EPS технология

Рис. Nexteer

Система электроусилителя рулевого управления, называемая EPS (электроусилитель руля), все больше заменяет в своих новых моделях автомобилей свои традиционные гидравлические и электрогидравлические эквиваленты , поскольку она снижает (до 4%) расход топлива и выбросы CO2 и лучше подходит для них. сотрудничать с другими системами транспортного средства с электронным управлением. Это также более экологичный продукт на стадии производства, эксплуатации и переработки. Он не использует гидравлическую жидкость или эксплуатационные насосы.

Помощь с переменной мощностью и другие расширенные функции управления транспортным средством, предоставляемые EPS, снижают утомляемость водителя и повышают безопасность вождения. Эти функции включают в себя: интеграцию с электронными программами контроля устойчивости, компенсацию поперечной силы, помощь при парковке, компенсацию тяги во время ускорения, систему обслуживания полосы движения, компенсацию дискомфорта колеса и т. Д. Также может быть обеспечен возврат рулевого колеса в нейтральное положение.

Система EPS также легче собирать и программировать, адаптируя ее к характеристикам вождения данной модели и версии автомобиля. С гидравлической поддержкой для такой адаптации, это занимает около 8 месяцев (разработка прототипов соответствующих клапанов), с ENP всего лишь неделя настройки с использованием ноутбука, с использованием программного обеспечения Nexteer E-TUNE без необходимости модификации механических деталей.

Принципы работы ЭПС

Электрическая поддержка использует энергию, запасенную в автомобильном аккумуляторе, только тогда, когда это необходимо. При периодическом включении главный двигатель транспортного средства нагружен меньше, чем гидравлическая опора.

Система EPS использует три основных входных данных:

• крутящий момент, приложенный к рулевому колесу (от датчика крутящего момента с поворотным валом);
• положение и скорость рулевого колеса (от датчика относительного положения);
• скорость автомобиля (сигнал передается по шине CAN).

Электронный модуль управления использует эту информацию, чтобы определить размер и направление помощи, чтобы передать соответствующий импульс выполнения механизму EPS. Максимальная поддержка возникает при парковке, минимальная при движении на большой скорости. Опциональная опция выбора силы поддержки дополнительно настраивает параметры автомобиля в соответствии с предпочтениями водителя.

Повышение точности и комфорта рулевого управления

На точность и комфорт вождения транспортного средства влияют многие факторы: геометрия подвески, жесткость шин, жесткость металлических и резиновых втулок, жесткость упругих элементов, распределение веса и расположение центра тяжести, инерция кузова, демпфирование амортизаторов ...

Геометрия задней оси может быть такой же важной, как и передняя, ​​потому что при управлении автомобилем задняя ось должна быть способна передавать силы, возникающие в результате скручивания передних колес.

Дизайн автомобиля усовершенствован для достижения компромисса между точностью и комфортом, а также между маневренностью на низких скоростях и устойчивостью в целом.

Многие параметры систем EPS могут влиять на точность и комфорт вождения, например: разрешение и гистерезис датчика крутящего момента, плавное движение двигателя, жесткость, инерция, трение механических элементов, программируемые алгоритмы управления ...

Оценка точности и комфорта водителя основана на чувствах, полученных во многих смыслах. Этот многомерный опыт трудно описать с помощью графиков или уравнений. Поэтому Nexteer сначала использует объективные методы для определения устойчивости и динамики автомобилей, а субъективная оценка проводится инженерами, специализирующимися на тестировании параметров вождения.

Типичные маневры, используемые для оценки точности и комфорта вождения, подразделяются на те, где водитель не прикладывает момент к рулевому колесу, и те, на чьи руки водители оказывают определенное усилие. Первый тестируется, например, при тестировании самооборота рулевого управления и свободного рулевого управления / демпфирования. Использование момента на рулевом колесе требует испытаний: ощущение центрального положения, трение в системе, сила, необходимая для поворота рулевого колеса и линейность его приращения, ощущение поверхности дороги. Объективное влияние на эти субъективные впечатления оказывает ...

... датчик крутящего момента.

Работает по следующему принципу. Узел шестерни преобразует крутящий момент, приложенный к рулевому колесу, в относительное угловое смещение между верхней и нижней частями вала рулевого управления в сочетании с упругим поворотным роликом. Верхний и нижний роторы, прикрепленные к этим частям, изменяют относительное угловое смещение обеих секций вала в силу магнитного потока в зазоре нижнего ротора. Датчик преобразует силу потока в гнезде в электрическое напряжение.

Бустеры Nexteer

В своих системах EPS Nexteer использует шестиполюсные бесщеточные двигатели с вращающимися магнитами. Магнитные поля, заставляющие вращаться рабочее колесо, генерируются электронным способом в обмотках статора с возможностью использования любых электрических сигналов. Минимальное глубокое внутреннее трение и тихая работа обеспечиваются шарикоподшипниками с глубокими канавками с глубокими дорожками качения, предварительно нагруженными пружинными шайбами.

Синусоидальное управление высокого разрешения обеспечивает небольшие колебания установленного крутящего момента и плавную и тихую работу. Использование различной длины корпуса двигателя (и ротора) позволяет адаптировать привод к различным автомобилям и нагрузке на зубчатую рейку.

Качество комплектующих

С 2003 года Nexteer разрабатывает 100% электронных компонентов (аппаратного и программного обеспечения), что дает ему полный контроль над их качеством и надежностью. Он также контролирует поставки и технологические процессы поставщиков.

В случае контроллеров ECU размещение, выбор компонентов, программного обеспечения и проверка выполняются Nexteer. Таким образом, создается индивидуальный дизайн плитки с общими схемами для оптимизации размеров в каждой модели. В то же время в нем используются стандартные компоненты автомобильной электроники, доступные на рынке. Поэтому стандартом для электронной промышленности является схема печатной платы, а стандартные процессы сборки позволяют использовать любую технологическую ленту для их производства с соответствующими принадлежностями и средствами управления.

Сборка печатных плат выполняется квалифицированными контрактными производителями (класс 3 IPC, сертификат для автомобильной промышленности), а их окончательная интеграция происходит на заводе Nexteer EPS.

Червячная передача

Зубья шнека и колеса прокрутки выполнены с предварительным натягом, без межзубных зазоров, то есть они характеризуются поверхностью взаимного контакта отдельных зубов. Это уменьшает вибрации и шум. Винт имеет возможность осевого смещения в случае перегрузок, что увеличивает долговечность всей передачи. Изоляторы отделяют инерцию двигателя от системы, тем самым повышая точность и комфорт вождения.

Варианты конструкции

Недостаток места в кабине транспортного средства или в моторном отсеке может повлиять на выбор соответствующей конструкции системы EPS. На это решение также могут повлиять результаты краш-тестов. Если в приложениях рулевого управления для тяжелых условий эксплуатации прочность колонн EPS или зубчатых колес с одним зубчатым колесом (Single Pinion EPS) будет недостаточной, надлежащая поддержка может быть обеспечена с помощью системы с двумя зубчатыми колесами или прямой реечной опоры (стойка EPS).

Акустические системы Nexteer EPS устанавливаются в салоне автомобиля (нет необходимости в герметизации, умеренная максимальная рабочая температура). Крутящий момент на приводе измеряется между входным валом и выходом рулевой колонки. Вспомогательный крутящий момент прикладывается к выходному валу рулевой колонки перед сочлененным промежуточным валом. Это до 95 Нм. Четыре размера пар шнека и червяка используются для получения нагрузки на зубчатый ремень приблизительно 11 кН.

Сами рулевые колонки доступны в следующих версиях: без регулировки, с регулировкой угла наклона, с регулировкой угла наклона и удлинения. One Touch Assist - это особая опция.

Это решение создает широкие возможности использования пассивных и активных механизмов поглощения энергии, а также вариантов высокого крутящего момента и высокой жесткости.

Приложения: Fiat 500 и 500 Abarth

Система Nexteer Single Pinion EPS установлена ​​в моторном отсеке (необходимая защита от пыли, воды и высоких температур). Момент, приложенный к рулевому колесу, измеряется в шестерне в сборе. Крутящий момент до 90 Нм передается на червячное колесо, установленное на рулевом механизме. Червячный редуктор 3-х размеров используется для максимальной нагрузки на зубчатую рейку около 10,5 кН. Приложения: Citroen C3 и DS3

Система Nexteer Dual Pinion EPS установлена ​​в моторном отсеке (защищена от пыли и воды, устойчива к высоким температурам).

Момент, приложенный к рулевому колесу, измеряется в пределах главной шестерни. Вспомогательный крутящий момент (до 90 Нм) прикладывается к червячной передаче, установленной на дополнительной второй шестерне. В качестве альтернативы, червячные передачи 3 размеров используются для получения максимальной нагрузки на зубчатую рейку приблизительно 12,5 кН, которая из-за возможности использования более высокого передаточного числа на второй шестерне соответствует 108 Нм на исходной шестерне.

Заявка (с 2013 года): Опель Инсигния

Система EPS для реечного / ременного привода установлена ​​в моторном отсеке (герметично защищена от воды, пыли и устойчива к высоким температурам). Крутящий момент, приложенный к рулевому колесу, измеряется в компоненте шестерни. Вспомогательный крутящий момент прикладывается к винтовой зубчатой ​​передаче, расположенной на той же оси, что и зубчатая рейка, которая преобразует крутящий момент в усилие (максимум ~ 15,5 кН, что соответствует моменту 135 Нм на шестерне).

Сегодня это самая мощная в мире система электроснабжения.

Перспективы развития

Интеграция функции иммобилайзера в колонке EPS будет способствовать защите транспортных средств от угона. Авторизация безопасности выполняется в его процессоре, и код авторизации поступает в PCM через шину CAN. Преимущества такого решения состоят в уменьшении количества компонентов системы и повышении ее надежности.

Дальнейшая миниатюризация систем также готовится путем замены отдельной платы датчика двигателя компонентами, непосредственно припаянными к основной плате контроллера. Дополнительным преимуществом является уменьшение количества соединений и повышение надежности.

Уменьшение массы (на 0,7 кг) и габаритов всей системы, повышение ее жесткости и повышение точности и комфорта при вождении приведет к запланированной интеграции корпуса двигателя и опоры двигателя, а также интеграции платы датчика двигателя с платой контроллера.

Внедрение новых высоковольтных систем питания, необходимых в гибридных и электрических автомобилях, будет иметь решающее значение для развития опорных систем. Это потребует разработки высоковольтного контроллера REPS для автомобильной установки на 300 В. Максимальный ток, потребляемый от батареи вспомогательной системой, уменьшится с 126А до 5А, что радикально уменьшит вес используемых жгутов проводов.

Также ожидается дальнейшее развитие функции ENP. Таким образом, будут действовать активные системы вождения, которые применяют крутящий момент к передним и / или задним колесам автомобиля независимо от действий водителя, для повышения безопасности и комфорта вождения. Целью таких действий может быть, например, компенсация компенсации вытягивания полосы движения. Основой помех системы в этом случае является определение условий движения в прямом направлении, т.е.

определение нежелательных отклонений крутящего момента на руле, а затем расчет и применение требуемой компенсации.

Другим примером является функция компенсации различий в поверхностной адгезии при использовании тормозов и рулевого управления. Это обеспечивает сокращение (на 10%) тормозного пути по сравнению с системой, основанной на самих тормозах. В свою очередь, Lane Keeping - Hands Off & On предотвращает рассеянное или сонное вождение водителя. Интеграция помощи электроэнергии с системами контроля устойчивости (например, ESP) кажется сегодня вполне оправданным решением.

Держитесь по проводам

Конструкция рулевой системы, которая не имеет механического соединения с рулевым колесом транспортного средства, уже давно технически осуществима и оправдана. Однако препятствием на пути реализации этой концепции стали недвусмысленные положения дорожного права. В настоящее время Европейская экономическая комиссия (ЕЭК ООН), принимая поправки к Правилам ЕЭК R79, рассмотрела возможность использования проводных систем на дорогах без механической поддержки.

Это открывает новые возможности исключительного вождения и эстетических интерфейсов, а также гибкости сборки в салоне и под капотом автомобиля. Это также позволяет разрабатывать новые решения в области вождения, поскольку устраняет необходимость компромисса между высокой маневренностью на низкой скорости (высокое передаточное число) и стабильностью на высокой скорости (низкое передаточное число). Nexteer уже имеет большой опыт в разработке систем рулевого управления для автомобильных и неавтомобильных применений, основанных на интеграции динамики автомобиля со сложными системами управления.

Пол Пуарел
Главный инженер Nexteer Automotive в Европе