電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一組；陳長音 何海瑞 段家明 賴德灶 王繼鵬 何節(jié)簡介 電子式動力轉(zhuǎn)向系（EPS）是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊。 (1)轉(zhuǎn)向復(fù)位控制。當(dāng)方向盤從極限位置向回轉(zhuǎn)動時，EPS提供復(fù)位助力控制；(2)變壓器增壓控制。對轉(zhuǎn)向電子控制單元(ECU)的電壓進(jìn)行增壓，當(dāng)駕駛員未對方向盤進(jìn)行任何操作或車輛保持直線行駛時，該電壓保持為零。當(dāng)駕駛員對方向盤進(jìn)行操作時，根據(jù)負(fù)載大小，以27V-34 V的電壓對輸出助力進(jìn)行可變控制；(3)系統(tǒng)過熱保護(hù)控制。根據(jù)電流大小及其作用時間估計馬達(dá)溫度，如果溫度超出規(guī)定范圍，系統(tǒng)將對輸出電流進(jìn)行限制，以防馬達(dá)過熱；

2、(4)帶有自診斷功能。系統(tǒng)發(fā)生故障時，將自動儲存故障碼，同時故障指示燈(PS警告燈)閃亮；卡羅拉EPS的功能作用一、電動式EPS的特點(diǎn) 能耗低：電動式EPS只有轉(zhuǎn)向時系統(tǒng)才工作，消耗較少的能量。因而與液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，在各種行駛工況下均可節(jié)能8090。 輕量化顯著：電動式EPS無液壓式EPS必須具有的液壓缸、油泵、轉(zhuǎn)閥、液壓管道等部件，因此其結(jié)構(gòu)緊湊、重量減輕、無油滲漏問題、系統(tǒng)易于布置。 優(yōu)化助力控制特性：液壓助力的增減有一定的滯后性，反應(yīng)敏感性較差，隨動性不夠。電動式EPS由于采用電子控制，可以使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能得到優(yōu)化，增強(qiáng)隨動性。 系統(tǒng)安全可靠：當(dāng)電動式EPS出現(xiàn)故障時，可立即

3、切斷電動機(jī)與助力齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳送，迅速轉(zhuǎn)入人工-機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。二、電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成 電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱EPS，基本組成如圖5-1所示，EPS主要由車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、電子控制器ECU、電動機(jī)、電磁離合器及減速機(jī)構(gòu)等組成。1、轉(zhuǎn)向扭矩傳感器 當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向扭矩傳感器根據(jù)輸入力的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，由此電動轉(zhuǎn)向系就可以檢測出操縱力的大小，同時根據(jù)車速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號又可測出車速，再控制電動機(jī)的電流，形成適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向助力。 轉(zhuǎn)向扭矩傳感器具有檢測轉(zhuǎn)向盤的操縱方向和操縱力的功能。在任何情況下，利用電位表即可檢測出該傳感器的信號，轉(zhuǎn)向扭矩傳感器如圖5-

4、2所示。2、轉(zhuǎn)角傳感器 轉(zhuǎn)角傳感器G85安裝在轉(zhuǎn)向柱上，轉(zhuǎn)向開關(guān)與方向盤之間，與安全氣囊時鐘彈簧集成為一體，其實物如圖所示。 轉(zhuǎn)角傳感器G85的作用是檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度，是電動助力的依據(jù)之一。3、電動機(jī) 電動式轉(zhuǎn)向系所用的電動機(jī)是將汽車用電動機(jī)加以改進(jìn)。有的電動機(jī)轉(zhuǎn)子外圓表面開有斜槽，有的則改變定子磁鐵的中心處或端部的厚度。電動機(jī)工作有一定速度范圍，若超出規(guī)定速度范圍，則由離合器使電動機(jī)停轉(zhuǎn)并消除電動機(jī)慣性的影響。同時，當(dāng)轉(zhuǎn)向系發(fā)生故障時，離合器分離，此時恢復(fù)手動控制轉(zhuǎn)向，保證汽車正常行駛。 轉(zhuǎn)子部分由上下兩層構(gòu)成，均裝有轉(zhuǎn)矩傳感器線圈。輸入軸和輸出軸由一根細(xì)金屬銷剛性連接成一體，

5、轉(zhuǎn)子軸上方有連接用的銷孔。輸入軸由汽車方向盤直接驅(qū)動，再通過金屬銷、彈性扭轉(zhuǎn)桿的傳遞來驅(qū)動輸出軸；輸出軸小齒輪推動齒條平移，驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪向左或向右轉(zhuǎn)向；a1、a2為電動機(jī)正反轉(zhuǎn)信號觸發(fā)端，當(dāng)a1端有觸發(fā)信號輸入時，V3導(dǎo)通，V2得到基極電流也導(dǎo)通，電流經(jīng)V2、電動機(jī)M、V3到搭鐵，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)a2端有觸發(fā)信號輸入時，V4導(dǎo)通，V1得到基極電流也導(dǎo)通，電流經(jīng)V1、電動機(jī)M、V4到搭鐵，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)的電流大小可由觸發(fā)信號電流的大小控制。4、電磁離合器 圖5-4所示是一種電磁離合器的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由電磁線圈、主動輪、從動軸、壓板等組成。 工作時，電流通過滑環(huán)進(jìn)入電磁線圈，主動輪便產(chǎn)生電磁吸力

6、，花鍵的壓板就被吸引，并與主動輪壓緊。于是電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便經(jīng)過輸出軸主動輪壓板花鍵從動軸傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)）。 電磁離合器的主要功用是保證電動助力只有在預(yù)定的車速范圍內(nèi)作用。5、減速機(jī)構(gòu) 圖5-5所示，減速機(jī)構(gòu)主要由蝸輪和蝸桿構(gòu)成，蝸桿的動力來自于電磁離合器和電動機(jī)，經(jīng)蝸輪減速增扭后，傳送給轉(zhuǎn)向軸，然后再通過其他部件傳送給轉(zhuǎn)向輪，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。電子控制（ECU） EPS電子控制器（ECU）的基本組成見圖5-6。 工作時，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向角信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器被輸入到中央處理器（CPU），中央處理器根據(jù)這些信號和車速計算出最優(yōu)化的助力轉(zhuǎn)矩。三、原理 EPS是由 ECU控制轉(zhuǎn)向電機(jī)

7、工作來實現(xiàn)助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員打方向時，方向盤通過傳動軸的花鍵轂帶動轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸)，轉(zhuǎn)向主軸再通過金屬銷帶動彈性扭轉(zhuǎn)桿；彈性扭轉(zhuǎn)桿下端是小齒輪(輸出軸)，小齒輪與轉(zhuǎn)向齒條嚙合產(chǎn)生動力輸出，驅(qū)動車輪向左或向右偏擺而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。（機(jī)械轉(zhuǎn)向）與此同時，助力的過程也在進(jìn)行，當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器不斷的測出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號，并與車速信號同時輸入到電子控制單元。電子控制單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。由于彈性扭轉(zhuǎn)桿比較細(xì)長，受到來自轉(zhuǎn)向主軸的扭矩時，很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，因此，輸入軸與輸出軸之間產(chǎn)生上

8、下轉(zhuǎn)角差，扭矩越大轉(zhuǎn)角差越大；轉(zhuǎn)矩傳感器檢測轉(zhuǎn)角差大小并轉(zhuǎn)化為電信號輸給ECU； ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩大小輸出不同驅(qū)動電壓，以驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力電動機(jī)產(chǎn)生助力，轉(zhuǎn)矩越大輸出的驅(qū)動電壓越高，驅(qū)動電壓在2734 V變化。但當(dāng)駕駛員未打方向或車輛直線行駛時，助力電動機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，此時助力電動機(jī)的電壓為零 由于目前汽車蓄電池的電壓只有12 V，助力電動機(jī)的功率非常有限。為了提高轉(zhuǎn)向助力的力矩，豐田卡羅拉助力電機(jī)的電源為2734 V的三相交流電壓。其EPS EUC中還專門設(shè)置有提升電壓的逆變器和電感儲能線圈，由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)為2734 V的電路完成。駕駛員操縱方向盤時，助力電動機(jī)會根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小自動

9、輸出2734 V的可變電壓。電壓變化原理 轉(zhuǎn)向助力電動機(jī)的電流由EPS ECU控制，隨車速變化而變化，EPS ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩值及車速大小計算所需輸出電流并控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。如右圖，車速越高，轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的電流越小；車速越低，轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的電流越大。因此，轉(zhuǎn)向助力的大小由兩個因素決定，即方向盤輸入扭矩與車輛的行駛速度 電壓變化分析 維修過程中，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)在打開狀態(tài)下時，不要隨意斷開蓄電池接線，否則會丟失控制模塊中存儲的信息，也不要拆卸或安裝控制模塊及其插接器。 確定是懸架沒有被改動過，否則會影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作。 輪胎尺寸、氣壓規(guī)格需要與生產(chǎn)廠家的規(guī)定相符合。 發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速需要達(dá)到廠家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)

10、，并且動運(yùn)轉(zhuǎn)要穩(wěn)定。 在控制系統(tǒng)的檢測中，必須使用生產(chǎn)廠家在維修手冊中要求的檢測工具，否則可能損壞控制系統(tǒng)的零部件。1、注意事項四、檢修圖6-44 NISSAN電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線路圖2、檢修方法及步驟1）故障警告燈的檢查1故障警告燈的檢查當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置時，故障警告燈應(yīng)點(diǎn)亮，發(fā)動機(jī)起動后警告燈熄滅為正常。 警告燈不亮?xí)r，應(yīng)檢查燈泡是否損壞，熔斷絲和導(dǎo)線是否斷路。若發(fā)動機(jī)起動后，警告燈仍亮?xí)r，首先應(yīng)考慮系統(tǒng)是否處于保險狀態(tài)（只有常規(guī)轉(zhuǎn)向工作，無電動助力），然后進(jìn)行自診斷操作。2）元件檢測1.扭矩傳感器的檢查 檢測扭矩傳感器線圈電阻 拔下扭矩傳感器插接器，測量扭矩傳感器4號與6號端子之間、5號與7號端子之間的電阻，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為0.60.7k 若不符合要求，則應(yīng)更換扭矩傳感器。2.檢測扭矩傳感器電壓 用萬用表直流電壓擋測量上述各端子之間的電壓，將轉(zhuǎn)向盤置于中間位置，4號與7號、6號與7號端子測得電壓約2.5V為良好，4.7V以上為斷路，0.3V以下為短路。3.直流電動機(jī)的檢查 檢查電動機(jī)電阻 用萬用表檢查電動機(jī)兩端子之間的電阻值，應(yīng)小于0.1，如果阻值很大，則更換電動機(jī)總成 檢查電動動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況 給電動機(jī)加上蓄電池電壓時，應(yīng)聽到電動機(jī)轉(zhuǎn)動的聲音，如果沒有聲音，應(yīng)更換電動機(jī)總成4.電磁離合器的檢查 將蓄電池的正、負(fù)極分別接到電磁離合器的兩個端子上，在接通與斷開的瞬