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電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)原理介紹

2021-09-21 18:02:42·  來(lái)源：驅(qū)動(dòng)視界  
　
一、幾種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理CEPS：由扭矩傳感器檢測(cè)從轉(zhuǎn)向盤(pán)傳來(lái)的扭矩，轉(zhuǎn)向ECU通過(guò)對(duì)扭矩信號(hào)，車速信號(hào)等的處理，輸出對(duì)應(yīng)的電流
一、幾種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

二、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理
CEPS：由扭矩傳感器檢測(cè)從轉(zhuǎn)向盤(pán)傳來(lái)的扭矩，轉(zhuǎn)向ECU通過(guò)對(duì)扭矩信號(hào)，車速信號(hào)等的處理，輸出對(duì)應(yīng)的電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩通過(guò)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)放大后傳遞到管柱上，管柱再通過(guò)齒輪齒條副的傳動(dòng)，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為齒條的軸向力，從而使齒條軸向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。




REPS：REPS扭矩傳感器檢測(cè)從轉(zhuǎn)向盤(pán)傳來(lái)的扭矩，傳輸給REPS ECU;ECU同時(shí)通過(guò)整車CAN信號(hào)線接收車速信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。ECU根據(jù)扭矩信號(hào)，車速信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算電機(jī)需要的電流。電機(jī)通電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，通過(guò)同步帶傳動(dòng)副及絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)副驅(qū)動(dòng)齒條直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。




REPS是英文Rack-drive Electric Power Steering system的簡(jiǎn)寫(xiě)，中文意思為齒條驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其主要有同軸式REPS和非同軸式REPS,它們主要的區(qū)別在于助力的實(shí)現(xiàn)形式不同，并無(wú)優(yōu)劣之分。
REPS系統(tǒng)由于是齒條直接助力的，其助力過(guò)程以及轉(zhuǎn)向器受力過(guò)程類似于液壓轉(zhuǎn)向器，在EPS轉(zhuǎn)向器中可以輸出更大的齒條力，所以多應(yīng)用于中級(jí)及以上轎車和重型車上。與其他類型EPS系統(tǒng)相比，主要特點(diǎn)在于：
1）節(jié)能；
2）高輸出；
3）高效率；
4）低噪音；
5）低慣性。
但其研發(fā)難度和成本都比其他類型的EPS高。
1、RDEPS




主要構(gòu)成：殼體、電機(jī)、滾柱絲桿副、輸入軸齒輪軸總成、扭矩傳感器、ECU、軸承、支撐套、等
2、 APAEPS
6B REPS采用的是此結(jié)構(gòu)




主要構(gòu)成：殼體、電機(jī)、滾柱絲桿副、輸入軸齒輪軸總成、扭矩傳感器、ECU、軸承、支撐套、皮帶傳動(dòng)副等。
同軸式REPS
同軸式REPS是指電機(jī)軸與轉(zhuǎn)向器絲杠軸同軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與絲杠螺母配合，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給絲杠螺母，絲杠螺母副通過(guò)絲杠螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成齒條絲杠的直線運(yùn)動(dòng)。該類型轉(zhuǎn)向器多見(jiàn)于日本汽車，如豐田，本田車系等。
同軸式REPS由于電機(jī)轉(zhuǎn)子與滾珠絲杠副直接配合，只有一級(jí)減速，所以其機(jī)械傳遞效率較高。同時(shí)也由于其為一級(jí)減速，絲杠螺母副的減速比較小，所以導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，需要輸出的扭矩較大，給電機(jī)控制帶來(lái)較大的難處。
同軸式REPS電機(jī)轉(zhuǎn)子與絲杠螺母副集成在一起，集成化較高，同時(shí)機(jī)電一體化程度也較高，這樣的好處是簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)零部件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這樣的缺點(diǎn)是裝配較復(fù)雜，加工工藝要求較高，后期維護(hù)和維修較困難，電機(jī)等零部件的通用化程度低，同時(shí)可靠度也較低。
同軸式REPS在結(jié)構(gòu)和受力上都類似于液壓轉(zhuǎn)向器，輸出相同的齒條力，它們外觀尺寸可以做到很接近，所以從液壓轉(zhuǎn)向器過(guò)渡到同軸式REPS較為簡(jiǎn)單。
總之，同軸式REPS的設(shè)計(jì)思路是集成化，機(jī)電一體化。
非同軸式REPS
非同軸式REPS是指轉(zhuǎn)向器助力電機(jī)與轉(zhuǎn)向器絲杠軸線不同軸，同時(shí)采用滾珠絲杠副作為減速機(jī)構(gòu)的REPS，該類型轉(zhuǎn)向器多見(jiàn)于歐美車型，如大眾，奔馳，戴姆勒福特等車系。
非同軸REPS轉(zhuǎn)向器助力電機(jī)與滾珠絲杠副不直接相聯(lián)，通常采用皮帶連接電機(jī)轉(zhuǎn)軸和絲杠螺母，皮帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)穩(wěn)定，噪音低，磨損小，同時(shí)有過(guò)載保護(hù)功能。但由于REPS轉(zhuǎn)向器工作環(huán)境惡劣（一般在發(fā)動(dòng)機(jī)艙），需要使用特制皮帶，要求滿足低溫，高溫，高低溫交替，耐久等的苛刻環(huán)境下的穩(wěn)定性，皮帶給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)一定成本。而通過(guò)帶傳動(dòng)，非同軸式REPS實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)減速（一級(jí)為帶傳動(dòng)，二級(jí)為滾珠絲杠副），從而有一個(gè)較大的減速比，可以讓電機(jī)工作在高轉(zhuǎn)速低扭矩的狀態(tài)下，便于電機(jī)的控制。而由于增加了減速級(jí)數(shù)，其機(jī)械傳遞效率也相應(yīng)減少。
非同軸式REPS絲杠螺母與電機(jī)轉(zhuǎn)軸不直接連接，可以固定于殼體上，所以其受力條件要優(yōu)于同軸式REPS（同軸式受力經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子），同時(shí)由于非同軸式REPS采用二級(jí)及以上減速比，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)更大的齒條力輸出時(shí)，其較容易達(dá)到。
非同軸式REPS通過(guò)增加傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的受力狀態(tài)，并且使各個(gè)功能系統(tǒng)模塊化，有利于后期維護(hù)維修，也有利于加工制造和裝配，可以實(shí)現(xiàn)高的通用化，降低零部件成本。
2.1滾珠絲杠副
滾珠絲杠副是一種將旋轉(zhuǎn)（直線）運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€（旋轉(zhuǎn)）運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。主要有絲杠、絲杠螺母和滾珠等組成，可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)、定位等功能。 其組成如下：


按照滾珠絲杠副的作用其可分為傳動(dòng)類（T型）和定位類（P型）；按照循環(huán)方式又可分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式；按照滾道截面形狀又可分為梯形類，單圓弧類和雙圓弧類。參考樣件的滾珠絲杠副為雙圓弧外循環(huán)式傳動(dòng)滾珠絲杠副。
內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副
該類型滾珠絲杠副在螺母上開(kāi)有側(cè)孔孔內(nèi)鑲有返向器，將相鄰兩螺旋滾道聯(lián)接起來(lái)，鋼球從螺紋滾道進(jìn)入返向器越過(guò)絲杠牙頂，進(jìn)入相鄰螺紋滾道，形成鋼球循環(huán)通道。
返向器有固定式和浮動(dòng)式兩種，一個(gè)螺母上通常有2~4個(gè)循環(huán)回路。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副螺母徑向尺寸小鋼球循環(huán)通道短，有利于減小鋼球數(shù)量減小摩擦損失，提高傳動(dòng)效率。但其返向器回行槽加工要求高，不適宜用在重載傳動(dòng)中。


滾珠絲杠副用在定位精度要求較高的地方時(shí)，需要絲杠螺母副有一定得預(yù)緊力，一般有雙螺母齒差預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母增大鋼球預(yù)緊等方式，通過(guò)測(cè)量可知，參考樣件采用的是單螺母增大鋼球的預(yù)緊方式，該方式的好處是減小滾珠絲杠副整體尺寸，但其受力狀況較差，裝配要求較高。
外循環(huán)式滾珠絲杠副
外循環(huán)式滾珠絲杠副主要有螺旋槽式和插管式兩種類型，如右圖，舍弗勒提供的滾珠絲杠副為插管式，即右下圖，但其外部包了一層防護(hù)塑料，所以成橢圓狀。以下主要介紹該類型滾珠絲杠副。
插管式滾珠絲杠副是將外接彎管的兩端插入與螺母螺紋滾道相切的通孔，從而形成鋼球的循環(huán)通道。彎管有埋入式和凸出式兩種，一個(gè)螺母上一般有2~3個(gè)循環(huán)回路。


該類型滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，彎管可制成鋼球流暢性好的通道，可以使用塑料等材料，有利于較小噪音，可以使用在較重載荷的地方，但其尺寸較大，耐磨性較差。應(yīng)用較廣泛。
2.2、傳感器的布置及裝配


因傳感器分轉(zhuǎn)子和定子兩個(gè)部分，轉(zhuǎn)子固定在輸入軸上，定子固定在齒輪軸上。傳感器通過(guò)檢測(cè)兩者之間的轉(zhuǎn)角來(lái)計(jì)算方向盤(pán)傳來(lái)的扭矩。
2.3、同步帶張緊機(jī)構(gòu)
同步帶傳動(dòng)對(duì)張緊力有一定的要求 。張緊力太大，帶輪齒頂與同步帶齒根接觸，且同步帶齒面發(fā)生變形，加快磨損，縮短了同步帶的使用壽命。同時(shí)給裝配帶來(lái)困難 。張緊力太小，同步帶齒與帶輪嚙合不良，傳動(dòng)過(guò)程中易產(chǎn)生跳齒，影響傳動(dòng)精度。同時(shí)跳齒的瞬間，同步帶拉力很大，可能拉斷同步帶。
根據(jù)檢測(cè)競(jìng)爭(zhēng)件及同步帶供應(yīng)商（continental）的建議。同步帶張緊力需要控制在180±50N。
為了保證同步帶的張緊力在合適范圍內(nèi)，特設(shè)計(jì)了偏心環(huán)結(jié)構(gòu)。偏心環(huán)調(diào)整中心距原理見(jiàn)附圖：
具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示意：




偏心環(huán)外圓與殼體內(nèi)孔間隙配合。同步帶套在帶輪上后，采用專用輔具插在偏心環(huán)外圓的3個(gè)槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心環(huán)，使偏心環(huán)與絲杠螺母副總成一起繞偏心環(huán)外圓的軸線旋轉(zhuǎn)。由于絲桿及大帶輪的軸線與偏心環(huán)外圓的軸線具有1mm的偏心距，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心環(huán)會(huì)改變絲杠及大帶輪的軸線位置，從而改變了大帶輪與小帶輪的軸心距，達(dá)到調(diào)整同步帶張緊力的目的。
調(diào)整同步帶張緊力時(shí)，會(huì)改變齒條軸線位置，使齒條與殼體不同軸。通過(guò)計(jì)算尺寸鏈可知，要到達(dá)合適的張緊力，齒條軸線最大調(diào)整量為±0.4mm。分別計(jì)算HA，6B，S6DM三個(gè)車型的轉(zhuǎn)向器齒條偏擺的角度可知，張緊力調(diào)整后，齒條最大偏擺角度為± 4´。目前轉(zhuǎn)向器的制造水平為：殼體軸交角公差為± 10´，齒條螺旋角公差為± 5´。轉(zhuǎn)向器無(wú)助力情況下空載波動(dòng)小于0.8N.m。絲杠軸線偏擺角度增加4´后會(huì)增加空載波動(dòng)值。通過(guò)提高殼體軸交角精度到± 6´，可避免對(duì)齒嚙合的影響。
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