模塊八電控動力轉向與四輪轉向系統(tǒng)

制作人趙良紅汽車底盤電控技術模塊八電控動力轉向與四輪轉向系統(tǒng)8.1學習目標

【知識目標:】1.了解電控動力轉向與四輪轉向系統(tǒng)的作用。2.了解電控動力轉向系統(tǒng)類型。3.了解電動式電控動力轉向系統(tǒng)及四輪轉向系統(tǒng)的構造、原理。4.了解電動式電控動力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點。5.掌握液壓式電控動力轉向系統(tǒng)的構造、工作過程。6.掌握電控動力轉向系統(tǒng)故障的的現(xiàn)象、原因分析方法。【能力目標】1.能正確拆裝電控動力轉向系統(tǒng)2.能檢查電控動力轉向系統(tǒng)機械、電路部分的功能是否正常3.能分析電控動力轉向系統(tǒng)電控電路圖4.能進行電控動力轉向系統(tǒng)零件、電控系統(tǒng)的檢修5.能分析電控動力轉向系統(tǒng)故障原因6.能排除電控動力轉向系統(tǒng)常見故障8.2知識學習

8.2.1液壓式EPS普通的動力轉向系統(tǒng)減少了駕駛員的轉向操縱力，但所設定的固定放大倍率具有以下缺點：如果所設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了減小汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉動轉向盤的力，則當汽車以高速行駛時，這一固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)會使轉動轉向盤的力顯得太小，不利于對高速行駛的汽車進行方向控制；反之，如果所設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了增加汽車在高速行駛時的轉向力，則當汽車停駛或低速行駛時，轉動轉向盤就會顯得非常吃力。

普通的動力轉向系統(tǒng)的缺點：電控動力轉向系統(tǒng)(ElectricalPowerSteering，簡稱EPS)，EPS在車速較低時有較大的放大倍率，可以減輕轉向操縱力，使轉向輕便、靈活；在車速教高時則適當減小放大倍率，適當加重轉向力，以穩(wěn)定轉向手感，提高高速行駛的操縱穩(wěn)定性。EPS根據(jù)轉向動力源不同可分為液壓式EPS和電動式EPS。

液壓式EPS是在傳統(tǒng)的液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上增設了液體流量的裝置、各種傳感器和電子控制單元等形成的。根據(jù)控制方式的不同，液壓式EPS又可分為流量控制式EPS、反力控制式EPS和閥靈敏度控制式EPS三種形式。1.流量控制式EPS1—機油箱；2—轉向管柱；3—轉向角速度傳感器；4—電子控制單元；5—轉向角速度傳感器增幅器；6—旁通流量控制閥；7—電磁線圈；8—轉向齒輪聯(lián)動機構；9—機油泵

一、相關知識

(一)液壓式EPS流量控制式動力轉向系統(tǒng)是在一般液壓動力轉向系統(tǒng)上增加旁通流量控制閥、車速傳感器、轉向角速度傳感器、電子控制單元和控制開關等。在轉向油泵與轉向機體之間設有旁通管路，在旁通管路中又設有旁通油量控制閥。根據(jù)車速傳感器、轉向角速度傳感器和控制開關等信號，電子控制單元向旁通流量控制閥按照汽車的行駛狀態(tài)發(fā)出控制信號，控制旁通流量，從而調(diào)整向轉向器供油的流量，流量調(diào)節(jié)示意圖彎曲道路時的轉向力特性三種不同的轉向力特性曲線圖示為該系統(tǒng)旁通流量控制閥的結構示意圖。在閥體內(nèi)裝有主滑閥1和穩(wěn)壓滑閥2，在主滑閥的右端與電磁線圈柱塞3連接，主滑閥與電磁線圈的推力成正比移動，從而改變主滑閥左端流量主孔6的開口面積。調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘4可以調(diào)節(jié)旁通流量的大小。藍鳥牌轎車EPS電路圖2.反力控制式EPS（1）系統(tǒng)組成及工作原理反力控制式動力轉向系統(tǒng)主要由轉向控制閥、分流閥、電磁閥、轉向動力缸、轉向油泵、儲油箱、車速傳感器及電子控制單元等組成反力控制式動力轉向系統(tǒng)的組成1—泵；2—儲油箱；3—分流閥；4—扭力桿；5—轉向盤；6、9、10—銷；7—轉閥閥桿；8—控制閥閥體；11—小齒輪軸；12—活塞；13—動力缸；14—齒條；15—小齒輪；16—柱塞；17—油壓反力室；18—電磁閥轉向控制閥是在傳統(tǒng)的整體轉閥式動力轉向控制閥的基礎上增設了油壓反力室而構成，扭力桿的上端通過銷子與轉閥閥桿相連，下端與小齒輪軸用銷子連接。小齒輪軸的上端部通過銷子與控制閥閥體相連。轉向時，轉向盤上的轉向力通過扭力桿傳遞給小齒輪軸。當轉向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉變形時，控制閥體和轉閥閥桿之間將發(fā)生相對轉動，于是就改變了閥體和閥桿之間油道的通、斷關系和工作油液的流動方向，從而實現(xiàn)轉向助力作用。1—柱塞；2—扭桿；3—凸起；4—油壓反力室（2）反力控制式動力轉向系統(tǒng)實例馬克Ⅱ型EPS結構動力轉向特性比較反力控制式動力轉向系統(tǒng)是一種根據(jù)車速大小，控制反力室油壓，從而改變輸入、輸出增益幅度以控制轉向力的方法。優(yōu)點：具有較大的選擇轉向力的自由度，轉向剛度大，駕駛員能確實感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感等。缺點：結構復雜，且價格較高。3.閥靈敏度控制式EPS閥靈敏度控制式EPS是根據(jù)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)來控制油壓的。這種轉向系統(tǒng)結構簡單、部件少、價格便宜，而且具有較大的選擇轉向力的自由度，與反力控制式轉向相比，轉向剛性差，但可以最大限度提高原來的彈性剛度來加以克服，從而可以獲得自然的轉向手感和良好的轉向特性?？刂崎y的等效液壓回路圖控制系統(tǒng)電路圖8.2知識學習

8.2.2電動式EPS1.電動式EPS組成電動式電控助力轉向系統(tǒng)主要由EPSECU、電動機、轉矩傳感器、車速傳感器等組成。系統(tǒng)中，電動機通過電磁離合器與轉向小齒輪相連，直接驅動轉向小齒輪實現(xiàn)轉向助力。齒輪助力式EPS1—轉向盤2—轉向軸3—EPSECU4—電動機5—齒條6—橫拉桿7—轉向輪8—轉向小齒輪9—扭桿10—轉矩傳感器

2．電動式EPS的優(yōu)點：1)將電動機、離合器、減速裝置、轉向桿等各部件裝配成一個整體，這既無管道也無控制閥，使其結構緊湊、質量減輕。一般電動式EPS的質量比液壓式EPS質量輕25％左右。2)沒有液壓式動力轉向系統(tǒng)所必須的常運轉轉向油泵，電動機只是在需要轉向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。3)省去了油壓系統(tǒng)，所以不需要給轉向油泵補充油，也不必擔心漏油。4)可以比較容易地按照汽車性能的需要設置、修改轉向助力特性。3.三菱電動式EPS三菱公司微型汽車所用齒輪助力式動力轉向系統(tǒng)中的電子控制裝置可根據(jù)車速和轉向盤上的操縱力，控制轉向助力機構內(nèi)的電動機，實現(xiàn)轉向助力控制。該系統(tǒng)在其設定的車速以上轉向時，就變成了普通的轉向系統(tǒng)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自我修正功能發(fā)揮作用，斷開電動機的輸出電流，也變成普通的轉向系統(tǒng)。同時速度表內(nèi)的警報燈點亮，以通知駕駛員系統(tǒng)發(fā)生故障。1—車速傳感器；2—速度表引出電纜的部位；3—傳動軸；4—車速信號(主)；5—車速信號(副)；6—電子控制裝置；7—副駕駛員腳下部位；8—電動機；9—扭桿；10—齒條；11—點火電源；12—蓄電池；l3—發(fā)電機信號；l4—指示燈電流；l5—提高怠速電流；16—電動機電流；l7—離合器電流；l8—轉矩信號(主)；19—轉矩信號(副)；20—離合器；21—電動機齒輪；22—傳動齒輪；23—小齒輪；24—點火開關；25—熔絲；26—轉矩傳感器；27—轉向器齒輪總成；28—交流發(fā)電機；29—指示燈；30—怠速提高電磁閥；31—發(fā)動機控制組件；32—電動機與離合器（1）電動機、離合器和減速機構。助力電動機、離合器與轉向傳感器均安裝在轉向器內(nèi)。電子控制裝置根據(jù)車速和轉向盤的轉動狀況，向電動機和離合器輸出控制電流，電動機的旋轉力矩經(jīng)減速機構傳給轉向小齒輪，實現(xiàn)轉向助力。直流電動機最大的通過電流為30A，在發(fā)動機不起動時，系統(tǒng)的工作由蓄電池供電，怠速時由發(fā)電機供電。因此，系統(tǒng)工作時，發(fā)動機處于高怠速工作狀態(tài)。1—轉矩傳感器；2—轉軸；3—扭桿；4—輸入軸；5—電動機與離合器；6—行星小齒輪B；7—太陽輪8—行星小齒輪A；9—小齒輪；l0—內(nèi)齒圈B；11—內(nèi)齒圈A電動機與行星齒輪間的傳動關系（2）轉矩傳感器。轉矩傳感器是通過扭桿將轉動轉向盤時的轉矩變?yōu)檗D角信號輸送給電子控制裝置。一般扭桿的扭轉角度設定為46左右，而且由于采用行星齒輪機構，使轉矩傳感器的檢測精度提高。（3）車速傳感器。車速傳感器的結構如圖6-20所示。電磁感應式車速傳感器安裝在變速器上，傳感器根據(jù)車速的變化，把兩個系統(tǒng)(主、副)的脈沖信號輸送給ECU。傳感器每轉動一圈產(chǎn)生8個脈沖信號，由于是兩個系統(tǒng)，故信號的可靠性提高了。車速傳感器的結構1—殼體；2—定子線圈；3—磁極；4—下側定子；5—定子（4）交流發(fā)電機L端子。交流發(fā)電機L端子電壓輸送給電子控制裝置，用于判斷發(fā)動機是否開始轉動。（5）電子控制裝置。電子控制裝置由一個微型計算機，一個半導體芯片(MC6805)及其外圍電路組成。電子控制系統(tǒng)具體工作情況為：1)點火開關接通(ON)時，給電子控制裝置加上電源(即接通電子控制裝置與蓄電池接通)，電動轉向系統(tǒng)開始工作。2)在發(fā)動機起動的同時，交流發(fā)動機L端子電壓輸送給電子控制裝置感知發(fā)動機的起動狀態(tài)，使電動轉向系統(tǒng)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。3)汽車在行駛過程中，電子控制裝置根據(jù)車速傳感器和轉矩傳感器送來的電信號，經(jīng)過對比運算后，向電動機和電磁離合器發(fā)出控制指令(電信號)，給電動機通以相應的電流而轉動，電動機輸出軸經(jīng)減速機構，對轉向小齒輪助力。電動機控制電流值分為6種。車速在30krn/h以上時，電子控制裝置切斷離合器和電動機電流，使離合器分離，電動機停止工作，電動轉向系統(tǒng)變?yōu)槠胀ㄞD向系統(tǒng)；車速在27km／h以下時。電子控制裝置使離合器通電接合，電動機通電運轉，系統(tǒng)變?yōu)殡妱邮絼恿D向系統(tǒng)。1.汽車轉向特性1）4WS汽車低速轉向特性。

(a)2WS汽車(b)4WS汽車

2）4WS汽車高速轉向特性(a)2WS汽車(b)4WS汽車

8.2知識學習

8.2.3四輪轉向系統(tǒng)2.轉向角比例控制四輪轉向系統(tǒng)所謂轉向角比例控制就是后輪轉角與前輪轉角成比例。在低速區(qū)前后輪逆向，而在中高速區(qū)前后輪同向。在中高速區(qū)的轉向操縱應使前后輪平衡穩(wěn)定并處于恒定轉向狀態(tài)，汽車的前進方向和車體的朝向就能一致，并能得到穩(wěn)定的轉向性能。

（1）系統(tǒng)組成豐田汽車轉向角比例控制四輪轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)前、后輪的轉向機構進行機械連接。轉向盤的轉動傳到前轉向器(齒輪齒條式)，齒條使前轉向橫拉桿作左右運動以控制前輪轉向，同時，輸出小齒輪旋轉，通過連接軸傳遞到后轉向齒輪箱中，后輪的轉角與轉向盤的轉角成比例變化，并讓其在低速轉向時，后輪與前輪反向轉動；在中高速行駛時，后輪與前輪同向轉動。豐田汽車轉向角比例控制四輪轉向系統(tǒng)

1）轉向樞軸轉向樞軸在后轉向齒輪箱中，實際上是一個大軸承。它的外圈與扇形齒輪做成一體，可繞轉向樞軸左右傾斜運動，內(nèi)座圈與一個突出在變換桿上的偏心軸相連，變換桿由4WS轉換器中的電動機驅動，繞其旋轉中心，可正、反向運動，并使偏心軸可在轉向樞軸內(nèi)上、下旋轉55°。當偏心軸的前端與轉向軸左右旋轉中心一致時，使轉向樞軸左右傾斜，變換桿完全不動，此時后輪處于中間位置。當偏心軸的前端位于轉向樞軸旋轉中心上方或下方，并有一定的偏距時，轉向樞軸的左右傾斜就會使變換桿產(chǎn)生較大的位移量。當偏心軸的前端處于轉向樞軸的上方，則后輪相對前輪反向轉動；若偏心軸的前端處于轉向樞軸的下方，則后輪相對前輪同向轉動。2）4WS變換器四輪轉向汽車的變換器結構由主電動機與輔助電動機組成的驅動部分，行星齒輪組成的減速部分和使變換桿轉動的蝸桿所構成。一般情況下，主電動機工作，輔助電動機不工作。輔助電動機的輸出軸與行星齒輪機構中的太陽輪相連，主電動機輸出軸與行星齒輪相連，而行星齒輪機構中的齒圈就成為變換器的輸出軸。平時，太陽輪固定，與主電動機相連的行星齒輪軸轉動，亦即，行星齒輪一邊圍繞太陽輪公轉，一邊自轉。同時帶動四輪轉向變換器輸出軸的齒圈轉動。

4WS變換器結構1—偏心軸2—輔助電動機3—4WS變換器4—主電動機5—4WS變換器輸出軸6—連接桿7—蝸輪8—轉角比檢測用齒輪3）車速傳感器4WS電子控制裝置根據(jù)車速傳感器檢測到的車速去控制后輪轉向角和相位。汽車中通常所使用的車速傳感器與車速表傳感器和ABS控制系統(tǒng)中所提及的的車速傳感器相同。4）轉角比傳感器轉角比傳感器安裝在執(zhí)行器上,轉角比傳感器采用一只可變電阻，如圖6-29所示。通過檢測轉角比傳感器輸出的電壓值，可指明執(zhí)行器的狀態(tài)和轉向情況、轉向比例以及根據(jù)前輪轉向情況所得到的后輪最大偏轉量。

（2）4WS控制原理

1)轉角比控制根據(jù)行駛車速控制主電動機，從而實現(xiàn)對轉角的控制。駕駛員可使用四輪轉向模式切換開關，選擇“NORMAL”或“SPORT”模式。(a)轉角量控制圖(b)轉角比傳感器特性

2）兩輪轉向選擇功能當兩輪轉向選擇開關設定在ON，且變速器被掛人倒檔位置時，后輪轉向量就被設置為零。3）故障診斷控制當系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，防誤操作控制會進行如下的處理：使駕駛室內(nèi)的“四輪轉向警示燈”點亮，告知駕駛員已出現(xiàn)異常情況，同時，將發(fā)生異常情況的部位存儲到電子控制裝置中。①主電動機異常：此時，驅動輔助電動機，僅利用轉角控制圖中“NORMAL”模式的同向轉向部分，進行與車速相對應的轉角比控制。②車速傳感器異常：使用SPl、SP2中輸出的較高車速值，通過主電動機僅進行同向轉向的轉角比控制。③轉角比傳感器異常：利用輔助電動機，驅動到同方向的最大值，然后，中止其后的控制，若此時輔助電動機異常，則用主電動機完成上述工作。④電子控制裝置異常：利用輔助電動機，驅動到同方向最大值，然后停止其后的控制，此時要避免出現(xiàn)反方向轉向。

3.橫擺角速度比例控制4WS橫向偏轉角比例控制四輪轉向系統(tǒng)附加橫向擺動率反饋控制，利用橫向擺動率傳感器檢測車輛轉向，抵消這一拐彎力以控制后輪轉向，使汽車能主動適應行駛中橫向擺動率的變化，確保車輛行駛的穩(wěn)定性。（1）系統(tǒng)組成1）前輪轉向機構

2）后輪轉向機構

（2）控制形式1）大轉角控制(機械式轉角控制)

2）小轉角控制(電動轉角控制)

1．安全、整潔的汽車維修車間或模擬汽車維修車間。2．齊備的消防用具及個人防護用具。3．汽車維修舉升機、汽車電腦診斷儀及各種常用工具。4．帶電控動力轉向的車輛。5．四輪定位儀。6．電控動力轉向檢修專用工具。

8.3能力訓練

8.3.1訓練環(huán)境條件要求1.豐田轎車電控動力轉向系統(tǒng)的故障診斷與檢修（1）電子控制系統(tǒng)的故障排除1)電子控制系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象。①怠速或低速行駛時轉向困難。②高速行駛時轉向太靈敏。

8.3能力訓練

8.3.2能力訓練任務電控動力轉向電子控制系統(tǒng)ECU連接器2）初步檢查。①檢查輪胎氣壓。②檢查懸架與轉向連接件之間潤滑。③檢查前輪定位。④檢查轉向系統(tǒng)接頭及懸架臂球接頭。⑤檢查轉向柱管是否彎曲。⑥檢查是否所有接頭均牢固可靠。⑦檢查動力轉向泵液壓。

3）故障診斷流程圖。（2）電子控制部件的檢查1）電磁閥的檢查。①拆下電磁閥連接器。②測量電磁閥端子SOL+與SOL-之間的電阻，電阻值為6.0～11.0Ω。③接上電磁閥連接器。④從齒輪座上拆下電磁閥。⑤將蓄電池正極接電磁閥端子SOL+，將電池負極接電磁閥端子SOL-，電磁閥的針閥應縮進大約2mm；否則，更換電磁閥。⑥安裝電磁閥。⑦動力轉向管路放氣。

2）動力轉向ECU的檢查。①支起汽車。②拆下手袋箱(注意不要拔出ECU的連接器)。③起動發(fā)動機。④發(fā)動機怠速運轉，用萬用表測量ECU的端子SOL-與GND之間的電壓。掛上檔使車速達到60km／h，再測量ECU的端子GND和SOL-之間的電壓。標準電壓為0．07～0．22V；否則，更換ECU。⑤裝回手袋箱。⑥放下汽車。

2.三菱微犁汽車電控動力轉向系統(tǒng)的故障診斷與檢修（1）電控動力轉向系統(tǒng)診斷1)EPS警告燈的檢查。系統(tǒng)正常狀態(tài)，打開點火開關(ON)，EPS指示點亮，發(fā)動機起動后指示燈熄滅。如果打開點火開關指示燈不亮，應檢查燈泡是否損壞、熔絲和配線是否斷路；如果發(fā)動機起動后，指示燈仍亮，應考慮系統(tǒng)是否處于失效保護狀態(tài)(只有常規(guī)轉向工作，無轉向助力)，然后進行自診斷操作。

2）EPS自診斷操作。將萬用表直流電壓檔的正極探針接診斷插座的2號端子，負極探針接地。打開點火開關(ON)，觀察萬用表指針的擺動，讀取故障碼。如果有多個故障碼，故障碼將由小到大順序顯示。

自診斷插接器故障碼輸出波形（2）電控動力轉向系統(tǒng)故障碼分析。1）故障碼41的檢查：①起動發(fā)動機，不轉動轉向盤，觀察故障碼是否再次出現(xiàn)。如果再現(xiàn)，則按照故障碼表檢查有關部件；否則按下述第④項檢查。②拆下電動機配線連接器，用萬用表測量電動機的兩接線端子之間和端子與接地(外殼)之間的電阻，檢查其導通狀態(tài)。正常情況下，電動機兩接線端子之間應導通，若不導通，則表明內(nèi)部斷路；電動機接線端子與接地(外殼)之間應不導通；否則，表明兩接線端子與外殼之間短路。③若電動機及其接線端子均正常，應檢查轉向器總成到ECU之間的配線是否良好(用手晃動配線連接器，檢查是否松動)，若配線正常，則表明ECU不良。④檢查導線無異常時，進行行駛試驗。若故障碼不再現(xiàn)，轉動轉向盤，檢查電動機的工作狀態(tài)。

2)故障碼42的檢查：①起動發(fā)動機，用1rad／s以下的速度轉動轉向盤觀察故障碼是否再現(xiàn)，如果不再現(xiàn)，按(3)中所述檢查配線。無異常時，通過行駛進行再現(xiàn)試驗。②通過診斷，若故障碼42再現(xiàn)，而且又發(fā)生故障碼11、l3時，可考慮是由轉角傳感器的配線或者轉向機總成異常造成的。3)故障碼43的檢查：起動發(fā)動機，不轉動轉向盤，檢查故障碼是否再現(xiàn)。如果再現(xiàn)，則表示ECU不良；否則，試轉動轉向盤，若此時故障碼再現(xiàn)，應檢查配線。4)故障碼44的檢查：起動發(fā)動機，不轉動轉向盤觀察