝有轉(zhuǎn)矩傳感器線圈。輸入軸

4、和輸出軸由一根細(xì)金屬銷剛性連接成一體,轉(zhuǎn)子軸上方有連接用的銷孔(如圖3所示)。輸入軸由汽車方向盤直接驅(qū)動(dòng),再通過金屬銷、彈性扭轉(zhuǎn)桿的傳遞來驅(qū)動(dòng)輸出軸;輸出軸小齒輪推動(dòng)齒條平移,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪向左或向右轉(zhuǎn)向。2)定子部分也有上下兩層線圈,分別對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的上下部分。定子線圈有2種,分別是勵(lì)磁線圈和檢測(cè)線圈。勵(lì)磁線圈對(duì)轉(zhuǎn)子部分的線圈通過電磁感應(yīng)起勵(lì)磁作用;檢測(cè)線圈用于檢測(cè)輸入、輸出軸的上下轉(zhuǎn)角差(轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩),向EPSECU輸送電信號(hào),這個(gè)電信號(hào)是定子線圈上兩列正弦波的相位差(如圖4所示),反映此時(shí)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩大小。相位差越大,轉(zhuǎn)矩越大

5、。圖4　檢測(cè)線圈的相位差3.轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理豐田卡羅拉轉(zhuǎn)角傳感器屬于電磁感應(yīng)式傳感器,它及時(shí)將轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向角度信號(hào)反饋給EPSECU,形成一個(gè)閉環(huán)控制。這個(gè)傳感器轉(zhuǎn)子為凸臺(tái)式,轉(zhuǎn)子與助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體,由圖5可見轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與感應(yīng)凸臺(tái)。轉(zhuǎn)向傳感器的定子線圈呈圓環(huán)狀(圖5中的轉(zhuǎn)角傳感器),裝在助力電動(dòng)機(jī)定子線圈端面,感應(yīng)凸臺(tái)隨助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),通過電磁感應(yīng)原理,檢測(cè)出助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。4.助力電動(dòng)機(jī)的電源由于目前汽車蓄電池的電壓只有12V,助力電動(dòng)機(jī)的功率非常有限。為了提高轉(zhuǎn)向助力的力矩,豐田卡羅拉助

6、力電機(jī)的電源為27～34V的三相交流電壓。其EPSEUC中還專門設(shè)置有提升電壓的逆變器和電感儲(chǔ)能線圈,由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)為27～34V的電路完成。駕駛員操縱方向盤時(shí),助力電動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小自動(dòng)輸出27～34V的可變電壓。一、工作原理EPS是由EPSECU控制轉(zhuǎn)向電機(jī)工作來實(shí)現(xiàn)助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員打方向時(shí),方向盤通過傳動(dòng)軸的花鍵轂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸),轉(zhuǎn)向主軸再通過金屬銷帶動(dòng)彈性扭轉(zhuǎn)桿;彈性扭轉(zhuǎn)桿下端是小齒輪(輸出軸),小齒輪與轉(zhuǎn)向齒條嚙合產(chǎn)生動(dòng)力輸出,驅(qū)動(dòng)車輪向左或向右偏擺而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。與此同時(shí),助力的過程也

7、在進(jìn)行,由于彈性扭轉(zhuǎn)桿比較細(xì)長(zhǎng),受到來自轉(zhuǎn)向主軸的扭矩時(shí),很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,因此,輸入軸與輸出軸之間產(chǎn)生上下轉(zhuǎn)角差,扭矩越大轉(zhuǎn)角差越大;轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)角差大小并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸給EPSECU;EPSECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩大小輸出不同驅(qū)動(dòng)電壓,以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力,轉(zhuǎn)矩越大輸出的驅(qū)動(dòng)電壓越高,驅(qū)動(dòng)電壓在27～34V變化。但當(dāng)駕駛員未打方向或車輛直線行駛時(shí),助力電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)助力電動(dòng)機(jī)的電壓為零。轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)的電流由EPSECU控制,隨車速變化而變化,EPSECU根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩值及車速大小計(jì)算所需輸出電流并控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。由圖6可見

8、,車速越高,轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的電流越小;車速越低,轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的電流越大。因此,轉(zhuǎn)向助力的大小由兩個(gè)因素決定,即方向盤輸入扭矩與車輛的行駛速度。電動(dòng)助力系統(tǒng)的控制:當(dāng)車輛速度低時(shí),轉(zhuǎn)向沉重,這時(shí)需要大的助力。由于車速低,EPSECU供給助