EPS . คืออะไร

EPS . คืออะไร

1. ภาพรวม

ระบบพวงมาลัยเพาเวอร์ไฟฟ้า EPS (พวงมาลัยเพาเวอร์ไฟฟ้า) เป็นระบบพวงมาลัยพาวเวอร์ที่อาศัยมอเตอร์โดยตรงในการให้แรงบิดเสริม เมื่อเทียบกับระบบพวงมาลัยเพาเวอร์ไฮดรอลิกแบบเดิม HPS (พวงมาลัยเพาเวอร์ไฮดรอลิก) ระบบ EPS มีข้อดีหลายประการ: เฉพาะเมื่อต้องใช้พวงมาลัย เฉพาะเมื่อมอเตอร์เริ่มทำงานเพื่อสร้างกำลังเท่านั้น สามารถลดการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ได้ สามารถให้ความช่วยเหลือด้านกำลังที่ดีที่สุดภายใต้สภาวะการขับขี่ต่างๆ และลดการรบกวนของแรงบิดเอาต์พุตของมอเตอร์ที่เกิดจากพื้นผิวถนนที่ไม่เรียบ เพื่อช่วยระบบผ่านการทำงานของอุปกรณ์ส่งกำลัง ปรับปรุงลักษณะการบังคับเลี้ยวของรถและปรับปรุงความปลอดภัยเชิงรุกของรถ หากไม่มีวงจรไฮดรอลิก การปรับและตรวจจับจะง่ายขึ้น ระดับการประกอบอัตโนมัติจะสูงขึ้น และสามารถจับคู่กับรุ่นต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วด้วยการตั้งค่าโปรแกรมต่างๆ ทำให้วงจรการผลิตและการพัฒนาสั้นลง ไม่มีปัญหาน้ำมันรั่วไหลและลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

ระบบ EPS เป็นแนวโน้มการพัฒนาระบบพวงมาลัยพาวเวอร์ในอนาคต

แผนภาพโครงสร้าง EPS

รูปที่ 1 แผนภาพโครงสร้าง EPS

ดังแสดงในรูปที่ 1 EPS ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์แรงบิด เซ็นเซอร์ความเร็วรถ มอเตอร์ไฟฟ้า กลไกการชะลอตัว และหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) เซ็นเซอร์จะตรวจจับขนาดและทิศทางของแรงบิดหรือมุมที่เกิดจากพวงมาลัยระหว่างการควบคุมพวงมาลัยของผู้ขับขี่ และแปลงข้อมูลที่จำเป็นเป็นสัญญาณดิจิตอลและป้อนข้อมูลไปยังชุดควบคุม ในที่สุด คำสั่งออกให้ขับมอเตอร์ให้ทำงาน และแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ได้รับความช่วยเหลือจากการทำงานของอุปกรณ์ส่งกำลัง ดังนั้น ทอร์กเซนเซอร์จึงเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในระบบ EPS เซ็นเซอร์แรงบิดมีหลายประเภท ส่วนใหญ่รวมถึงเซ็นเซอร์แรงบิดโพเทนชิออมิเตอร์ เซ็นเซอร์แรงบิดเกจวัดความต้านทานโลหะ เซ็นเซอร์แรงบิดแบบไม่สัมผัส ฯลฯ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี จะมีเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงขึ้นและต้นทุนที่ต่ำลง

2. เซ็นเซอร์แรงบิดโพเทนชิออมิเตอร์

โพเทนชิออมิเตอร์ทอร์คเซนเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทแขนหมุนเป็นส่วนใหญ่ ประเภทเฟืองดาวเคราะห์แบบสองขั้นตอน และประเภททอร์ชันบาร์ ในหมู่พวกเขา การวัดทอร์ชันบาร์มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีความน่าเชื่อถือค่อนข้างสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงแรกๆ

2.1 โครงสร้างและหลักการของทอร์ชบาร์ทอร์คเซนเซอร์ใน EPS

เซ็นเซอร์วัดแรงบิดของทอร์ชันบาร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสปริงบาร์ทอร์ชั่น คอนเวอร์เตอร์แบบเปลี่ยนตำแหน่งมุม และโพเทนชิออมิเตอร์ หน้าที่หลักของสปริงบาร์ทอร์ชั่นคือการตรวจจับแรงบิดที่ผู้ขับขี่กระทำบนพวงมาลัยและแปลงให้เป็นมุมการหมุนที่สอดคล้องกัน ตัวแปลงมุม-ดิสเพลสเมนต์คอนเวอร์เตอร์เป็นคู่ของกลไกลาน ซึ่งแปลงมุมการหมุนสัมพัทธ์ของปลายทั้งสองของสปริงบาร์ทอร์ชั่นไปเป็นการกระจัดตามแนวแกนของปลอกเลื่อน ซึ่งประกอบด้วยลูกแข็ง ร่องเกลียว และ ตัวเลื่อน ตัวเลื่อนสามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่เป็นเกลียวที่สัมพันธ์กับเพลาอินพุต ในขณะที่ตัวเลื่อนจะติดตั้งบนเพลาส่งออกผ่านพิน และสามารถเคลื่อนที่ในแนวตั้งที่สัมพันธ์กับเพลาส่งออกได้ ดังนั้น เมื่อเพลาอินพุตหมุนสัมพันธ์กับเพลาส่งออก ตัวเลื่อนจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งตามทิศทางการหมุนของเพลาอินพุตและปริมาณการหมุนที่สัมพันธ์กับเพลาส่งออก เมื่อหมุนพวงมาลัย แรงบิดจะถูกส่งไปยังทอร์ชันบาร์ และทิศทางของเพลาอินพุตที่สัมพันธ์กับเพลาส่งออกจะเบี่ยงเบนไป ส่วนเบี่ยงเบนคือการเคลื่อนที่ของตัวเลื่อน การเคลื่อนที่ของทิศทางแกนเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นมุมการหมุนของคันโยกของโพเทนชิออมิเตอร์ การเคลื่อนที่ของหน้าสัมผัสแบบเลื่อนบนเส้นความต้านทานทำให้ค่าความต้านทานของโพเทนชิออมิเตอร์เปลี่ยนไปตามนั้น และการเปลี่ยนแปลงของ ความต้านทานจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าผ่านโพเทนชิออมิเตอร์ ด้วยวิธีนี้ สัญญาณแรงบิดจะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้า

2.2 การออกแบบเซ็นเซอร์แรงบิดทอร์ชันบาร์

ทอร์ชันบาร์เป็นส่วนสำคัญของเซ็นเซอร์แรงบิดของทอร์ชันบาร์ทั้งหมด ดังนั้น กุญแจสำคัญในการออกแบบเซ็นเซอร์แรงบิดของทอร์ชันบาร์คือการออกแบบของทอร์ชันบาร์ ทอร์ชันบาร์เชื่อมต่อกับเพลาพวงมาลัยผ่านร่องฟันเฟืองแบบละเอียด และปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับเพลาเอาท์พุตของพวงมาลัยผ่านพินเรเดียล (เส้นผ่านศูนย์กลาง D) โครงสร้างพื้นฐานแสดงในรูปที่ 2

โครงสร้างทอร์ชันบาร์ทรงกระบอก

รูปที่ 2 แผนภาพโครงสร้างของทอร์ชันบาร์ของส่วนทรงกระบอก

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของโครงสร้างปลายของทอร์ชันบาร์

d{{0}}(1.15~1.25)d ความยาว L=(0.5~0.7)d เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดมากเกินไป เมื่อใช้เนื้อมากเกินไป รัศมี R=(3~5)d ความยาวประสิทธิผลของแท่งทอร์ชันคือ l , d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของความยาวจริงของแท่งทอร์ชัน

ความฝืดบิด k ของทอร์ชันบาร์เป็นปริมาณทางกายภาพที่สำคัญของทอร์ชันบาร์ ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยอ้างอิงจากสูตรต่อไปนี้

เมื่ออยู่ภายใต้แรงบิด T ความเค้นเฉือนแบบบิด τ และมุมการเสียรูป φ ตามลำดับ:

ความฝืดของแรงบิดคือ:

โดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งทอร์ชัน d, ความยาวจริง, โมเมนต์ Ip ของความเฉื่อย, ค่าสัมประสิทธิ์ส่วนแรงบิด Zi

รูปที่ 3 แสดงเส้นโค้งทดสอบของทอร์ชันบาร์ของเซ็นเซอร์ทอร์ค และความชันของเส้นโค้งคือความฝืดของแรงบิด k

เซ็นเซอร์วัดแรงบิดทอร์ชันบาร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน EPS รุ่นแรก แต่เนื่องจากเป็นประเภทสัมผัส แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานจึงทำให้สวมใส่ได้ง่ายและส่งผลต่อความแม่นยำ และจะค่อยๆ หมดไป

3. เซ็นเซอร์แรงบิดของเกจวัดความต้านทานโลหะ

การวัดแรงบิดของเซ็นเซอร์ใช้เทคโนโลยีการวัดความเครียดด้วยไฟฟ้า สะพานวัดถูกสร้างขึ้นโดยการวางเกจวัดความเครียดบนเพลายางยืด เมื่อเพลายางยืดผิดรูปเล็กน้อยจากแรงบิด ค่าความต้านทานของสะพานจะเปลี่ยนไป และการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานของสะพานความเครียดจะถูกแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้ทราบถึงการวัดแรงบิด เซ็นเซอร์เสร็จสิ้นการแปลงข้อมูลต่อไปนี้:

เซนเซอร์ประกอบด้วยเพลายืดหยุ่น สะพานวัด เครื่องขยายเสียง และวงจรอินเทอร์เฟซ แกนยางยืดเป็นองค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อน ซึ่งจะสร้างแรงกดสูงสุดและความเค้นแรงดึงในทิศทาง 45 องศาและ 135 องศา ในขณะนี้ ความเค้นหลักและความเค้นเฉือนมีค่าเท่ากัน สูตรการคำนวณคือ:

โดยที่ τ—ความเครียดหลัก เท่ากับ σ ณ เวลานี้

Wp—โมเมนต์ขั้วของส่วนเพลา

สะพานวัดสามารถใช้เกจวัดความต้านทานเซมิคอนดักเตอร์และเชื่อมต่อเพื่อสร้างสะพานเต็มส่วนต่าง ซึ่งแรงดันเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับแรงบิดที่ได้รับจากเพลาบิด ความต้านทานของสเตรนเกจ R{{0}}R2=R3=R4=R0 สามารถหาได้จากสูตรต่อไปนี้:

โมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุแกน E

ยู - แรงดันไฟของสะพาน

S - ค่าสัมประสิทธิ์ความไวของเกจวัดความต้านทาน

วงจรขยายเสียงใช้วงจรขยายสัญญาณสำหรับอุปกรณ์ ซึ่งประกอบด้วยวงจรขยายสัญญาณสำหรับอุปกรณ์พิเศษ และยังประกอบด้วยวงจรออปแอมป์เดี่ยวสามวงจร ปัจจัยการขยายคือ K และแรงดันไฟฟ้าที่ขยาย V คือ:

เพื่อให้มีความแม่นยำสูงร่วมกัน ค่าสัมประสิทธิ์ความไวจะต้องคงที่

ในเซ็นเซอร์แรงบิดของเกจวัดความต้านทานโลหะ คีย์ทางเทคนิคที่ต้องแก้ไขคือ:

(1) พื้นที่ทำงานของเพลายางยืดไม่ควรเกิน 1/3 ของพื้นที่ยืดหยุ่น และใช้ส่วนเริ่มต้น เพื่อลดข้อผิดพลาดฮิสเทรีซิส ให้เลือกเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาที่ใหญ่ที่สุดตามดัชนีความจุเกิน

(2) ใช้เครื่องวัดความเครียดแบบฟูลบริดจ์แบบไวต่อแรงกดแบบซิลิคอนชนิด LM ซึ่งมีความไวที่ดีกว่าและไม่เชิงเส้นขนาดเล็ก

(3) การใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีความแม่นยำสูง

4. เซ็นเซอร์แรงบิดแบบไม่สัมผัส

เซ็นเซอร์แรงบิดแบบไม่สัมผัส

รูปที่ 4 แสดงโครงสร้างทั่วไปของเซ็นเซอร์แรงบิดแบบไม่สัมผัส เพลาอินพุตและเพลาส่งออกเชื่อมต่อกันด้วยทอร์ชันบาร์ เพลาอินพุตมีเส้นโค้ง และเพลาส่งออกมีรูกุญแจ เมื่อทอร์ชันบาร์บิดโดยโมเมนต์การหมุนของพวงมาลัย ตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างเส้นโค้งบนเพลาอินพุตและรูกุญแจบนเพลาส่งออกจะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงการกระจัดสัมพัทธ์ของเส้นโค้งและรูกุญแจเท่ากับการบิดของแกนบิด เพื่อให้ความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กบนเส้นโค้งเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าผ่านขดลวด ส่วนความถี่สูงของสัญญาณถูกกรองโดยวงจรตรวจจับ และขยายเฉพาะส่วนสัญญาณแรงบิดเท่านั้น เนื่องจากวิธีการทำงานแบบไม่สัมผัส เซ็นเซอร์แรงบิดแบบไม่สัมผัสจึงมีอายุการใช้งานยาวนาน มีความน่าเชื่อถือสูง ไม่ไวต่อการสึกหรอ มีความล่าช้าน้อยกว่า และได้รับผลกระทบจากการโก่งตัวของเพลาและออฟเซ็ตตามแนวแกนน้อยกว่า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในขณะนี้ ในรถยนต์และยานพาหนะขนาดเล็ก เป็นผลิตภัณฑ์หลักของเซ็นเซอร์ EPS

5. เซ็นเซอร์แรงบิดอื่นๆ

รูปที่ 5 แสดงโครงสร้างและหลักการวัดของเซ็นเซอร์วัดแรงบิดที่ตรวจจับแรงบิดโดยการตรวจจับความแตกต่างของเฟส เซ็นเซอร์นี้มีลักษณะเฉพาะของความแม่นยำสูงและความสามารถในการทำซ้ำสูง หลักการวัดมีดังนี้ ติดตั้งเฟืองที่ปลายแต่ละด้านของแกนทอร์ชั่น และติดตั้งเซ็นเซอร์แม่เหล็กไฟฟ้าตรงข้ามกับผิวฟัน และสามารถเหนี่ยวนำสัญญาณ AC แบบไม่สัมผัส 2 ตัวพร้อมเพลากำลังจากเซ็นเซอร์ได้ นำความแตกต่างของเฟสของสัญญาณออก และใส่สัญญาณนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงและมีเสถียรภาพสูงซึ่งสร้างโดยคริสตัลออสซิลเลเตอร์ระหว่างความแตกต่างของสองเฟส จากสัญญาณนาฬิกานี้ แรงบิดที่ใช้สามารถวัดได้อย่างแม่นยำโดยการใช้เทคโนโลยีการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลอย่างชาญฉลาด

แผนผังโครงสร้างและหลักการวัดของเซ็นเซอร์วัดแรงบิดที่ตรวจจับแรงบิดด้วยวิธีการตรวจจับความแตกต่างของเฟส

6. แนวโน้มการพัฒนาของเซ็นเซอร์แรงบิด EPS

ด้วยการปรับปรุงและพัฒนาระบบ EPS อย่างต่อเนื่อง ความต้องการที่สูงขึ้นจึงถูกหยิบยกมาเพื่อความถูกต้อง ความน่าเชื่อถือ และความเร็วในการตอบสนองของเซ็นเซอร์แรงบิด เซ็นเซอร์แรงบิด EPS กำลังแสดงแนวโน้มการพัฒนาต่อไปนี้:

(1) ระบบการทดสอบกำลังพัฒนาไปสู่การย่อขนาด! การแปลงเป็นดิจิทัล ความฉลาด การจำลองเสมือน และการสร้างเครือข่าย

(2) การพัฒนาจากฟังก์ชันเดียวเป็นมัลติฟังก์ชั่น รวมถึงการชดเชยตัวเอง การแก้ไขตัวเอง การปรับตัวเอง การวินิจฉัยตนเอง การตั้งค่าระยะไกล การรวมสถานะ การจัดเก็บข้อมูลและหน่วยความจำ

(3) พัฒนาไปสู่การย่อขนาดและบูรณาการ ส่วนการตรวจจับของเซ็นเซอร์สามารถย่อให้เล็กลงได้ด้วยการออกแบบที่มีเหตุผลและการปรับโครงสร้างให้เหมาะสม และชิ้นส่วน IC สามารถรวมส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์และตัวต้านทานให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในส่วนประกอบ IC ตัวเดียว ซึ่งช่วยลดจำนวนส่วนประกอบภายนอก

(4) พัฒนาจากการทดสอบแบบคงที่ไปจนถึงการทดสอบออนไลน์แบบไดนามิก