第十章 汽车电动助力转向系统

第十章汽车电动助力转向系统第一节概述第二节电动助力转向系统的结构及工作原理第三节电动助力转向的控制方法第四节电动助力转向系统实例第五节电动助力转向系统性能台架试验第六节电动助力转向系统检测试验第一节概述一、对助力转向系统的要求1)能有效减小操纵力，特别是停车转向操纵力。2)转向灵敏性好。4)要有随动作用。5)工作可靠。二、助力转向系统的功用图10-1助力转向双动伺服机构第一节概述三、助力转向系统的类型1.传统液压式助力转向系统2.电子控制式液压助力转向系统图10-2电子控制式液压助力转向系统1—锁销2—小齿轮轴3—左腔4—右腔5—活塞6—动力缸7—横拉杆8—齿条9—小齿轮10—转向齿轮箱11—柱塞12—油压反力室13—电磁阀14—油泵15—储油罐16—分流阀17—阻尼孔18—旋转阀19—扭杆20—控制阀轴第一节概述3.电动助力转向系统四、电动助力转向系统的特点(1)助力性能优EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性；并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。(2)效率高HPS为机械和液压连接，效率较低，一般为60%～70%；而EPS为机械与电动机直接连接，效率高，有的可高达90%以上。(3)耗能少汽车在实际行驶过程中，处于转向的时间约占行驶时间的5%。第一节概述(4)“路感”好由于EPS内部采用刚性连接，系统的滞后特性可以通过软件加以控制，且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整。(5)回正性好EPS结构简单，内部阻力小，回正性好，从而可得到最佳的转向回正特性，改善汽车操纵稳定性。(6)对环境污染少HPS液压回路中有液压软管和接头，存在油液泄漏问题，而且液压软管不可回收，对环境有一定污染；而EPS对环境几乎没有污染。(7)可以独立于发动机工作EPS以电池为能源，以电动机为动力元件，只要电池电量充足，不论发动机处于何种工作状态，都可以产生助力作用。第一节概述(8)应用范围广EPS可用于各种汽车，目前主要用于轿车和轻型载货汽车上；而对于环保型纯电动汽车，由于没有发动机，EPS为最佳选择。(9)装配性好且易于布置因为EPS系统零部件数目少，主要部件均可以组合在一起，所以整体外形尺寸比HPS小，这为整车布置带来方便，且易于在装配线上安装。第二节电动助力转向系统的结构及工作原理一、电动助力转向系统结构图10-3电动助力转向系统结构示意图1—转向盘2—转向轴3—电动机4—离合器5—齿条6—小齿轮7—横拉杆8—输出轴9—减速机构10—转矩传感器第二节电动助力转向系统的结构及工作原理1.转矩传感器图10-􀰊4转矩传感器的基本原理第二节电动助力转向系统的结构及工作原理图10-5非接触式转矩传感器1—检测环2—输入轴3—检测线圈4—输出轴第二节电动助力转向系统的结构及工作原理图10-􀰊6电动机正反转控制电路第二节电动助力转向系统的结构及工作原理图10-7电磁离合器工作原理1—滑环2—线圈3—压板4—花键5—从动轴6—主动轮7—滚子轴承8—电动机第二节电动助力转向系统的结构及工作原理2.车速传感器3.电动机4.离合器5.减速机构6.电子控制单元二、电动助力转向系统工作原理第三节电动助力转向的控制方法一、电动助力转向的控制原理图10-􀰊8电子控制电动助力转向的控制系统第三节电动助力转向的控制方法二、电动助力转向的控制策略1.助力控制2.回正控制3.阻尼控制三、电动助力转向的控制逻辑第三节电动助力转向的控制方法图10-9助力电动机控制逻辑四、电动助力转向的控制流程第三节电动助力转向的控制方法图10-10控制软件流程图第四节电动助力转向系统实例一、富士重工电动助力转向系统1.系统的结构特点图10-11控制系统的电路框图第四节电动助力转向系统实例2.系统控制过程图10-12助力转矩特性曲线3.控制系统的功能第四节电动助力转向系统实例(1)控制助力转矩的功能车速感应控制型助力转向系统是由车速控制助力转矩的系统，在每一种车速下都可以获得最优化的转向助力转矩。图10-13控制功能框图第四节电动助力转向系统实例(2)自诊断和安全功能系统具有自诊断和显示功能。4.全电子控制电动助力转向系统的特点1)可以十分灵活地修改转矩、转向角和车速信号的软件控制逻辑，并能自由地设置转向助力特性。2)根据转向角进行回正控制和根据转向角速度进行阻尼控制，可提供最优化的转向回正特性。3)由于仅当需要时电动机才运行，所以动力损耗和燃料消耗均可降到最低。4)利用电动机惯性的质量阻尼效应，可以使转向轴的颤动降到最小。二、三菱“米尼卡”车电子控制电动助力转向系统第四节电动助力转向系统实例图10-14三菱“米尼卡”车ECPS的结构原理1—车速传感器2—速度表引出电缆的部位3—传动轴4—副驾驶员脚下部位5—车速信号(主)6—车速信号(副)7—ECPS电子控制器8—点火电源信号9—蓄电池信号10—发电机信号11—指示灯电流信号12—提高怠速电流信号13—电动机电流信号14—离合器电流信号15—转矩信号(主)16—转矩信号(副)17—电动机18—扭杆19—齿条20—小齿轮21—传动齿轮22—电动机齿轮23—离合器24—转矩传感器25—转向器齿轮总成26—电动机与离合器27—发动机电子控制器28—怠速提高电磁阀29—指示灯30—交流发电机(L端子)31—熔丝32—点火开关第四节电动助力转向系统实例图10-15电子控制器电路示意图1—点火开关(IGI)2—交流发电机(L端子)3—易熔线4—电动机与离合器4.1—电动机4.2—离合器5—转矩传感器5.1—副传感器5.2—主传感器6—自我修正控制7—发电检测8—电源电路9—电流极性控制10—驱动电路11—中间、转向、操纵力的检测，主、副转矩传感器之差12—8bit单片机13—传感器、执行部件故障检测14—电动机工作检测15—车速、加减速基准车速的对比，主副车速传感器之差16—自诊断测用端子17—二极管18—车速传感器第四节电动助力转向系统实例图10-16ECPS的控制框图第五节电动助力转向系统性能台架试验1.电动助力转向系统性能试验台图10-17电动助力转向系统性能试验台1—蓄电池2—转向盘3—模拟车速信号4—模拟发动机转速信号5—计算机数据采集系统6—压力传感器7—EPS控制器8—电动机9—转矩传感器10—转向器11—弹簧加载箱第五节电动助力转向系统性能台架试验图10-18控制器信号接口图1—点火信号接口2—车速接口3—转矩传感器电源正接口4—未用接口5—故障指示灯接口6—离合器正接口7—发动机转速接口8—转矩主信号接口9—转矩传感器电源负接口10—转矩故障判断接口11—离合器负接口12—故障码接口13—电视正接口14—电视负接口15—蓄电池正接口16—蓄电池负接口第五节电动助力转向系统性能台架试验2.电动机电流传感器的标定图10-19反馈精密电阻标定曲线第五节电动助力转向系统性能台架试验3.转矩传感器输出特性4.电动助力转向系统助力特性图10-20转矩传感器输出特性第五节电动助力转向系统性能台架试验图10-22不同车速下的转向助力特性曲线1)所有的助力曲线基本上均从死区端点开始随转向盘转矩的增大第五节电动助力转向系统性能台架试验近似线性增加，直至达到试验载荷下的最大值点或饱和点。2)该系统各特性曲线最大值点的助力电流随车速的增大而减小。图10-23零车速时的转向助力特性曲线第五节电动助力转向系统性能台架试验图10-24转向助力曲线斜率与车速的关系1)相同车速下，第五节电动助力转向系统性能台架试验电动助力转向系统助力值从死区至饱和点随转向盘转矩的增加基本呈线性增大。2)相同负载下，电动助力转向系统的助力曲线斜率随车速的增大而减小。3)电动助力转向系统转矩传感器以2.5V作为输出零点，左、右呈线性变化，转向盘转到左、右极限位置时，输出电压分别为1.1V和3.9V。4)为提高转向盘中间位置时的路感，电动助力转向系统设定转向盘转矩死区范围为，即在此转矩范围内，电动机不提供助力。第六节电动助力转向系统检测试验一、试验目的与要求1)进一步了解汽车电子控制动力转向系统的结构、原理。2)掌握电子控制动力转向系统部件、总成的检测方法。3)掌握汽车电子控制动力转向系统的常见故障类型及检测诊断方法。4)掌握电子控制动力转向系统故障码的读取方法。二、试验用品1)三菱“米尼卡”试验用车。2)数字万用表、举升机。3)相关维修手册、常用工具。三、试验技术标准及规范1)GB/T15746—1995《汽车修理质量检查评定标准》。第六节电动助力转向系统检测试验2)GB7258—2004《机动车运行安全技术条件》。3)GB/T3798—2005《汽车大修竣工出厂技术条件》。4)三菱汽车维修手册。四、试验内容与方法1.电动助力转向系统的检测(1)转矩传感器的检测1)从转向机总成上拔开转矩传感器插接器，其端子排列如图10-25b所示，测量转矩传感器3号与5号端子之间、8号与10号端子之间的电阻，标准值应为(2.18±0.66)kΩ。第六节电动助力转向系统检测试验图10-25EPS各部件插接器端子排列a)电动机插接器b)转矩传感器和电磁离合器插接器c)车速传感器插接器2)用万用表直流电压挡测量上述各端子之间的电压，用以判定转矩传感器是否良好。第六节电动助力转向系统检测试验表10-1转矩传感器端子电压测量标准序号测量部分测量值传感器状态13号与5号端子之间，8号与10号端子之间=2．5V良好23号与5号端子之间，8号与10号端子之间4．7V断路33号与5号端子之间，8号与10号端子之间0．3V短路第六节电动助力转向系统检测试验(2)电磁离合器的检测断开电磁离合器插接器，其端子排列如图10-25b所示。(3)直流电动机的检测电动机插接器的端子排列如图10-25a所示。(4)车速传感器的检测1)从变速器上拆下车速传感器，用手转动车速传感器的转子，检查其能否顺利运转，若有卡滞应予更换。2)拔开车速传感器插接器，其端子排列如图10-25c所示。2.电动助力转向系统故障码的读取(1)自诊断操作自诊断操作如图10-26所示。第六节电动助力转向系统检测试验图10-26自诊断操作a)自诊断插接器b)故障码输出波形1—多点燃油喷射2—电动助力转向A—连接片第六节电动助力转向系统检测试验表10-2三菱微型汽车ES系统故障码及含义表故障码检查诊断项目故障码检查诊断项目0正常41直流电动机11转向力矩传感器（主）42直流电动机电流12转向力矩传感器（副）43直流电动机过电流13转向力矩传感器（主、副侧压差过大）44直流电动机锁止21车速传感器（主）51电磁离合器22车速传感器（主、副压差过大）54ESP控制装置23车速传感器（主）电压急减55转向力矩传感器E/F回路不良第六节电动助力转向系统检测试验表10-2三菱微型汽车ES系统故障码及含义表31交流发电机L端子—ESP控制装置（微机）不良第六节电动助力转向系统检测试验(2)故障检测实例某三菱微型汽车转向装置时常失效而停驶。1)进行自诊断操作。2)再现试验。3)故障码41的检查。①拆下电动机导线插接器，用万用表电阻挡检查电动机的两接线端子之间、端子与接地(外壳)之间的导通状态。电动机两接线端子之间应为导通状态，若不通，则表明内部断路；电动机接线端子与接地(外壳)之间应不通，若导通，则表明两接线端子与外壳之间有短路故障。②若电动机及其接线端子均正常，应检查转向机总成到ECU之间的导线是否良好(用手晃动导线插接器固定是否松动)，若导线正常，则表明ECU不良。第六节电动助力转向系统检测试验③检查导线无异常时，再进行行驶试验，若故障码不再出现，转动转向盘，检查电动机的工作状态。4)故障码42的检查。5)故障码43的检查。6)故障码44的检查。五、试验注意事项1)试验时严格按照操作规程进行，注意用电安全。2)在使用万用表时，注意挡位的选择。3)在测量电压时，点火开关应处于“ON”位置，蓄电池电压应不小于1