转向-现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断

第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断5.1电控动力转向系统5.1.1结构特点电控动力转向系统转向操纵灵活、轻便，能吸收路面对前轮的冲击。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断5.1.2系统分类与组成电控动力转向系统可分为：电动式动力转向系统、电子—液力式转向系统、电动—液力式转向系统。电子控制动力转向系统一般由转向柱组件、转向传感器、车速传感器、电脑、电磁阀和液压控制组件等组成。电动式动力转向系统主要用于轻型汽车，原因是轻型汽车发动机室自由空间狭小，其对转向助动力要求不大。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断5.1.3结构与原理1.电动式动力转向系统1)电动式动力转向系统构造车速感应式电动动力转向系统主要由转向柱组件、电机组件和控制系统构成。(1)转向柱组件。转向助动力由直流电机产生，直流电机安装在转向柱上。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-1转向柱与直流电机第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-2转向助力器(a)主视图；(b)剖视图(手动锁销部分)第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(2)电机组件。设置在转向柱上的电机组件，由蜗轮、电磁离合器、直流电机构成。图5-3所示为电机组件构造。蜗轮与固定在转向柱输出轴上的斜齿轮相啮合，它把电机的回转减速后传递到输出轴上。电磁离合器介于减速器与电机之间，当离合器断电时，不能把电机的驱动力传递给输出轴，此时手动转向发生作用。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-3电机组件第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(3)控制系统。控制系统由转向传感器、车速传感器、信号控制器(电脑)等构成。图5-4所示为转向传感器的构造。转向传感器由电位计（包括滑动触点和电阻线）、集成电路IC部分、电流信号输出部分构成。图5-5所示为电位计的构造。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-4转向传感器的构造第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-5电位计的构造(a)输出轴侧；(b)输入轴侧第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断2)工作原理信号控制器可根据车速传感器与转向传感器的输入信号，决定驱动电机的回转力与回转方向。当车速为0～45km/h时，根据车速决定转向助动力。当系统发生异常时，安全保障机将发挥作用，切断电机与电磁离合器电源，并转为手动转向状态。根据需要，在控制系统中也可设置故障自诊断系统。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断3)使用实例图5-6所示为电动式动力转向系统装车实例。图5-7所示为控制系统电路的使用实例。图5-6使用实例第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-7控制系统(a)电路；(b)接线插座端子代号第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断2.电子—液力式转向系统电子—液力式转向系统，可通过控制电磁阀动作，使动力转向液压控制回路根据车速变化，在低速时操重力减轻，而中低速以上随手感变化操重力。图5-8所示为电子—液力式转向系统构造。主要由油泵、电磁阀、分流阀、动力缸、转向齿轮箱和控制阀轴等构成。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-8电子—液力式转向系统第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断1)电子—液力式转向系统构造(1)转向齿轮箱。扭杆上端和下端分别与控制阀轴和小齿轮轴以销钉连结。小齿轮轴上端以销钉与回转阀连结。转向盘通过转向轴与控制阀轴连结。因此，转向盘回转力可通过扭杆与控制阀轴传递到小齿轮。当扭杆受到扭矩作用时，控制阀与回转阀相应发生回转运动，并使各种油孔连通状态发生变化，可控制动力缸的油压流量，变化动力缸左、右室油路通道。在油压反力室受到高压作用时，柱塞将推动控制阀轴。此时，扭杆即使受到扭矩作用，由于柱塞推力的影响，也会抑制控制阀轴与回转阀的相对回转。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(2)分流阀。分流阀具有将油泵输出的动力油，分流至回转阀与电磁阀两侧的作用。即使回转阀与电磁阀侧的油压变化，分流阀也总是可以以一定流量并根据车速与操重状态变化，向电磁阀侧供给油液。(3)电磁阀。电磁阀由滑阀、电磁线圈、油路通道等构成。电磁阀油路的阻尼面积，可随电磁线圈通电电流占空比(通断比)变化而改变。通电电流大时，滑阀被吸引，油路的阻尼面积增大，流向油箱的回流量增加。车速低时，通电电流大，阻尼面积大，油液将流回油箱，随着车速升高，电流减小，油液回流量也减少。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断2)工作原理(1)停车与低速状态。由于向电磁阀通电电流大，经分流阀分流的油液通过电磁阀回流油箱，故柱塞受到的背压(油压反力室压力)小。因此，柱塞推动控制阀柱的力小，转向盘回转力可在扭杆处产生较大扭矩。回转阀被固定在小齿轮轴上，控制阀随扭杆扭转作用相应回转，使两阀油孔连通，油泵输出油压作用到动力缸右室(或左室)，使功率活塞左移(或右移)，从而产生操重助动力。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(2)中高速直行状态。车辆直行时，转角小，扭杆相对扭矩小，回转阀与控制阀连通的油孔开度减小，回转阀侧压力升高。由于分流阀的作用，使电磁阀侧油量增加。同时，随着车速升高，通电电流减小，电磁阀阻尼面积减小，油压反力室的反力压增大，使柱塞推动控制阀轴力增大。这样，操重力增加了扭杆的扭矩作用，柱塞产生的反力使手感增强，从而可获得稳定的随机拟合。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(3)中高速转向状态。在从存在油压反力的中高速直行状态操重时，扭杆的扭转角逐渐减小，回转阀与控制阀连通油孔的开孔也逐渐减小，使回转阀侧油压进一步升高。随着该油压上升，将从固定阻尼孔向油压反力室供给油液，导致柱塞推力进一步增强。这样，操重力将随转角的变化响应增大，从而在高速领域可获得稳定的操重拟合。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断3.电动—液力式转向系统电动—液力式转向系统，是以电机驱动油泵实现动力转向的装置。1)构造该系统由电机—油泵组件、转向角传感器、动力转向齿轮箱、信号控制器和功率控制器等构成。电动—液力式转向系统的组成及构造分别如图5-9和图5-10所示。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-9电动—液力式转向系统组成简图第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-10电动—液力式转向系统的构造第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(1)电机—油泵组件。该电机—油泵组件与电子燃油喷射系统采用的电动燃油泵结构类似。电机—油泵组件的构造如图5-11所示。(2)转向齿轮箱。该转向齿轮箱与一般动力转向齿轮箱结构大体相同。(3)控制系统。电动—液力式转向控制系统的电路如图5-12所示。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-11电机—油泵组件的构造(a)主视图；(b)剖视图第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-12电动—液力式转向系统控制电路第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断在信号控制器(CPU)内，已存储有根据试验获得的不同运转条件下的控制方法，可从传感器输入信号判定行驶状况，从而计算出应向电机提供的驱动电流，并向功率控制器发出驱动信号。同时，控制系统异常时，可向驾驶员发出警报信号，并使安全保障机能发挥作用，确保转向操作处于正常状态。正常信号控制器安装在后行李舱内。信号控制器的安装位置如图5-13所示。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-13信号控制器安装位置第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-14功率控制器内部电路第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-15功率控制器安装位置第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断转向角传感器可以把转向盘动作状况转换为电信号，并输出到信号控制器。图5-16为该传感器安装位置，图5-17为该传感器构造。转向角传感器安装在转向柱下端，其内部有光电耦合器。电动—液力式转向系统使用普通动力转向系统用动力油，要求其低温流动性好。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-16转向角传感器位置第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-17转向角传感器构造(a)左视图；(b)主视图第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断2)工作原理电动—液力式转向系统采用车速感应式控制方式，其转向助动力随车速提高而减小。同时，根据运行道路条件，设计了不同控制模式。可根据20s内的平均车速与平均操重量判定车辆当前运行道路条件。变换控制模式最多需要1.1s，可避免助动力的急剧变化。运行道路条件与助动力关系如表5-1所示。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断表5-1运行道路条件与助动力关系道路条件车速操舵量非控制状态操重力特性助动力控制程度市区街道低少—多速度低导致平均操重力大100%助动力郊区街道中少适当较市区街道小屈曲道路中中—多操舵量大导致操重力亦大较郊区街道小高速公路高少轻助动力最小第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断控制系统具有自诊断与安全保障功能。当控制系统发生异常时，可使组合仪表板上的报警指示灯亮，向驾驶者发出警告。安全保障功能由后备系统实行，电机驱动电流大于100A，且持续10s以上，电源电压低于9V且持续1s以上，后备系统都将进入工作状态，确保车辆仍然保持基本运行状态。图5-18为报警指示灯位置。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-18报警指示灯位置第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断3)使用实例图5-19为电动—液力式转向系统装车使用实例。图5-19电动—液力式转向系统装车使用实例第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断5.1.4故障诊断与检修1.奔驰W140动力转向系统故障自诊断奔驰W140的300SE，500SEL，600SEL，S500，S600等款型，其动力转向系统故障自诊断步骤如下：(1)按要求接好诊断测试仪；(2)将点火开关置于“ON(开)”位。(3)按启动按钮2～4s；(4)读取并记录故障码显示值；第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断(5)再按启动按钮2～4s，若系统无其它故障，则将显示出先前显示出的故障码，若存有附加故障码，则单独的故障码被显示出；(6)重复第(5)步，直到重复显示出第一个故障码为止；(7)记录全部来自故障码读取的附加故障；(8)按表5-2及诊断测试清除全部记录的故障，清除单独的故障码之后，必须按下述要求清除读取；(9)将点火开关置于“ON(开)”位；(10)按启动钮2～4s并读取故障码，然后按启动按钮6～8s。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断表5-2奔驰W140动力转向系统故障码及内容故障码内容故障码内容1系统正常7感应速度传感器(L2)故障2速度感应动力转向控制电脑(N49/1)8速度感应动力转向阀(Y10)的正极接头与U-BATT短路3左后轮轴车速传感器(L6/3)9速度感应动力转向阀(Y10)线路短路4右后轮轴车速传感器(L6/4)10速度感应动力转向阀(Y10)线路断路5左、右后轮轴车速传感器的车速信号不同11控制电脑(N49/1)供电电压6无车速传感器信号第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断2.三菱轿车动力转向系统故障自诊断(1)点火开关置于“OFF(关)”位置；(2)诊断插座如图5-20所示。将12端子诊断插座的管脚10与管脚12用LED灯跨接；(3)点火开关置于“ON(开)”位置；(4)读取LED灯闪烁的故障码；(5)拆开蓄电池负极搭铁15s以上再装回，即可清除故障码。第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断图5-20三菱车系诊断插座(a)老式诊断插座；(b)新的OBD-Ⅱ型诊断插座第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断表5-3三菱轿车动力转向系统故障码及内容故障码内容故障码内容11EPS主电脑电源不良13EPS电磁阀工作不良12VSS车速信号不良14EPS主电脑故障第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断5.2电控四轮转向系统图5-21为四轮转向汽车与两轮转向汽车在低速转向时，所产生的转弯半径的