轿车电动助力转向体系电机挑选及操控体系的规划doc

发布时间:2021-09-19 11:03:02   来源:亚洲城网页版

  轿车电动助力转向体系电机挑选及操控体系的规划 摘要:电动助力转向体系是对传统机械转向体系的立异,操控功用好,操作简便,转配敏捷,耗费动能少,燃油经济。剖析比较了几种常见的电动助力体系结构的优缺点,给出了相应的电机挑选准则,并进一步做出了相应的电机操控计划。 关键词:电机;助力;转向体系;功率 中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:T2012-03(03)-9031 Abstract: electric power steering system is on the traditional mechanical steering system innovation, control good performance, convenient operation, ZhuanPei rapidly, less kinetic energy consumption, fuel economy. Analysis and comparison of several common electric power system and the advantages and disadvantages of the structure, the corresponding motor selection principle, and further make the corresponding motor control scheme. Keywords: motor; Power; Steering system; power 1.导言 电动助力转向体系EPS(Electric Power Steering)是在传统的机械式转向体系的根底上,运用直流电机作为动力源,电子操控单元依据转向参数和车速等信号操控电机转矩的巨细和滚动方向。与传统的液压转向体系比较,电动助力转向体系直接经过电动机的输出给驾驭员供给助力,电动机只需在转向时才作业,在不进行转向时几乎没有动力耗费,使轿车具有更好的燃油经济性;一起具有轻型细巧,转配敏捷,易于调整,噪声及废油、废气污染小等长处。本文参阅已有的研讨成果,在剖析比较几种常见电动助力体系结构的优缺点根底上,给出了助力体系的电机挑选准则,并规划了一种依据单片机的电机操控计划,这关于展开电动助力转向体系的研讨具有必定的参阅价值。 2 电机挑选 2.1 电动机安置方位挑选 依据电动机安置方位不同,EPS 可分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3 种。这3 种计划各有特点,详细车型选用何种型式依据前轴的空间巨细、前轴的轴荷、电动机的特性等来确认。 转向轴助力式EPS 的电动机固定在转向柱上,并经过减速组织与转向轴相连, 直接驱动转向轴完结转向助力。该计划的助力输入将经过转向器传递, 因而要求电动机的最大输出力矩相对小; 电动机常安置在驾驭室内, 作业环境较好, 对密封要求低; 可是设备方位离驾驭员近, 对电动机的噪声要求高, 且其力矩动摇易直接传到转向盘上。 齿轮助力式EPS 的电动机和减速组织与小齿轮相连,直接驱动齿轮助力转向。该计划的助力输入也要经过转向器传递,因而要求电动机的最大输出力矩也相对小;电动机设备方位在地板下方,作业环境差,对密封要求较高;其力矩动摇也易传到转向盘上。因为离驾驭员较远,对电动机的噪声要求相对较小。 齿条助力式EPS 的电动机和减速组织与齿条相连, 直接驱动齿条助力转向。该计划的助力输入点在齿条上, 要求电动机的最大输出力矩相对大; 电动机作业环境差, 对密封要求高;设备方位离驾驭员较远, 对电动机的噪声要求相对较小, 且其力矩动摇不易传到转向盘上。 2.2 电动机的力矩匹配 轿车在原地转向时转向阻力矩最大, 该值首要取决于前轴荷的巨细。关于转向轴助力式EPS , 为了满意动力转向的力随动要求, Tmmax需满意下述条件: (1) 式中, Tmmax为满意转向简便性要求的电动机最大输出力矩; Tmax为最大转向阻力矩; gp 为转向系角传动比; gm 为电动机减速组织传动比。 gp越大转向越简便, 但灵敏度越差。以往没有动力转向时, gp 的挑选常常在转向简便性与灵敏度之间进行折中, 设备动力转向后, 能够更多地统筹灵敏度要求。gm 的挑选应充分考虑与电动机的匹配,gm 越大要求Tmmax越小, 这样可减小电动机尺度, 下降电动机的制作本钱, 并且易于在车上安置。可是gm 越大, 要求电动机转速越高, 电动机的力矩动摇也易传到转向盘上, 一起减速组织尺度也越大。 2.3 电动机的转速匹配 要取得最大的作业功率,电动机应尽量作业在最大转速一半的状况,即 (2) 式中, 为电动机的额外转速; 为电动机的最大转速。 关于转向轴助力式电动助力转向体系, 为满意必定转速规模内的转向简便性要求, 电动机的转速应满意 (3) 式中, 为设定的转向盘最大转速。 电动机减速组织的减速比对电动机输出转矩起到扩大效果,一起对电动机的滚动惯量等参数也起到扩大效果,因而影响体系的动态功用;减速比还影响减速组织的尺度、安置空间和传动功率等。 2.4 电动机的功率匹配及验算 挑选电动机额外功率一般分为核算电动机的负载功率、预选电动机、电动机的过热验算和过载验算三步。因为轿车的驾驭状况及行使工况的不同,电动机的作业负载也表现出不同的负载类型。匹配挑选时,应归纳考虑各种不同的负载状况,挑选略大的电动机功率。 2.4.1 电动机负载功率的核算 电动机的负载功率要依据详细的电动助力转向组织的负载功率及功率来进行核算, 是挑选电动机额外功率的依据。电动机的负载功率可选用下式来预算: (4) 式中,λ为考虑电动机、减速器等的功率系数,一般λ的取值规模为1.2~ 2.5。 由式(4) 可得 (5) 考虑到电动机的接连作业制工作工况, 电动机的额外功率应满意 (6) 式(6)条件下,可一起满意电动机短时作业制工作工况的条件为 (7) 式中, tg 为电动机的短时作业时刻; T 为电动机的发热时刻常数;α为电动机额外工作时不变损耗与可变损耗的比值。 2.4.2过热验算 对电动机的功率进行预算后, 首要进行过热验算。因为电动机的作业负载是时刻改动的,过热验算可选用均匀损耗法和等效电流法、等效转矩法、等效功率法等。等效转矩法是在电动机的作业过程中,其转矩与电流成正比(励磁磁通Φ近似不变) 的状况下,电动机的等效转矩为 (8) 式中, tj 为时刻距离; 为在时刻距离内的负载转矩。 式(8) 中 的取值与核算取决于电动机作业时用转矩表明的负载图。 电动机不过热的条件为 (9) 式中,PN 为电动机的额外功率;Peq 为由等效转矩 换算的电动机功率, 。 2.4.3 过载验算 预选的电动机经过过热验算今后, 还要进行过载验算。过载才能是指电动机负载工作时,能够在短时刻内呈现的电流或转矩过载的答应倍数。电动机的过载才能可按以下条件验算: (10) 式中, 为电动机作业时所接受的最大负载转矩;λm为电动机的过载倍数。 若预选的电动机过载才能不行, 则要重选电动机及额外功率,直到满意要求停止。 3.依据单片机的电动机操控方法 图1无刷直流电动机原理图 无刷直流电动机由电动机本体、转子方位传感器、电子开关线 部分组成,是一种典型的机电一体化产品,其原理框图如图1所示。图中,直流电源经过开关电路和驱动电路向电动机定子绕组供电,方位传感器随时检测到转子方位,并依据转子的方位信号来操控开关管的导通和截止,然后完结了电子换向。 本文选用C8051F410单片机完结全数字式的无刷直流电动机操控体系,该体系首要包含无刷直流电动机、电动机驱动电路、C8051F410单片机操控体系等。该操控体系首要的功用有电动机的换相操控、正/回转操控、制动操控、电动机转速的丈量和闭环调速、电流约束等维护电路的规划。体系硬件结构原理框图如图2所示。 图2 体系硬件结构原理 该体系的核心部件是Silicon公司出产的C8051F410单片机。C8051F410单片机的资源丰厚、功用强大,其首要特点是:能够便利地输出PWM(pulse width modulation)信号,大大地减少了CPU的占用时刻;运用捕获功用可对电动机的转速进行精确的丈量。C8051F410具有丰厚的资源和通用的通讯接口;并且,该芯片内部集成了12位的A/D转化器和外部程序存储器和数据存储器等。该单片机的运用,大大简化了体系的硬件规划和软件规划。 C8051F410单片机的P1.0 ,P1.2 ,P1.3,3 个口作为输进口,收集方位传感器信号,一起也作为中止源操控电动机换相。P0 口作为输出口,经过门电路(7426)操控驱动电路的上下桥臂的MOSFET管。P1.1作为PWM输出口,对电动机的转速进行调制。P2.0输出凹凸电平操控电动机的起停。电机驱动电路选用MOSFET管搭成的三相全控桥。 3.1 转子方位检测 本体系运用3个霍尔传感器来检测转子方位。电机在正常工作时,经过霍尔传感器可得到方位信号H1,H2,H3 ,在每一周内有6个强制换相点 ,将这3路信号别离输入到单片机C8051F410的3输入端,经过不间断的软件扫描,可完结电动机每转过60°电视点就发生一次中止,即可便利地得到转子方位,而无需附加任何硬件电路。 3.2 换相操控 本体系选用的是三相三角型联合,驱动主回路选用二二导通方法,共有6种导通状况,转子每转60°改换一种状况。导通状况的转化经过软件来完结,即依据方位传感器的输出信号H1,H2,H3,不断地取相应的操控字送P0口来完结。方位传感器信号与操控字组成的换相线 换相线 转速的丈量和操控 C8051F410单片机可经过初始化设置自动地宣布PWM脉冲波,经过改动脉冲宽度来操控电枢的通电电流,完结转速的操控。本体系中,经过P1. 1口比较输出功用输出PWM脉冲,该脉冲信号操控与非门7426的B输入端。当P1.1口输出低电平时,使与非门输出高电平,驱动电路中上侧的MOSFET管T1 ,T3 ,T5被封闭,当 P1.1口输出高电平时,与非门的输出状况取决于单片机的操控字,MOSFET管T1 ,T3 ,T5的导通与截止按正常换相状况进行。运用方位传感器的输出信号作为电动机速度的丈量信号,转速的丈量首要是经过C8051F410单片机P1.2口的捕获功用来完结的。单片机可自动地捕获到方位传感器信号的2个上升沿 ,可经过核算得出2 个上升沿距离的时刻T ,及在T内计得的时钟脉冲φ的个数为 m ,则经过公式 f = 1/ T= 1/ mφ,即可求的电动机的转速。 3.4 转速设定 C8051F410单片机具有规范的串行通讯接口,这个接口是单片机与外界交流的首要途径。能够经过恣意一个接口来传递速度的设定值。别的,因为无刷直流电动机的转速与电动机的电压呈线性关系,能够经过A/D转化进行转速的模仿设定。 3.5 正回转操控 无刷直流电动机的正回转原理很简略,只需改动开关管的通电次序就能够完结电动机的回转。本体系中,正回转操控也是经过软件来完结的,经过送回转的操控字到P0口即可。电动机的回转操控字如表2所列。 表2换相线.结束语 助力电动机的正确匹配选型是电动助力转向体系开发规划的条件和根底,电动机的转矩匹配和转速匹配可有用改进体系的助力功率和优化体系的功用,功率匹配可有用地节省能源和进步体系的助力功率。所提出的依据单片机的直流电机操控计划,体系结构简略,操控便利,具有宽广的使用远景和推行含义。 参阅文献: [1 ] 吴文江,杜彦良,季学武,等. 电动转向体系助力功用研讨[J ] . 我国安全科学学 报,2003, 13(7) :25-28 [2 ] 何仁,苗立东,叶红弟. 轿车电动助力转向设备的安全性讨论[J ] . 我国安全科学学报, 2004,14 (10) :69-72 [3 ] 邱少锋,辜承林,唐小琦,等. 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