EPS就是英文Electric Power Steering的缩写,即电动助力转向系统。


EPS工作原理
微电脑控制单元根据转向传感装置和车速传感器传出的信号,确定转向助力的大小和方向,并驱动电机辅助转向操作。

EPS种类
C型
一种机电一体化的新一代汽车智能助力转向装置。在不同车况下汽车转向时,它通过电子控制装置,使转向助力电机产生所需的辅助助力,达到操纵稳定、转向轻巧、行驶安全,使驾驶员行车有良好的舒适感。
特点:
1. 适应性强:可根据不同车型选用和定制汽车电动助力转向管柱和控制器,同时进行助力匹配,可广泛应用在0.6-1.8L排量的经济型汽车和微型汽车。
2. 结构紧凑,安装方便,所需安装空间小;
3. 低速时转向轻便,高速时操纵稳定,回正性能优良;
4. 可靠性高,免维护;
5. 具有自诊断和安全控制功能。
P型
由EPS控制器、扭矩传感器、电机总成和减速装置组成,是新一代汽车电动助力转向装置。通过将电力辅助单元配置到转向装置的齿轮轴,实现了小型轻量化,可直接安装在驾驶舱内,机械结构更易于整体安装,与液压助力转向器的尺寸大小相当;扭矩传感器安装在助力转向器内部。
R型
通过EPS辅助单元与齿条轴的一体化,提高了轻量化及装配紧密性。直接辅助齿条轴,实现了低惯性、低摩擦、高效率,提高了驾驶舒适感,达到了高输出化。
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EPS优点
1.电动助力转向能改善汽车的转向助力特性,提高汽车的轻便性和安全性。
2.电动助力转向只在转向时电动机才提供助力,能减少能量消耗。
3.电动助力转向零件比液压动力转向减少,质量更轻、结构更紧凑,在安装位置选择方面也更容易,并且能降低噪声。
4.电动助力转向没有液压回路,比液压动力转向更易调整和检测,装配自动化程度更高,能缩短生产和开发周期。
5.电动助力转向不存在渗油问题,可大大降低保修成本,减小对环境的污染。
6.电动助力转向比液压动力转向具有更好的低温工作性能。 


EPS主要结构
通常,EPS由检测驾驶者的转向操作扭矩的扭矩传感器、根据扭矩信号计算助力扭矩并控制电机驱动的EPS ECU、产生助力的电机、使电机驱动力传递至转向机构的减速器等构成。
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EPS的构成 ▲

EPS有刷直流电机
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正德智控有刷直流电机在电刷和整流子转动的同时切换电流,所以接通电源就能转动,成本较低。

扭矩传感器     
扭矩传感器是检测驾驶者转向操作扭矩的传感器,是检测EPS所需基本信息的重要装置,其构造如下图所示,由设置于转向轴上的扭力杆和检测扭力杆扭转角度的传感器构成。
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扭矩传感器的构造 ▲

EPS的扭矩传感器是非常重要的部件,所以常用的类型是能够确保可靠性的非接触式。接下来,对非接触式扭矩传感器中3种主要方式进行说明。
(1)磁感应式磁感应式是指安装于扭力杆上下位置的检测线圈和补偿线圈的凹凸相对位置随着扭力杆的扭转而变化,并通过外侧设置的检测线圈获取相应磁路变化的方式,且这种方式的扭矩传感器已被广泛应用。
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磁感应式扭矩传感器(出处:JETKT) ▲

(2)霍尔集成电路式霍尔集成电路式是在扭力杆上布置多极磁体,通过周围设置的磁束环使扭力杆扭转产生的磁力不平衡得以聚合,并使用霍尔集成电路的方式。霍尔集成电路具有温度特性,有的可在集成电路内完成修正,且满足实用条件。
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霍尔集成电路式扭矩传感器 ▲

(3)双旋转变压器式双旋转变压器式是在扭力杆的上下位置装有转角传感器(旋转变压器),直接检测各转角值,依据其差量计算扭转量,并换算成扭矩的方式。
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双旋转变压器式扭矩传感器(出处:JETKT) ▲

直接使用转角传感器,不仅能检测扭矩,还能检测转向操作角度。另外,如果扭矩传感器要使用旋转变压器,则需在ECU侧设置电路。

EPS ECU     
EPS ECU由用于控制的微控制器、用于监测的集成电路(有时为微控制器)、电机的驱动电路(驱动电路和转换电路)、通断电机路径及电源路径的继电器、接收外部信号的接口电路等构成。电机驱动电路的作用是对功率元件MOSFET实施通断的PWM控制。
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EPS ECU的电路示例(无刷) ▲



EPSECU的印制电路板如下图所示,由排除电源线路中干扰所需的线圈、吸收电流变动所需的电解电容器、通断电源所需的电源继电器等构成。由于要求印制电路板的体积不能太大,有些类型的印制电路板搭载半导体继电器。
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EPS ECU的构成示例(有刷) ▲

控制
EPS的助力控制如下图所示,可分为助力基本控制、助力辅助控制、电机电流控制、失效保护处理。各厂商的控制方法有所不同,此处对常见的控制方法进行说明。

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EPS控制的示例 ▲

(1)助力基本控制为了补偿系统对扭矩传感器信号的响应延迟量,应实施相位补偿。根据相位补偿后的值,确定助力量。这些控制与车辆特性紧密相关,大多以图谱形式设定。此外,也可以通过车速调节助力量,施加车速感应特性。之后,加上辅助控制量,将最终助力指令值交给电流控制部分。
(2)助力辅助控制方向盘不仅受驾驶者的转向操作支配,当路面对轮胎施加扭矩时,也会出现方向盘转动的状况。所以,除了常规的助力基本控制,还应实施助力辅助控制。主要的助力辅助控制为:排除电机的惯性力矩影响时,为了平稳助力进行“惯性补偿”;转向后由于回正转矩使方向盘回位时,进行对应的回位修正;松手后回位时等,为了充分使方向盘稳定进行“阻尼修正”;由于电机或机构部分的摩擦引起的助力延迟,进行对应的摩擦修正。修正量与助力图相同,是依据车辆特性改变的值,都应在匹配后确定。
(3)电机电流控制为了使电机实时跟踪上述电机电流指令值,就需要控制电机的电流。通常是在检测出电机电流之后,修正指令值对应的差量,即反馈控制。并且,按求取助力指令值的一半周期,设定电机电路控制周期。基本上,针对指令值和电流检测值的差量,可实施PI(比例积分)控制,转换为电压指令值,并将此电压指令转换为PWM的占空比,通过此占空比通断MOSFET,控制电机。
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PWM控制(有刷) ▲

此外,使用无刷电机时,电机电流控制通常为获取电机转角信号的矢量控制,此时矢量的d轴、q轴同样要进行反馈PI控制。除了反馈控制,有的电机电流控制也采用观察器控制、模型匹配控制。
(4)失效保护EPS为了提供约10倍于驾驶者转向操作力的助力,需要在助力出现异常时迅速进行检测,并采取准确的应对措施(下表)。
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EPS最应该避免的异常状态除了异常过热,还有方向盘无法转动的方向盘锁死、方向盘随意自由转动的自由转。当确实检测出可能产生异常时,必须关闭系统。
因此,大多EPS采用监测驾驶者转向操作扭矩的方向和助力方向是否一致的联锁方式。但是,与其他系统协同工作的EPS已经实用化,助力方向不一定能与转向操作扭矩方向保持一致,所以在这种系统中,采用监测控制计算本身的方式。

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