學習情境六汽車電子控制轉向系統結構與檢修

學習情境六汽車電子控制轉向系統結構與檢修第一頁，共173頁。任務一電子控制轉向系統概述任務二液壓式電控動力轉向系統結構與檢修任務三電動式電控動力轉向系統結構與檢修第二頁，共173頁。任務一電子控制轉向系統概述第三頁，共173頁。一、任務分析?電子控制動力轉向（ElectronicControlPowerSteerin，EPS）系統在低速行駛時可使轉向輕便、靈活；當汽車在中高速區(qū)域轉向時，又能保證提供最優(yōu)的動力放大倍率和穩(wěn)定的轉向手感，從而提高高速行駛的操縱穩(wěn)定性。第四頁，共173頁。?本次任務就將向讀者介紹電子控制動力轉向系統的相關知識。第五頁，共173頁。二、相關知識（一）傳統動力轉向系統與電子控制動力轉向系統的區(qū)別1．傳統動力轉向系統?為使汽車操縱輕便及行駛安全，目前轎車上普遍采用轉向助力器，如圖6-1所示。第六頁，共173頁。第七頁，共173頁。2．電控動力轉向系統

?電控動力轉向是一種全新的動力轉向系統，它可以在傳統液壓動力轉向的基礎上增加控制單元（ECU）傳感器和相應的執(zhí)行器，也可以采用新型的電控電動轉向助力裝置，能夠克服傳統動力轉向系統的不足，可以使汽車在低速行駛轉向時操縱起來輕便、靈活。第八頁，共173頁。?在中高速行駛轉向時提供最優(yōu)的動力放大倍率和穩(wěn)定的轉向手感，從而提高了汽車的駕駛性能和高速行駛的操縱穩(wěn)定性。第九頁，共173頁。（二）電控轉向系統的分類?根據動力源的不同，電子控制動力轉向系統可分為液壓式電子控制動力轉向系統（液壓式EPS）和電動式電子控制動力轉向系統（電動式EPS）。第十頁，共173頁。（三）電控動力轉向系統的優(yōu)點?為滿足現代汽車對轉向系統的要求，電控動力轉向系統應具有以下特點。第十一頁，共173頁。①良好的隨動性。?即轉向盤與轉向輪之間具有準確的一一對應關系，同時能保證轉向輪可維持在任意轉向角位置。第十二頁，共173頁。②高度的轉向靈敏度。?即轉向輪對轉向盤應具有靈敏的響應性能。第十三頁，共173頁。③良好的穩(wěn)定性。?即具有很好的直線行使穩(wěn)定性和轉向自動回正能力。第十四頁，共173頁。④助力效果能隨車速變化和轉向阻力的變化作相應的調整。?低速時，有較大的助力效果，以克服路面的轉向阻力；高速時，要有適當的路感，以避免因轉向過輕而發(fā)生事故。第十五頁，共173頁。⑤效率高。?與傳統動力轉向相比，效率明顯提高，特別是電控電動轉向系統可達90%以上。第十六頁，共173頁。任務二液壓式電控動力轉向系統結構與檢修第十七頁，共173頁。一、任務分析?液壓式電子控制動力轉向系統是在傳統的液壓動力轉向系統的基礎上增設了電子控制裝置而構成的，只有掌握液壓式電控動力轉向系統的種類、結構及工作原理等相關知識，才能對液壓式電控動力轉向系統進行檢修，找出故障原因及部位并予以排除。第十八頁，共173頁。?本次任務就將向讀者介紹關于液壓式電控動力轉向系統結構及檢修的相關知識。第十九頁，共173頁。二、相關知識（一）基本組成?液壓式電控動力轉向系統的組成如圖6-2所示，主要包括傳感器、電子控制單元（ECU）、液壓泵、控制液體流量的電磁閥、普通動力轉向系統等。第二十頁，共173頁。第二十一頁，共173頁。（二）控制方式及工作過程?液壓式電控動力轉向系統根據控制方式的不同，可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式3種形式。第二十二頁，共173頁。1．流量控制式EPS

?流量控制式EPS是根據車速傳感器信號調節(jié)動力轉向裝置中油液的輸入、輸出流量，以控制轉向助力大小，其系統布置如圖6-3所示。?可分為分流控制式和旁流控制式。第二十三頁，共173頁。第二十四頁，共173頁。（1）分流控制式?分流控制式電控動力轉向系統如圖6-4所示，主要由車速傳感器、電磁閥、整體式動力轉向控制閥、動力轉向油泵和電子控制單元等組成。第二十五頁，共173頁。圖6-4分流控制式液壓電控動力轉向系統組成第二十六頁，共173頁。?其控制原理如圖6-5所示。第二十七頁，共173頁。圖6-5分流控制式液壓電控動力轉向系統原理第二十八頁，共173頁。?分流控制式液壓電控動力轉向系統控制電路如圖6-6所示。第二十九頁，共173頁。圖6-6分流控制式液壓電控動力轉向系統控制電路第三十頁，共173頁。?車速越高，流過電磁閥電磁線圈的平均電流越大，電磁閥的開啟程度越大，如圖6-7所示。第三十一頁，共173頁。圖6-7分流電磁閥結構及其驅動信號第三十二頁，共173頁。（2）旁流控制式?旁流控制式液壓電控動力轉向系統的組成如圖6-8所示。第三十三頁，共173頁。第三十四頁，共173頁。?駕駛員可以選擇3種適應不同行駛條件的轉向力特性曲線，如圖6-9所示。第三十五頁，共173頁。第三十六頁，共173頁。?另外，電子控制單元還可根據轉向角速度傳感器輸出信號的大小，在汽車急轉彎時，按圖6-10所示的轉向力特性實施最優(yōu)控制。第三十七頁，共173頁。第三十八頁，共173頁。?旁通流量控制閥的結構如圖6-11所示。第三十九頁，共173頁。第四十頁，共173頁。?旁流控制式電控動力轉向系統控制電路如圖6-12所示。第四十一頁，共173頁。第四十二頁，共173頁。2．反力控制式EPS?反力控制式動力轉向系統是按照車速的變化，控制反力室油壓反力，調整動力轉向器，從而使汽車在各種條件下轉向盤上所需的轉向操縱力都達到最佳狀態(tài)。?有時也把這種動力轉向系統稱為漸進型動力轉向系統（ProgressivePowerSteering，PPS）。第四十三頁，共173頁。（1）基本組成，反力控制式動力轉向系統的組成結構如圖6-13所示。第四十四頁，共173頁。第四十五頁，共173頁。①轉向控制閥。?轉向控制閥的結構如圖6-14所示。第四十六頁，共173頁。第四十七頁，共173頁。②分流閥。?分流閥的基本結構如圖6-15所示，主要由閥門、彈簧及進出油口等構成。第四十八頁，共173頁。第四十九頁，共173頁。③車速傳感器。第五十頁，共173頁。④電磁閥。?電磁閥一般安裝在轉向齒輪箱體上，主要由電磁線圈、鐵芯及滑閥等組成，其結構及工作特性如圖6-16所示。第五十一頁，共173頁。第五十二頁，共173頁。（2）工作過程

①汽車靜止或低速行駛時。?其工作過程如圖6-17所示。第五十三頁，共173頁。第五十四頁，共173頁。②汽車中、高速行駛時。?其工作過程如圖6-18所示。第五十五頁，共173頁。第五十六頁，共173頁。3．閥靈敏度控制式EPS

?閥靈敏度控制式EPS是根據車速控制電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益（閥靈敏度）來控制動力轉向缸油壓大小。?這種轉向系統結構簡單、價格便宜，而且具有較大的選擇轉向力的自由度，可以獲得較好的轉向手感和良好的轉向特性。第五十七頁，共173頁。?閥靈敏度控制式EPS主要由轉子閥、電磁閥、車速傳感器及ECU等組成，如圖6-19所示。第五十八頁，共173頁。第五十九頁，共173頁。（1）轉子閥?轉子閥的結構如圖6-20所示，其等效液壓回路如圖6-21所示。第六十頁，共173頁。第六十一頁，共173頁。圖6-21轉子閥的等效液壓回路第六十二頁，共173頁。（2）電磁閥?電磁閥控制原理如圖6-22所示。第六十三頁，共173頁。第六十四頁，共173頁。（3）電子控制單元（ECU）?控制系統的電路如圖6-23所示。第六十五頁，共173頁。第六十六頁，共173頁。三、任務實施—液壓電控動力轉向系統檢修?下面以皇冠轎車液壓電控動力轉向系統為例介紹其具體檢修方法。第六十七頁，共173頁。（一）檢修要求及注意事項①確定懸架沒有被改動過，否則會影響轉向系統的工作。②輪胎尺寸、氣壓規(guī)格需要與生產廠家的規(guī)定相符合。③動力轉向油泵皮帶張力需要達到生產廠家的規(guī)定。第六十八頁，共173頁。④動力轉向油泵儲油罐中的液面高度需要達到生產廠家的規(guī)定。⑤發(fā)動機怠速轉速需要達到廠家規(guī)定的標準，并且運轉要穩(wěn)定。⑥確定轉向盤沒有更換過，需要是原車配件。第六十九頁，共173頁。（二）檢修方法及步驟1．基本檢查（1）動力轉向液面高度檢查（2）皮帶張緊力的檢查（3）系統壓力的檢查，如圖6-24所示。第七十頁，共173頁。圖6-24系統壓力檢查第七十一頁，共173頁。2．電控系統線路檢查

?控制系統電路及插接器如圖6-25所示。第七十二頁，共173頁。第七十三頁，共173頁。①電源線路檢查。②搭鐵線路檢查。③車速傳感器線路檢查。④電磁閥線路檢查。第七十四頁，共173頁。3．電控元件的檢查（1）電磁閥的檢查?如圖6-26所示，此時應聽到電磁閥動作的“咔噠”聲，否則應更換電磁閥。第七十五頁，共173頁。第七十六頁，共173頁。（2）EPS電控單元ECU的檢查?如圖6-27所示。?所測電壓應比原來增加0.07～0.22V。?如果無電壓，應更換ECU。第七十七頁，共173頁。第七十八頁，共173頁。任務三電動式電控動力轉向系統結構與檢修第七十九頁，共173頁。一、任務分析?電動式電控動力轉向系統是一種直接依靠電動機提供輔助扭矩的電動助力式轉向系統。?該系統只需利用微機控制電動機電流的方向和幅值，就可直接控制轉向助力的大小，控制的自由度較高，且結構簡單、布置方便，其在轎車上的應用越來越廣泛。第八十頁，共173頁。?本次任務就將向讀者介紹電動式電控動力轉向系統結構及檢修的相關知識。第八十一頁，共173頁。二、相關知識

（一）電動式動力轉向的基本組成、原理及特點第八十二頁，共173頁。1．其本組成?電動式動力轉向系統的基本組成如圖6-28所示，主要由扭矩傳感器、轉角傳感器、車速傳感器、電動機、電磁離合器、減速機構、電子控制單元等組成。第八十三頁，共173頁。第八十四頁，共173頁。2．工作原理?電動式動力轉向系統的基本原理是電子控制單元（ECU）根據車速傳感器和扭矩傳感器的信號，判斷汽車的運行狀況，以確定助力扭矩的大小和方向，然后發(fā)出控制指令，控制電動機的電流大小和方向，通過減速機構產生轉向助力扭矩，使汽車在低、中和高速下都能獲得最佳的轉向效果。第八十五頁，共173頁。3．特點①質量輕。②能耗少。③“路感”好。④污染少。⑤應用范圍廣。⑥裝配性好、易于布置。第八十六頁，共173頁。（二）電動式電控動力轉向系統主要部件的結構及工作原理

1．扭矩傳感器?扭矩傳感器的作用是檢測駕駛員作用在轉向盤上的轉向力矩及轉向方向等參數，并將其轉變?yōu)殡娦盘栞斔徒oECU，以作為控制電動助力大小和方向的主要依據。第八十七頁，共173頁。?常用的有電磁感應式扭矩傳感器和滑動電阻式扭矩傳感器。第八十八頁，共173頁。（1）電磁感應式扭矩傳感器?圖6-29所示為電磁感應式扭矩傳感器的結構及工作原理。第八十九頁，共173頁。第九十頁，共173頁。（2）滑動電阻式扭矩傳感器?圖6-30所示為滑動電阻式扭矩傳感器的結構和原理示意圖。第九十一頁，共173頁。第九十二頁，共173頁。2．電動機

?轉向助力電動機就是一般的永磁電動機，連同離合器和減速齒輪一起，如圖6-31所示。第九十三頁，共173頁。第九十四頁，共173頁。?電動機的輸出扭矩控制是通過控制其輸入電流來實現，而電動機的正轉和反轉則是由電子控制單元輸出的正反轉觸發(fā)脈沖控制。?圖6-32是一種比較簡單實用的正反轉控制電路。第九十五頁，共173頁。第九十六頁，共173頁。3．電磁離合器?電磁離合器裝在電動機和減速機構中間，用于控制電動機動力的輸出，其工作原理如圖6-33所示。第九十七頁，共173頁。第九十八頁，共173頁。4．減速機構?減速機構的作用是把電動機的輸出扭矩放大后，再傳給轉向齒輪箱的轉向機構。?目前使用的減速機構有多種組合方式，一般采用蝸輪蝸桿與轉向軸驅動組合式，如圖6-34所示；也有的采用兩級行星齒輪與傳動齒輪組合式，如圖6-35所示。第九十九頁，共173頁。第一百頁，共173頁。第一百零一頁，共173頁。5．電子控制單元（ECU）

?電子控制單元（ECU）是控制系統的核心，其組成如圖6-36所示。第一百零二頁，共173頁。第一百零三頁，共173頁。?主要包括4KB的ROM、256B的RAM、8位微處理器（CPU）、A/D（模擬/數字）轉換器、D/A（數字/模擬）轉換器、I/F（電流/頻率）轉換器、放大電路、動力監(jiān)測電路、驅動電路等。第一百零四頁，共173頁。（三）上海大眾TOURAN電動轉向系統

1．組成與結構?TOURAN電動轉向系統的組成如圖6-37所示，主要由方向盤、帶轉向角度傳感器G85的組合開關、轉向柱G527、轉向力矩傳感器G269、電動機械轉向助力器電動機V187、轉向器、轉向輔助控制單元J500等部件組成。第一百零五頁，共173頁。第一百零六頁，共173頁。?其元件的布置如圖6-38所示。第一百零七頁，共173頁。第一百零八頁，共173頁。（1）電動機V187

?電動機V187為無刷異步電動機，如圖6-39所示。第一百零九頁，共173頁。第一百一十頁，共173頁。（2）轉向力矩傳感器G269?利用轉向力矩傳感器G269可以直接在轉向小齒輪上計算方向盤的扭矩。?該傳感器以磁阻的功能原理工作。?轉向力矩傳感器的工作原理如圖6-40所示。第一百一十一頁，共173頁。第一百一十二頁，共173頁。（3）轉子轉速傳感器

?轉子轉速傳感器用于檢測電動機V187的轉子轉速，并將轉速信號反饋給控制單元J500，以便其精確控制電動機V187的動作。?它安裝在電動機V187的內部，也是根據磁阻功能原理工作的，在結構上與轉向力矩傳感器G269相同。第一百一十三頁，共173頁。（4）轉向角度傳感器G85?光電式轉向角度傳感器G85位于組合開關和方向盤之間的轉向柱上，它通過CANBUS數據總線，向轉向柱電子裝置控制單元J527提供信號，以便測算轉向角。?在轉向柱電子裝置控制單元中，設有電子系統，用于分析轉向角度傳感器G85輸送的信號。第一百一十四頁，共173頁。（5）轉向輔助控制單元J500?轉向輔助控制單元J500直接固定在電動機上，它根據輸入的信號（如轉向角度信號、發(fā)動機轉速信號、轉向力矩和轉子的轉速、車速信號、點火鑰匙等信號）計算當前的轉向助力需要，并控制驅動電動機V187轉動。第一百一十五頁，共173頁。第一百一十六頁，共173頁。2．控制原理及工作過程（1）控制原理第一百一十七頁，共173頁。（2）工作過程

?TOURAN電動轉向系統控制系統的組成如圖6-42所示，其工作過程如圖6-43所示。第一百一十八頁，共173頁。圖6-42控制系統組成第一百一十九頁，共173頁。第一百二十頁，共173頁。三、任務實施—電動式電控動力系統的檢修?下面以NISSAN轎車電動轉向系統為例介紹電動式電控動力系統的檢修方法。第一百二十一頁，共173頁。（一）檢修要求及注意事項①維修過程中，當點火開關在打開狀態(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。②確定是懸架沒有被改動過，否則會影響轉向系統的工作。第一百二十二頁，共173頁。③輪胎尺寸、氣壓規(guī)格需要與生產廠家的規(guī)定相符合。④發(fā)動機怠速轉速需要達到廠家規(guī)定的標準，并且動運轉要穩(wěn)定。⑤在控制系統的檢測中，必須使用生產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的零部件。第一百二十三頁，共173頁。（二）檢修方法及步驟1．故障警告燈的檢查?當點火開關處于ON位置時，故障警告燈應點亮，發(fā)動機起動后警告燈熄滅為正常。?警告燈不亮時，應檢查燈泡是否損壞，熔斷絲和導線是否斷路。第一百二十四頁，共173頁。?若發(fā)動機起動后，警告燈仍亮時，首先應考慮系統是否處于保險狀態(tài)（只有常規(guī)轉向工作，無電動助力），然后進行自診斷操作。第一百二十五頁，共173頁。2．系統自診斷?電動式電控動力轉向系統具有自診斷功能，利用專用診斷儀可對其進行故障自診斷，調取故障代碼。?系統故障代碼如表6-1所示。第一百二十六頁，共173頁。第一百二十七頁，共173頁。第一百二十八頁，共173頁。3．線路檢測

?圖6-44所示為NISSAN轎車電動轉向系統線路。第一百二十九頁，共173頁。圖6-44NISSAN電動轉向系統線路圖第一百三十頁，共173頁。?使用萬用表對系統線路進行檢測的項目如表6-2所示。第一百三十一頁，共173頁。第一百三十二頁，共173頁。第一百三十三頁，共173頁。4．元件檢測

（1）扭矩傳感器的檢查第一百三十四頁，共173頁。①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，其標準值應為0.6～0.7kΩ。?若不符合要求，則應更換扭矩傳感器。第一百三十五頁，共173頁。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。第一百三十六頁，共173頁。（2）直流電動機的檢查①檢查電動機電阻。?用萬用表檢查電動機兩端子之間的電阻值，應小于0.1Ω，如果阻值很大，則更換電動機總成。第一百三十七頁，共173頁。②檢查電動動機運轉情況。?給電動機加上蓄電池電壓時，應聽到電動機轉動的聲音，如果沒有聲音，應更換電動機總成。第一百三十八頁，共173頁。（3）電磁離合器的檢查?將蓄電池的正、負極分別接到電磁離合器的兩個端子上，在接通與斷開的瞬間，離合器應有工作聲音。?若沒有聲音，表明電磁離合器有故障，應更換轉向器總成。第一百三十九頁，共173頁。（4）電子控制單元（ECU）檢查?如果在自診斷系統中出現故障代碼C1606、C1607、C1608，說明電子控制單元可能損壞；如果沒有出現故障代碼，在控制單元電源和搭鐵線路都正常的情況下，可采用換件的方法替換懷疑有故障的控制單元，如果更換后故障排除，則說明控制單元損壞。第一百四十頁，共173頁。四、知識與技能拓展—電控四輪轉向系統

（一）四輪轉向系統概述1．4WS系統低速時的轉向特性?4WS系統低速時的轉向特性如圖6-46所示。第一百四十一頁，共173頁。第一百四十二頁，共173頁。2．四輪轉向系統中高速時的轉向特性

?4WS系統中、高速時的轉向特性如圖6-47所示。第一百四十三頁，共173頁。第一百四十四頁，共173頁。（二）轉向角比例控制式4WS系統?所謂轉向角比例控制是指使后輪的偏轉方向在低速區(qū)與前輪的偏轉方向相反，而在高速區(qū)與前輪的偏轉方向相同，并同時根據轉向盤轉向角度和車速情況控制后輪與前輪偏轉角度比例。第一百四十五頁，共173頁。1．系統組成

?轉向角比例控制式四輪轉向系統的構成如圖6-48所示。第一百四十六頁，共173頁。圖6-48轉向角比例控制式四輪轉向系統的構成第一百四十七頁，共173頁。（1）轉向樞軸?后轉向齒輪箱中轉向樞軸的結構如圖6-49所示。第一百四十八頁，共173頁。第一百四十九頁，共173頁。?偏置軸與轉向樞軸的工作原理如圖6-50所示。第一百五十頁，共173頁。第一百五十一頁，共173頁。（2）4WS轉換器?4WS轉換器的結構如圖6-51所示，主要由主電動機、輔助電動機、行星齒輪減速機構和蝸輪蝸桿機構組成。第一百