汽車行駛、轉(zhuǎn)向與制動系統(tǒng)檢修 第2版 課件項(xiàng)目七 電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢修

項(xiàng)目七

電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢修武忠學(xué)習(xí)目標(biāo)3技能目標(biāo)3.能夠?qū)﹄妱觿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷排除。素養(yǎng)目標(biāo)通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，深化7S管理學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生以主人翁精神服務(wù)于社會，注重責(zé)任，展現(xiàn)人生價值。知識目標(biāo)1.掌握電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型。2.掌握電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成及原理。【知識準(zhǔn)備】4電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering(EPS)orMotorDrivenPowerSteering(MDPS)）。它是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中加裝電動機(jī)助力裝置相關(guān)知識5一、分類如圖7－1所示。按電機(jī)的布置方式分為：a)轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動式b)轉(zhuǎn)向器齒輪驅(qū)動式c)雙齒輪驅(qū)動式d)齒條驅(qū)動式等四種類型，相關(guān)知識6二、電動式EPS的組成原理電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成原理如圖7－2所示，它主要由車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、電子控制器ECU、電動機(jī)及減速機(jī)構(gòu)等組成。當(dāng)駕駛?cè)舜蜷_點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向扭矩作用在轉(zhuǎn)向柱上的扭桿上，轉(zhuǎn)矩傳感器通過檢測扭桿的變形量而檢測出駕駛?cè)俗饔玫霓D(zhuǎn)矩信號，并把轉(zhuǎn)矩信號發(fā)送給控制單元?？刂茊卧鶕?jù)轉(zhuǎn)矩、車速及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及控制單元內(nèi)存儲的特性曲線，計(jì)算出最佳的助力力矩大小及方向，并輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)驅(qū)動減速機(jī)構(gòu)將助力力矩傳給轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)得到一個與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。相關(guān)知識7三、電動式EPS系統(tǒng)部件1.轉(zhuǎn)矩傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向扭矩和轉(zhuǎn)動方向，并把檢測結(jié)果傳送給電控單元，電控單元以此計(jì)算電機(jī)的供電電流及控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，用于轉(zhuǎn)向助力的控制。轉(zhuǎn)矩傳感器的類型有渦流式、霍爾式和光電式。轉(zhuǎn)矩傳感器是通過檢測扭桿的扭轉(zhuǎn)變形（扭轉(zhuǎn)變形角）來檢測轉(zhuǎn)矩的大小的。相關(guān)知識8（1）渦流式（電感式）其組成結(jié)構(gòu)如圖所示，扭桿用于連接輸入軸和輸出軸，輸入軸上花鍵凸起由磁性物質(zhì)制成，輸出軸套為非磁性材料的導(dǎo)體，上有兩排窗口，套在輸出軸外側(cè)，當(dāng)有扭矩作用于輸入軸時，窗口與花鍵凸起可以相對轉(zhuǎn)動。在軸套外窗口的對應(yīng)位置處有兩個通有高頻交流電的線圈，線圈的輸出電路與電路板連接。這種傳感器是非接觸式扭矩傳感器。相關(guān)知識9工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤時，連接輸入和輸出軸的扭桿了生扭曲，使得輸入和輸出軸相對轉(zhuǎn)動，從而輸入軸的窗口和輸出軸的凸起位置相對變化，輸入和輸出之間的磁場發(fā)生變化，引起兩高頻線圈的電場變化，線圈把這一電場變化轉(zhuǎn)變成電信號傳送給電路板，經(jīng)電路板電路進(jìn)一步處理后送給電控制單元。相關(guān)知識10（2）霍爾式如圖7－4所示，在轉(zhuǎn)向力矩傳感器上，轉(zhuǎn)向輸入軸和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主動齒輪是通過一根扭力桿連接起來的。轉(zhuǎn)向輸入軸上有個16極環(huán)形磁鐵(8個極對)，該磁鐵與轉(zhuǎn)向輸入軸一同轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主動齒輪上有兩個定子，每個定子有8個齒，定子與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主動齒輪一同轉(zhuǎn)動。在初始位置時，定子上的這些齒正好位于環(huán)形磁鐵上相應(yīng)的南極和北極之間?；魻杺鞲衅髋c殼體剛性連接，不隨著轉(zhuǎn)動。相關(guān)知識11該傳感器工作時是非接觸式的，它采用磁阻效應(yīng)原理來工作。定子1和定子2之間磁通量強(qiáng)度和方向就是轉(zhuǎn)向力矩的直接量度，由兩個霍爾傳感器（冗余布置）來測量。轉(zhuǎn)矩傳感器在零位時，定子1和定子2的齒正好位于兩磁極之間。所以這兩個霍爾傳感器輸出電壓為2.5V，這表示轉(zhuǎn)矩為零，如圖7－5a所示。如果定子1的8個齒正好在環(huán)形磁鐵的北極上，同時定子2的8個齒正好在環(huán)形磁鐵的南極上，那么傳感器就是在最大位置上了。兩個定子之間會建立起磁場，霍爾傳感器會偵測到這個磁場并將其轉(zhuǎn)換成電信號。如果霍爾傳感器A輸出4.5V這個最大電壓，那么霍爾傳感器B就輸出0.5V這個最小電壓。如果方向盤轉(zhuǎn)動方向與此相反，那么霍爾傳感器A輸出0.5V，而霍爾傳感器B輸出4.5V,如圖7－5b所示a)零位置信號b)最大位置信號相關(guān)知識12相關(guān)知識132.轉(zhuǎn)向角傳感器轉(zhuǎn)向角度指示駕駛員駕駛方向，它安裝在轉(zhuǎn)向柱與方向盤之間，用于轉(zhuǎn)向盤的直線校正、自動回位等功能。該傳感器也常應(yīng)用于電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)（ESP）、主動前轉(zhuǎn)向（AFS）和自適應(yīng)前照燈（AFL）等系統(tǒng)中。相關(guān)知識14（1）磁阻型轉(zhuǎn)向角傳感器該傳感器根據(jù)游標(biāo)原理制成，它在剛開始電時就可以確定轉(zhuǎn)角的大小，不需要靜態(tài)電流。其結(jié)構(gòu)如圖7－6所示，主要由三個齒輪組成，中心齒輪裝于轉(zhuǎn)向柱上，代表轉(zhuǎn)向角

，兩個小齒輪相差1至2個齒，每個小齒輪上有一個磁鐵，磁鐵附近有感應(yīng)傳感器記錄磁鐵轉(zhuǎn)動圈數(shù)。兩齒輪由于齒數(shù)不同，一個齒輪比另一個轉(zhuǎn)的快，兩個齒輪測量角度值的信號特點(diǎn)如圖7－7所示。這種傳感器可記錄多達(dá)4圈的轉(zhuǎn)各盤轉(zhuǎn)角。圖7－6磁阻型轉(zhuǎn)向角傳感器圖7－7磁阻型轉(zhuǎn)向角傳感器信號相位相關(guān)知識15（2）光電式轉(zhuǎn)向角傳感器轉(zhuǎn)向角傳感器的基本組件如圖7－8a所示，帶有兩個編碼環(huán)的編碼盤（編碼盤與轉(zhuǎn)向盤一起轉(zhuǎn)動）和光電耦合對（一個光源和一個光敏傳感器），編碼盤有兩個環(huán)組成，外側(cè)的叫絕對環(huán)，內(nèi)側(cè)的叫相對環(huán)。相對環(huán)分成5個扇區(qū)，每個扇區(qū)為72°，由光電耦合對來讀取。該環(huán)的扇區(qū)上都穿有孔。同一塊扇區(qū)上的這些孔的間距是相同的，但是不同扇區(qū)上的孔距是不同的。這就形成了扇區(qū)編碼。絕對環(huán)確定角度，角度由6組光電耦合對來讀取。該轉(zhuǎn)向角度傳感器可以識別1044°的轉(zhuǎn)向角。它會把角度值加在一起，因此在超過了360°標(biāo)記時，它就會識別出方向盤轉(zhuǎn)一整圈了。該轉(zhuǎn)向角度傳感器的結(jié)構(gòu)，使之能識別方向盤轉(zhuǎn)2.76圈，如圖7－8b所示。相關(guān)知識16相關(guān)知識173.轉(zhuǎn)向助力電動機(jī)奧迪轎車電動機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向電機(jī)為三相永磁式無刷直流電機(jī)，如圖7－9所示，其內(nèi)有轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子是一個有6極環(huán)形稀土磁鐵，6極環(huán)形磁鐵的磁向采用斜向布置，可提高工作平穩(wěn)性。稀土磁鐵的轉(zhuǎn)子磁場強(qiáng)度高，電機(jī)效率，體積小。定子有9個線圈和9個片組構(gòu)成。相關(guān)知識18轉(zhuǎn)向助力電動機(jī)工作原理，定子線圈分為三組，通入電流時產(chǎn)生磁場，磁場的方向是由線圈通入電流方向確定的，如線圈A通入電流從A1流向A2時，A1朝向轉(zhuǎn)子方向的磁極為S極，A2朝向轉(zhuǎn)子方向的磁極為N極，當(dāng)反向通電時，產(chǎn)生的極性相反；當(dāng)轉(zhuǎn)換到B線圈通電，電流從B1流向B2時，B1產(chǎn)生S極，B2產(chǎn)生N極，則轉(zhuǎn)子在B線圈的磁場吸引作用下產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動，如此順序給三個線圈連續(xù)通電流，則轉(zhuǎn)子就會連續(xù)不斷地順時針轉(zhuǎn)動；相反順序通電時，轉(zhuǎn)子就會逆時針轉(zhuǎn)動。相關(guān)知識19電機(jī)的控制原理各項(xiàng)線圈通電流順序的轉(zhuǎn)換是由晶體管實(shí)現(xiàn)的，晶體管采用的是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，該晶體管可快速實(shí)現(xiàn)大電流切換，產(chǎn)生熱量小。其控制電路如圖所示，例如晶體管1和6工作，則線圈1和2能入了電流；當(dāng)轉(zhuǎn)換為晶體管3和4工作時，則線圈1和2被反向通入電流，產(chǎn)生的磁極極性與原來相反，因此通過的控制各晶體管的導(dǎo)通及對通電時間（脈寬）就可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩。晶體管的導(dǎo)通轉(zhuǎn)換必須與轉(zhuǎn)子磁場位置同步，因此需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。相關(guān)知識204.電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器用于探知轉(zhuǎn)子的位置。控制單元必須知道轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置，以便去計(jì)算出環(huán)繞的定子磁場所需要的相電壓（電子傳感器控制的整流）。轉(zhuǎn)子位置傳感器測得的值也可以用于確定轉(zhuǎn)向止點(diǎn)。為了避免硬的機(jī)械式止點(diǎn)，通過電動機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)“軟的”止點(diǎn)。位置傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器式和霍爾式。旋轉(zhuǎn)變壓器式位置傳感器如圖7－11所示。相關(guān)知識21轉(zhuǎn)子上有一個盤，它是用透磁通的金屬制成的，像凸輪盤。該盤被一個固定在殼體上的電磁線圈環(huán)所包圍著，電磁線圈環(huán)為定子。該線圈環(huán)由三個單線圈構(gòu)成，其中一個線圈起著勵磁線圈作用，另兩個是作為接收線圈使用。勵磁線圈通上正弦曲線的勵磁電壓。勵磁線圈周圍產(chǎn)生的交變磁場作用到轉(zhuǎn)子盤上，轉(zhuǎn)子盤將勵磁線圈產(chǎn)生的交變磁場的磁通引向接收線圈。于是在接收線圈內(nèi)就感應(yīng)出一個交變電壓，該電壓與轉(zhuǎn)子盤的位置成一定比例，與勵磁電壓是有相位差的。相關(guān)知識22（4）減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)的作用是降低轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并增加轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的布置形式有所不同，轉(zhuǎn)向柱助力式常用蝸輪蝸桿式的減速器，其結(jié)構(gòu)如圖7－12所示。減速器的蝸桿與電機(jī)軸連接，蝸輪與轉(zhuǎn)向軸連接，助力電機(jī)產(chǎn)生的扭矩經(jīng)蝸桿蝸輪減速增扭后傳給轉(zhuǎn)向柱。齒蝸輪蝸桿式減速機(jī)構(gòu)為可逆式，即蝸輪也可以驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，因齒取消離合器裝置相關(guān)知識23橡膠連軸器橡膠連軸器裝在渦桿和電機(jī)軸之間，防止電機(jī)過載，并補(bǔ)償安裝誤差相關(guān)知識24(5)電子控制單元電子控制單元的工作模式主要有：正常模式：根據(jù)轉(zhuǎn)向輸入信號和車速信號，提供轉(zhuǎn)向助力功能。返回模式：完成轉(zhuǎn)向助力后，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤位置信號，自動返回直線行駛狀態(tài)。減振控制模式：在汽車高速行駛時，能提高路感，抑制反沖。保護(hù)模式：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤長時間轉(zhuǎn)向到某個方向不動時，可防止電子組件過熱和過電流。相關(guān)知識25（6）系統(tǒng)電路如圖7－14所示為馬自達(dá)轎車的電動動力轉(zhuǎn)向電路圖。動力轉(zhuǎn)向控制單元與其它相關(guān)控制單元通過CAN數(shù)據(jù)線進(jìn)行通迅，扭矩傳感器、EPS助力電機(jī)及電機(jī)位置傳感器與電子控制單元集成轉(zhuǎn)向柱上，電源由電池直接供電和通過點(diǎn)火繼電器供電。相關(guān)知識26四、電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS）汽車行駛時，四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以讓汽車的前輪和后輪同時發(fā)生偏轉(zhuǎn)。高速轉(zhuǎn)向時，后輪將與前輪同向偏轉(zhuǎn)，可提高轉(zhuǎn)向的響應(yīng)性，同時車身的角運(yùn)動相對減少，乘坐舒適性好。低速轉(zhuǎn)向時后輪將與前輪反向偏轉(zhuǎn)，可改善在掉頭行駛和停車入庫等工況下的機(jī)動性,如圖7-15所示。后輪轉(zhuǎn)向角度很小，一般不超過5度。相關(guān)知識271本田汽車電動式電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1)系統(tǒng)構(gòu)造與組成圖7-16所示是在本田汽車上采用的電動式電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。四輪轉(zhuǎn)向控制ECU利用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車速和前輪轉(zhuǎn)向角傳感信息控制后輪轉(zhuǎn)向角。當(dāng)車速低于29km/h轉(zhuǎn)向時，后輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，在車速為零時的最大轉(zhuǎn)角為6°，在29km/h時后輪轉(zhuǎn)向角接近為零;當(dāng)車速大于29km/h時，在轉(zhuǎn)向盤200°轉(zhuǎn)角以內(nèi)后輪的轉(zhuǎn)向角與前輪的一致，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大于200°時，后輪開始向相反方向偏轉(zhuǎn)。當(dāng)車速提高到29km/h,并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤100°角度時，后輪將向相同方向偏轉(zhuǎn)大約1。;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動500°角度時，后輪將向相反方向偏轉(zhuǎn)大約1。。相關(guān)知識28(1)后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的組成包括一個通過循環(huán)球螺桿機(jī)構(gòu)的電動機(jī)、后輪轉(zhuǎn)向傳感器、回位彈簧等。執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上作為后輪轉(zhuǎn)向橫拉桿的一部分，兩端的拉桿與后輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。當(dāng)電動機(jī)受ECU控制時，即可通過循環(huán)球螺桿產(chǎn)生軸向推力，克服復(fù)位彈簧的彈力帶動后輪轉(zhuǎn)向。(2)后輪轉(zhuǎn)向角度傳感器。后輪轉(zhuǎn)向角度傳感器為霍爾式，通過檢測循環(huán)球螺母上的電磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況感知后輪偏轉(zhuǎn)角度;(3)前輪轉(zhuǎn)角傳感器。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器又稱為前輪主轉(zhuǎn)角傳感器，它為霍爾式，裝在組合開關(guān)下方的轉(zhuǎn)向柱上。(4)車速傳感器。與ABS系統(tǒng)共用的兩只電磁式后輪速傳感器向ECU提供交變電壓信號，供ECU判定車速。相關(guān)知識292奧迪汽車電動電控四輪轉(zhuǎn)向2019年奧迪A8四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖7-18所示。后輪轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)裝有機(jī)電動力轉(zhuǎn)向單元，該單元通過兩側(cè)的拉桿分別與兩側(cè)后輪轂鉸接，該單元裝有后輪轉(zhuǎn)向控制模塊J1019,四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由傳動系統(tǒng)控制模塊J775控制工作，系統(tǒng)中其它相關(guān)模塊進(jìn)行的功能拓展。相關(guān)知識30后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)動機(jī)構(gòu)為后輪機(jī)電動力轉(zhuǎn)向單元如圖7-19所示，其內(nèi)由電機(jī)通過齒輪驅(qū)動滾珠螺母，使傳動軸軸向移動，再帶動拉桿轉(zhuǎn)動兩側(cè)后輪輪轂轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)后輪轉(zhuǎn)向相關(guān)知識31如圖7-20所示，顯示了主要輸入和輸出信息，以及轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)過程中處于活動狀態(tài)的控制模塊。操作軟件安裝在傳動系統(tǒng)控制模塊J775中。所需的轉(zhuǎn)向角度主要基于給定的駕駛情況（車輛動力學(xué)），駕駛員的輸入以及當(dāng)前的奧迪駕駛選擇模式。該系統(tǒng)還考慮了當(dāng)前是否激活了任何相關(guān)的駕駛員輔助系統(tǒng)。1.電控系統(tǒng)檢修32任務(wù)實(shí)施33任務(wù)實(shí)施。34任務(wù)實(shí)施。2.馬自達(dá)阿特茲轎車電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電機(jī)的拆裝馬自達(dá)阿特茲轎車電動動力轉(zhuǎn)系統(tǒng)分解如圖7－21所示。（1）拆卸1）斷開扭矩傳感器連接器（EPSCM側(cè)）。2）拆下EPSCM。35任務(wù)實(shí)施。（2）安裝1）將隔套和橡膠墊安裝至轉(zhuǎn)向柱。2）安裝EPSCM，這樣EPSCM(轉(zhuǎn)子)的突出位置就和橡膠墊的凹槽位置接合到一起如圖7