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1、豐田卡羅拉電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）一、功能電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)將最新的電力電子技術和高性能的電機控制技術應用于汽車轉向系統(tǒng),能顯著改善汽車動態(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)一經提出,就受到許多大汽車公司的重視,并進行開發(fā)和研究。未來的轉向系統(tǒng)中,EPS將成為主流。與其他轉向系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的突出優(yōu)勢體現(xiàn)在:①不轉向時不消耗功率,與液壓轉向系統(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,容易實現(xiàn)隨車速等的
2、變化而變化;③結構緊湊、重量輕;④工作噪音小;⑤結構比液壓轉向系統(tǒng)簡潔,無油泵、液壓油、橡膠軟管、油罐等;⑥符合環(huán)保要求,車輛報廢時,不需處理液壓油、橡膠軟管等,也無液壓油的泄漏問題;⑦安裝簡化(特別對于發(fā)動機后置和中置的車輛,可節(jié)省裝配時間)。二、組成1、卡羅拉EPS由以下部件構成(見下圖):1)轉向扭矩傳感器。它通過檢測彈性扭轉桿因方向盤的扭矩所產生的變形角度來測量方向盤操縱力矩,并將其轉變?yōu)殡娮有盘柌⑤敵鲋罞PSECU,ECU據(jù)此決定對EPS馬達提供多大的電壓。這是轉向控制的重要信號。2)轉向電機
3、。裝于轉向管柱的中部,是助力轉向的動力來源。3)減速裝置。采取與電機轉子內殼配套的循環(huán)滾珠式減速機構,將電動機傳來的轉速降低,獲得更大的轉動扭矩,以便足以驅動車輪轉向。4)轉角傳感器。向EPSECU反饋轉向助力電機的轉角大小和轉向,便于EPSECU對整個轉向過程進行準確控制。5)齒條軸的外殼。6)左右橫拉桿。7)EPSECU。2.轉向扭矩傳感器的結構與工作原理轉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向小齒輪的輸出軸上(見圖2、3)。圖2 卡羅拉轉向扭矩傳感器裝配圖
4、圖3 卡羅拉轉向扭矩傳感器的分解圖1)轉子部分由上下兩層構成,均裝有轉矩傳感器線圈。輸入軸和輸出軸由一根細金屬銷剛性連接成一體,轉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動,再通過金屬銷、彈性扭轉桿的傳遞來驅動輸出軸;輸出軸小齒輪推動齒條平移,驅動轉向輪向左或向右轉向。2)定子部分也有上下兩層線圈,分別對應轉子的上下部分。定子線圈有2種,分別是勵磁線圈和檢測線圈。勵磁線圈對轉子部分的線圈通過電磁感應起勵磁作用;檢測線圈用于檢測輸入、輸出軸的上下轉角差(轉向轉矩),向EPSECU輸送
5、電信號,這個電信號是定子線圈上兩列正弦波的相位差(如圖4所示),反映此時轉矩傳感器檢測到的轉矩大小。相位差越大,轉矩越大。圖4 檢測線圈的相位差3.轉角傳感器的結構與工作原理豐田卡羅拉轉角傳感器屬于電磁感應式傳感器,它及時將轉向電機的轉向及轉向角度信號反饋給EPSECU,形成一個閉環(huán)控制。這個傳感器轉子為凸臺式,轉子與助力電動機轉子連成一體,由圖5可見轉角傳感器的結構與感應凸臺。轉向傳感器的定子線圈呈圓環(huán)狀(圖5中的轉角傳感器),裝在助力電動機定子線圈端面,感應凸臺隨助力電動機轉子的轉動,通過電磁感應原
6、理,檢測出助力電動機轉子的轉角。4.助力電動機的電源由于目前汽車蓄電池的電壓只有12V,助力電動機的功率非常有限。為了提高轉向助力的力矩,豐田卡羅拉助力電機的電源為27～34V的三相交流電壓。其EPSEUC中還專門設置有提升電壓的逆變器和電感儲能線圈,由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉為27～34V的電路完成。駕駛員操縱方向盤時,助力電動機會根據(jù)轉向阻力大小自動輸出27～34V的可變電壓。一、工作原理EPS是由EPSECU控制轉向電機工作來實現(xiàn)助力的轉向系統(tǒng)。駕駛員打方向時,方向盤通過傳動軸的花鍵轂帶動
7、轉向主軸(輸入軸),轉向主軸再通過金屬銷帶動彈性扭轉桿;彈性扭轉桿下端是小齒輪(輸出軸),小齒輪與轉向齒條嚙合產生動力輸出,驅動車輪向左或向右偏擺而實現(xiàn)轉向。與此同時,助力的過程也在進行,由于彈性扭轉桿比較細長,受到來自轉向主軸的扭矩時,很容易產生扭轉變形,因此,輸入軸與輸出軸之間產生上下轉角差,扭矩越大轉角差越大;轉矩傳感器檢測轉角差大小并轉化為電信號輸給EPSECU;EPSECU根據(jù)轉矩大小輸出不同驅動電壓,以驅動轉向助力電動機產生助力,轉矩越大輸出的驅動電壓越高,驅動電壓在27～34V變化。但當駕
8、駛員未打方向或車輛直線行駛時,助力電動機不運轉,此時助力電動機的電壓為零。轉向助力電動機的電流由EPSECU控制,隨車速變化而變化,EPSECU根據(jù)轉向力矩值及車速大小計算所需輸出電流并控制馬達運轉。由圖6可見,車速越高,轉向助力電機的電流越小;車速越低,轉向助力電機的電流越大。因此,轉向助力的大小由兩個因素決定,即方向盤輸入扭矩與車輛的行駛速度。電動助力系統(tǒng)的控制:當車輛速度低時,轉向沉重,這時需要大的助力。由于車速低,EPSECU供給助
