Qu'est-ce que l'EPS
1. Vue d'ensemble
Le système de direction assistée électrique EPS (direction assistée électrique) est un système de direction assistée qui s'appuie directement sur le moteur pour fournir un couple auxiliaire. Comparé au système de direction assistée hydraulique traditionnel HPS (direction assistée hydraulique), le système EPS présente de nombreux avantages : uniquement lorsque la direction est requise. Uniquement lorsque le moteur est démarré pour générer de la puissance, il peut réduire la consommation de carburant du moteur ; il peut fournir la meilleure assistance électrique dans diverses conditions de conduite et réduire la perturbation du couple de sortie du moteur causée par la surface inégale de la route pour assister le système par l'action du dispositif de transmission. Améliorer les caractéristiques de direction de la voiture et améliorer la sécurité active de la voiture ; sans le circuit hydraulique, le réglage et la détection sont plus faciles, le degré d'automatisation de l'assemblage est plus élevé et il peut être rapidement associé à différents modèles en définissant différents programmes, raccourcissant le cycle de production et de développement ; non Il y a un problème de fuite d'huile et réduit la pollution de l'environnement.
Le système EPS est une tendance de développement du futur système de direction assistée.
Schéma de structure EPS
Figure 1 Diagramme de structure EPS
Comme le montre la figure 1, l'EPS est principalement composé d'un capteur de couple, d'un capteur de vitesse du véhicule, d'un moteur électrique, d'un mécanisme de décélération et d'une unité de commande électronique (ECU). Le capteur détecte l'amplitude et la direction du couple ou de l'angle généré par le volant pendant l'opération de direction du conducteur, convertit les informations requises en signaux numériques et les transmet à l'unité de commande. Enfin, la commande est émise pour amener le moteur à fonctionner, et le couple de sortie du moteur est assisté par l'action du dispositif de transmission. Par conséquent, le capteur de couple est l'un des composants les plus importants du système EPS. Il existe de nombreux types de capteurs de couple, notamment des capteurs de couple à potentiomètre, des capteurs de couple à jauge de contrainte à résistance métallique, des capteurs de couple sans contact, etc. Avec les progrès de la technologie, il y aura des capteurs avec une plus grande précision et un coût moindre.
2. Capteur de couple potentiomètre
Les capteurs de couple à potentiomètre peuvent être principalement divisés en type à bras en spirale, type à engrenage planétaire à deux étages et type à barre de torsion. Parmi eux, la mesure de la barre de torsion a une structure simple et une fiabilité relativement élevée, et a été largement utilisée au début.
2.1 Structure et principe du capteur de couple à barre de torsion en EPS
Le capteur de couple à barre de torsion est principalement composé d'un ressort à barre de torsion, d'un convertisseur angle-déplacement et d'un potentiomètre. La fonction principale du ressort à barre de torsion est de détecter le couple que le conducteur exerce sur le volant et de le convertir en l'angle de rotation correspondant. Le convertisseur angle de rotation-déplacement est une paire de mécanismes hélicoïdaux, qui convertissent l'angle de rotation relatif des deux extrémités du ressort de barre de torsion en déplacement axial du manchon coulissant, qui est composé d'une bille rigide, d'une rainure en spirale et d'un glissière. Le coulisseau peut se déplacer dans une direction hélicoïdale par rapport à l'arbre d'entrée, tandis que le coulisseau est monté sur l'arbre de sortie par l'intermédiaire d'une goupille et peut se déplacer dans une direction verticale par rapport à l'arbre de sortie. Par conséquent, lorsque l'arbre d'entrée tourne par rapport à l'arbre de sortie, le coulisseau se déplace verticalement selon le sens de rotation de l'arbre d'entrée et la quantité de rotation par rapport à l'arbre de sortie. Lorsque le volant est tourné, le couple est transmis à la barre de torsion et la direction de l'arbre d'entrée par rapport à l'arbre de sortie est déviée. La déviation est le mouvement du curseur, le mouvement de ces directions d'axe est converti en angle de rotation du levier du potentiomètre, le mouvement du contact glissant sur la ligne de résistance fait changer la valeur de résistance du potentiomètre en conséquence, et le changement de La résistance est convertie en tension via le potentiomètre. De cette manière, le signal de couple est converti en un signal de tension.
2.2 Conception du capteur de couple à barre de torsion
La barre de torsion est une partie importante de l'ensemble du capteur de couple à barre de torsion, de sorte que la clé de la conception du capteur de couple à barre de torsion est la conception de la barre de torsion. La barre de torsion est reliée à l'arbre du volant par une cannelure à développante à denture fine, et l'autre extrémité est reliée à l'arbre de sortie de la direction par une goupille radiale (diamètre D). La structure de base est illustrée à la figure 2.
Structure de barre de torsion à section cylindrique
Figure 2 Schéma de structure d'une barre de torsion à section cylindrique
Diamètre extérieur de la structure d'extrémité de la cannelure à développante dentée de la barre de torsion
d{{0}}(1.15~1.25)d, longueur L=(0.5~0.7)d, afin d'éviter une concentration excessive de contraintes, lors de l'utilisation d'un congé excessif, le rayon R=(3~5)d, la longueur effective de la barre de torsion est l , d est le diamètre de la longueur effective de la barre de torsion.
La rigidité en torsion k de la barre de torsion est une grandeur physique importante de la barre de torsion, qui peut être calculée en se référant à la formule suivante.
Lorsqu'il est soumis au couple T, sa contrainte de cisaillement de torsion τ et son angle de déformation φ sont respectivement :
Sa rigidité en torsion vaut :
Où d-diamètre de la barre de torsion, longueur effective, moment d'inertie Ip, coefficient de section de torsion Zi
La figure 3 montre la courbe d'essai d'une barre de torsion de capteur de couple, et la pente de la courbe est la rigidité en torsion k.
Le capteur de couple à barre de torsion était largement utilisé au début de l'EPS, mais comme il s'agit d'un type de contact, le frottement généré pendant le fonctionnement le rend facile à porter et affecte sa précision, et sera progressivement supprimé.
3. Capteur de couple de jauge de contrainte à résistance métallique
La mesure du couple du capteur adopte la technologie de mesure électrique de contrainte. Un pont de mesure est formé en collant une jauge de contrainte sur l'arbre élastique. Lorsque l'arbre élastique est légèrement déformé par le couple, la valeur de résistance du pont changera et le changement de la résistance du pont de contrainte sera converti en changement du signal électrique pour réaliser la mesure du couple. Le capteur effectue la conversion d'informations suivante :
Le capteur est composé d'un arbre élastique, d'un pont de mesure, d'un amplificateur d'instrument et d'un circuit d'interface. L'axe élastique est un élément sensible, qui génère des contraintes de compression et de traction maximales dans les directions de 45 degrés et 135 degrés. A ce moment, la contrainte principale et la contrainte de cisaillement sont égales. La formule de calcul est :
où τ - contrainte principale, égale à σ à ce moment
Wp—moment polaire de la section de l'arbre
Le pont de mesure peut utiliser des jauges de contrainte à résistance semi-conductrice et les connecter pour former un pont complet différentiel, dont la tension de sortie est proportionnelle au couple reçu par l'arbre de torsion. La résistance de la jauge de contrainte R{{0}}R2=R3=R4=R0, la formule suivante peut être obtenue :
Le module d'élasticité du matériau de l'axe E
u - tension d'alimentation du pont
S - Coefficient de sensibilité de la jauge de contrainte de résistance
Le circuit d'amplification adopte le circuit d'amplification pour instruments, qui est composé de circuits d'amplification pour instruments spéciaux, et est également composé de trois circuits d'ampli-op simples. Le facteur d'amplification est K et la tension amplifiée V est :
Afin d'avoir ensemble une grande précision, le coefficient de sensibilité doit être rendu constant.
Dans le capteur de couple de la jauge de contrainte à résistance métallique, la clé technique à résoudre est :
(1) La zone de travail de l'arbre élastique ne doit pas être supérieure à 1/3 de la zone élastique et prendre le segment initial. Afin de minimiser l'erreur d'hystérésis, sélectionnez le plus grand diamètre d'arbre en fonction de l'indice de capacité de surcharge.
(2) Une jauge de contrainte à pont complet sensible à la force de diffusion de silicium de type LM est utilisée, qui a une meilleure sensibilité et une faible non-linéarité.
(3), l'utilisation d'une alimentation régulée de haute précision.
4. Capteur de couple sans contact
Capteur de couple sans contact
La figure 4 montre une structure typique d'un capteur de couple sans contact. L'arbre d'entrée et l'arbre de sortie sont reliés par une barre de torsion, l'arbre d'entrée a des cannelures et l'arbre de sortie a une rainure de clavette. Lorsque la barre de torsion est tordue par le moment de rotation du volant, la position relative entre les cannelures sur l'arbre d'entrée et la rainure de clavette sur l'arbre de sortie est modifiée. Le changement de déplacement relatif de la cannelure et de la rainure de clavette est égal à la torsion de la tige de torsion, de sorte que l'intensité de l'induction magnétique sur la cannelure change, et le changement de l'intensité de l'induction magnétique est converti en un signal de tension à travers la bobine. La partie haute fréquence du signal est filtrée par le circuit de détection et seule la partie du signal de couple est amplifiée. En raison de la méthode de travail sans contact, le capteur de couple sans contact a une longue durée de vie, une grande fiabilité, n'est pas susceptible de s'user, a un délai plus court et est moins affecté par la déviation de l'arbre et le décalage axial. Il a été largement utilisé maintenant. Dans les voitures et les véhicules légers, c'est le produit principal des capteurs EPS.
5. Autres capteurs de couple
La figure 5 montre la structure et le principe de mesure d'un capteur de couple qui détecte le couple par détection de différence de phase. Ce capteur a les caractéristiques de haute précision et de haute répétabilité. Le principe de mesure est le suivant : installez un engrenage à chaque extrémité de l'arbre de torsion et installez un capteur électromagnétique à l'opposé de la surface de la dent, et deux signaux CA sans contact avec l'arbre de puissance peuvent être induits à partir du capteur. Retirez la différence de phase de son signal et insérez un signal d'horloge de haute précision et très stable généré par un oscillateur à cristal entre les deux différences de phase. Sur la base de ce signal d'horloge, le couple appliqué peut être mesuré avec précision grâce à une utilisation intelligente de la technologie de traitement numérique du signal.
Le schéma de structure et de principe de mesure du capteur de couple qui détecte le couple par la méthode de détection de différence de phase
6. La tendance de développement du capteur de couple EPS
Avec l'amélioration et le développement continus du système EPS, des exigences plus élevées sont mises en avant pour la précision, la fiabilité et la vitesse de réponse du capteur de couple. Les capteurs de couple EPS montrent les tendances de développement suivantes :
(1) Le système de test évolue vers la miniaturisation ! Numérisation, intelligence, virtualisation et mise en réseau ;
(2) Développement d'une fonction unique à une fonction multifonction, y compris l'auto-compensation, l'auto-correction, l'auto-adaptation, l'auto-diagnostic, le réglage à distance, la combinaison d'états, le stockage d'informations et la mémoire ;
(3) Évoluer vers la miniaturisation et l'intégration. La partie détection du capteur peut être miniaturisée grâce à une conception rationnelle et à l'optimisation de la structure, et la partie IC peut intégrer autant de composants semi-conducteurs et de résistances que possible dans un seul composant IC, réduisant ainsi le nombre de composants externes.
(4) Passer des tests statiques aux tests dynamiques en ligne.
