豐田卡羅拉電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)

1、豐田卡羅拉電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）一、 功能電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( EPS) 將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),能顯著改善汽車(chē)動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境污染等。因此,該系統(tǒng)一經(jīng)提出,就受到許多大汽車(chē)公司的重視,并進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。未來(lái)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中, EPS 將成為主流。與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在: 不轉(zhuǎn)向時(shí)不消耗功率,與液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,可降低燃油消耗3 %5 %; 改善車(chē)輛操縱性能,助力大小可通過(guò)控制單元中的軟件來(lái)控制,容易實(shí)現(xiàn)隨車(chē)速等的變化而變化; 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕;工作噪音小; 結(jié)構(gòu)比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,無(wú)油泵、液

2、壓油、橡膠軟管、油罐等; 符合環(huán)保要求,車(chē)輛報(bào)廢時(shí),不需處理液壓油、橡膠軟管等,也無(wú)液壓油的泄漏問(wèn)題; 安裝簡(jiǎn)化(特別對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置和中置的車(chē)輛,可節(jié)省裝配時(shí)間) 。二、 組成1、卡羅拉EPS由以下部件構(gòu)成(見(jiàn)下圖) :1) 轉(zhuǎn)向扭矩傳感器。它通過(guò)檢測(cè)彈性扭轉(zhuǎn)桿因方向盤(pán)的扭矩所產(chǎn)生的變形角度來(lái)測(cè)量方向盤(pán)操縱力矩,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)并輸出至EPS ECU , ECU 據(jù)此決定對(duì)EPS馬達(dá)提供多大的電壓。這是轉(zhuǎn)向控制的重要信號(hào)。2) 轉(zhuǎn)向電機(jī)。裝于轉(zhuǎn)向管柱的中部,是助力轉(zhuǎn)向的動(dòng)力來(lái)源。3) 減速裝置。采取與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)殼配套的循環(huán)滾珠式減速機(jī)構(gòu),將電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的轉(zhuǎn)速降低,獲得更大的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩,以便足以

3、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)向。4) 轉(zhuǎn)角傳感器。向EPS ECU 反饋轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的轉(zhuǎn)角大小和轉(zhuǎn)向,便于EPS ECU 對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確控制。5) 齒條軸的外殼。6) 左右橫拉桿。7) EPS ECU 。2.轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)向扭矩傳感器包括分相器單元1 與分相器單元2 兩部分,分別安裝在方向盤(pán)的輸入軸和轉(zhuǎn)向小齒輪的輸出軸上(見(jiàn)圖2 、3) 。圖2 卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器裝配圖 圖3 卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的分解圖1)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(xiāo)剛性連接成一體,轉(zhuǎn)子軸上方有連接用的銷(xiāo)孔(如圖3 所示) 。輸入軸由汽車(chē)方向盤(pán)直接驅(qū)動(dòng),再通過(guò)金屬銷(xiāo)、彈

4、性扭轉(zhuǎn)桿的傳遞來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出軸;輸出軸小齒輪推動(dòng)齒條平移,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪向左或向右轉(zhuǎn)向。2) 定子部分也有上下兩層線圈,分別對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的上下部分。定子線圈有2 種,分別是勵(lì)磁線圈和檢測(cè)線圈。勵(lì)磁線圈對(duì)轉(zhuǎn)子部分的線圈通過(guò)電磁感應(yīng)起勵(lì)磁作用;檢測(cè)線圈用于檢測(cè)輸入、輸出軸的上下轉(zhuǎn)角差(轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩) ,向EPS ECU 輸送電信號(hào),這個(gè)電信號(hào)是定子線圈上兩列正弦波的相位差(如圖4 所示) ,反映此時(shí)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩大小。相位差越大,轉(zhuǎn)矩越大。圖4 檢測(cè)線圈的相位差3.轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理豐田卡羅拉轉(zhuǎn)角傳感器屬于電磁感應(yīng)式傳感器,它及時(shí)將轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向角度信號(hào)反饋給EPS ECU ,形成一個(gè)閉環(huán)控

5、制。這個(gè)傳感器轉(zhuǎn)子為凸臺(tái)式,轉(zhuǎn)子與助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體,由圖5可見(jiàn)轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與感應(yīng)凸臺(tái)。轉(zhuǎn)向傳感器的定子線圈呈圓環(huán)狀(圖5 中的轉(zhuǎn)角傳感器) ,裝在助力電動(dòng)機(jī)定子線圈端面,感應(yīng)凸臺(tái)隨助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)電磁感應(yīng)原理,檢測(cè)出助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。4.助力電動(dòng)機(jī)的電源由于目前汽車(chē)蓄電池的電壓只有12 V ,助力電動(dòng)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(zhuān)門(mén)設(shè)置有提升電壓的逆變器和電感儲(chǔ)能線圈,由類(lèi)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(pán)時(shí),助力電動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小自

6、動(dòng)輸出2734 V 的可變電壓。三、 工作原理EPS是由EPS ECU 控制轉(zhuǎn)向電機(jī)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員打方向時(shí),方向盤(pán)通過(guò)傳動(dòng)軸的花鍵轂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸) ,轉(zhuǎn)向主軸再通過(guò)金屬銷(xiāo)帶動(dòng)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(dòng)力輸出,驅(qū)動(dòng)車(chē)輪向左或向右偏擺而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。與此同時(shí),助力的過(guò)程也在進(jìn)行,由于彈性扭轉(zhuǎn)桿比較細(xì)長(zhǎng),受到來(lái)自轉(zhuǎn)向主軸的扭矩時(shí),很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,因此,輸入軸與輸出軸之間產(chǎn)生上下轉(zhuǎn)角差,扭矩越大轉(zhuǎn)角差越大;轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)角差大小并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸給EPS ECU ; EPS ECU 根據(jù)轉(zhuǎn)矩大小輸出不同驅(qū)動(dòng)電壓,以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力電

7、動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力,轉(zhuǎn)矩越大輸出的驅(qū)動(dòng)電壓越高,驅(qū)動(dòng)電壓在2734 V 變化。但當(dāng)駕駛員未打方向或車(chē)輛直線行駛時(shí),助力電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)助力電動(dòng)機(jī)的電壓為零。轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)的電流由EPS ECU 控制,隨車(chē)速變化而變化, EPS ECU 根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩值及車(chē)速大小計(jì)算所需輸出電流并控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。由圖6可見(jiàn),車(chē)速越高,轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的電流越小;車(chē)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(gè)因素決定,即方向盤(pán)輸入扭矩與車(chē)輛的行駛速度。電動(dòng)助力系統(tǒng)的控制:當(dāng)車(chē)輛速度低時(shí),轉(zhuǎn)向沉重,這時(shí)需要大的助力。由于車(chē)速低, EPS ECU供給助力電動(dòng)機(jī)大的電流;另一方面方向盤(pán)沉重,彈性扭轉(zhuǎn)桿變形大,轉(zhuǎn)角差大

8、, EPS ECU 供給助力電動(dòng)機(jī)高的電壓,因此,助力電動(dòng)機(jī)提供大的助力。車(chē)速高時(shí),轉(zhuǎn)向輕便,這時(shí)需要小的助力,增加駕駛員轉(zhuǎn)向的路感。由于車(chē)速高, EPS ECU 供給助力電動(dòng)機(jī)小的電流;另一方面方向盤(pán)輕便,彈性扭轉(zhuǎn)桿變形小,轉(zhuǎn)角差小, EPS ECU 供給助力電動(dòng)機(jī)低的電壓,因此,助力電動(dòng)機(jī)提供小的助力。通過(guò)電動(dòng)助力,達(dá)到理想的轉(zhuǎn)向控制。從圖6 虛線部分可以看出, 轉(zhuǎn)向力矩曲線不是單一的。轉(zhuǎn)向助力輸出電流一定時(shí),對(duì)應(yīng)不同曲線得到不同的轉(zhuǎn)向力矩,這因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓不是固定的,它隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)向力矩變化而變化;同樣,轉(zhuǎn)向力矩一定時(shí),對(duì)應(yīng)不同曲線得到不同的轉(zhuǎn)向助力輸出電流,原因是驅(qū)動(dòng)電壓因素在起作用。轉(zhuǎn)向

9、助力電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)向齒條的原理:由圖7 可見(jiàn),轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是空心的,它通過(guò)滾珠與齒條軸相嚙合。當(dāng)轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它的轉(zhuǎn)子只能左右轉(zhuǎn)動(dòng),而不能軸向移動(dòng),因此,轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)滾珠迫使齒條軸向左或向右移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中,循環(huán)滾珠式減速機(jī)構(gòu)起到減速增扭的作用,將轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的速度減慢、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩放大。所以轉(zhuǎn)向輪上最終得到的轉(zhuǎn)向力矩是駕駛員轉(zhuǎn)向力矩和轉(zhuǎn)向電動(dòng)助力之和(車(chē)輛低速時(shí),后者遠(yuǎn)大于前者) ,轉(zhuǎn)角傳感器反饋轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小與轉(zhuǎn)向方向,以便EPS ECU 對(duì)轉(zhuǎn)向控制作及時(shí)修正。當(dāng)方向盤(pán)保持在某一轉(zhuǎn)向位置時(shí),由于不再打方向,車(chē)輪要克服的路面轉(zhuǎn)向阻力消失,彈性扭

10、轉(zhuǎn)桿被釋放,在彈力作用下慢慢恢復(fù),彈性扭轉(zhuǎn)桿上下不再存在轉(zhuǎn)角差,ECU 不再提供轉(zhuǎn)向助力。車(chē)輛保持在轉(zhuǎn)向位置是靠駕駛員把住方向盤(pán)來(lái)維持的。圖7 卡羅拉EPS轉(zhuǎn)向齒輪單元的結(jié)構(gòu)四、 檢測(cè)與維修方法1扭矩傳感器電路檢測(cè)    （a）電路圖如圖所示。   （b）將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于ON（IG）位置。   （c）根據(jù)表1的值測(cè)量電壓。    2三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)電路檢測(cè)    （a）電路圖如圖所示。（b)從助力轉(zhuǎn)向ECU上斷開(kāi)連接器。（c）根據(jù)表2的值測(cè)量電阻。&

11、#160;   3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始化和校準(zhǔn)    有下列情形的需執(zhí)行EPS系統(tǒng)的初始化和校準(zhǔn)：    1更換轉(zhuǎn)向柱總成；    2更換EPS ECU；    3左、右轉(zhuǎn)向助力有差異；    具體操作步驟如表3。五、 注意事項(xiàng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各總成機(jī)件在出廠前均調(diào)整合適，用戶不得隨意拆卸。但若在使用中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重故障，經(jīng)檢查確由動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成而必須拆卸時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： 要遵守操作規(guī)程，按各車(chē)型維護(hù)手冊(cè)規(guī)定的方法拆裝。拆裝時(shí)要認(rèn)真細(xì)致，不能碰傷、劃傷零件的工作表面。( 要保護(hù)好密封件，如0形與矩形橡膠密封圈、油封、減磨護(hù)圈等。必要時(shí)要用專(zhuān)用工具拆裝。特別是橡膠密封圈不允許劃傷和擠傷工作表面，否則將影響密封效果。 管路、油泵、動(dòng)力缸、分配閥等液壓機(jī)件拆卸后，必須用專(zhuān)用堵塞(橡膠的、塑料的或木質(zhì)的)及時(shí)將各油孔堵住，以免泥沙、鐵屑等進(jìn)入工作表面。( 裝配液壓機(jī)件時(shí)，應(yīng)特別注意清潔，不允許金屬屑、泥沙、紗頭等落入配合表面。條件許可時(shí)，最好在有防塵設(shè)備的工作間進(jìn)行裝配。裝配前，