汽车电子控制转向系统结构与检修

学习情境六汽车电子控制转向系统结构与检修任务一电子控制转向系统概述任务二液压式电控动力转向系统结构与检修任务三电动式电控动力转向系统结构与检修任务一电子控制转向系统概述一、任务分析•电子控制动力转向（ElectronicControlPowerSteerin，EPS）系统在低速行驶时可使转向轻便、灵活；当汽车在中高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，从而提高高速行驶的操纵稳定性。•本次任务就将向读者介绍电子控制动力转向系统的相关知识。二、相关知识（一）传统动力转向系统与电子控制动力转向系统的区别1．传统动力转向系统•为使汽车操纵轻便及行驶安全，目前轿车上普遍采用转向助力器，如图6-1所示。2．电控动力转向系统•电控动力转向是一种全新的动力转向系统，它可以在传统液压动力转向的基础上增加控制单元（ECU）传感器和相应的执行器，也可以采用新型的电控电动转向助力装置，能够克服传统动力转向系统的不足，可以使汽车在低速行驶转向时操纵起来轻便、灵活。•在中高速行驶转向时提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，从而提高了汽车的驾驶性能和高速行驶的操纵稳定性。（二）电控转向系统的分类•根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制动力转向系统（电动式EPS）。（三）电控动力转向系统的优点•为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统应具有以下特点。①良好的随动性。•即转向盘与转向轮之间具有准确的一一对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。②高度的转向灵敏度。•即转向轮对转向盘应具有灵敏的响应性能。③良好的稳定性。•即具有很好的直线行使稳定性和转向自动回正能力。④助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整。•低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；高速时，要有适当的路感，以避免因转向过轻而发生事故。⑤效率高。•与传统动力转向相比，效率明显提高，特别是电控电动转向系统可达90%以上。任务二液压式电控动力转向系统结构与检修一、任务分析•液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了电子控制装置而构成的，只有掌握液压式电控动力转向系统的种类、结构及工作原理等相关知识，才能对液压式电控动力转向系统进行检修，找出故障原因及部位并予以排除。•本次任务就将向读者介绍关于液压式电控动力转向系统结构及检修的相关知识。二、相关知识（一）基本组成•液压式电控动力转向系统的组成如图6-2所示，主要包括传感器、电子控制单元（ECU）、液压泵、控制液体流量的电磁阀、普通动力转向系统等。（二）控制方式及工作过程•液压式电控动力转向系统根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式3种形式。1．流量控制式EPS•流量控制式EPS是根据车速传感器信号调节动力转向装置中油液的输入、输出流量，以控制转向助力大小，其系统布置如图6-3所示。•可分为分流控制式和旁流控制式。（1）分流控制式•分流控制式电控动力转向系统如图6-4所示，主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向油泵和电子控制单元等组成。图6-4分流控制式液压电控动力转向系统组成•其控制原理如图6-5所示。图6-5分流控制式液压电控动力转向系统原理•分流控制式液压电控动力转向系统控制电路如图6-6所示。图6-6分流控制式液压电控动力转向系统控制电路•车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流越大，电磁阀的开启程度越大，如图6-7所示。图6-7分流电磁阀结构及其驱动信号（2）旁流控制式•旁流控制式液压电控动力转向系统的组成如图6-8所示。•驾驶员可以选择3种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图6-9所示。•另外，电子控制单元还可根据转向角速度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时，按图6-10所示的转向力特性实施最优控制。•旁通流量控制阀的结构如图6-11所示。•旁流控制式电控动力转向系统控制电路如图6-12所示。2．反力控制式EPS•反力控制式动力转向系统是按照车速的变化，控制反力室油压反力，调整动力转向器，从而使汽车在各种条件下转向盘上所需的转向操纵力都达到最佳状态。•有时也把这种动力转向系统称为渐进型动力转向系统（ProgressivePowerSteering，PPS）。（1）基本组成，反力控制式动力转向系统的组成结构如图6-13所示。①转向控制阀。•转向控制阀的结构如图6-14所示。②分流阀。•分流阀的基本结构如图6-15所示，主要由阀门、弹簧及进出油口等构成。③车速传感器。④电磁阀。•电磁阀一般安装在转向齿轮箱体上，主要由电磁线圈、铁芯及滑阀等组成，其结构及工作特性如图6-16所示。（2）工作过程①汽车静止或低速行驶时。•其工作过程如图6-17所示。②汽车中、高速行驶时。•其工作过程如图6-18所示。3．阀灵敏度控制式EPS•阀灵敏度控制式EPS是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制动力转向缸油压大小。•这种转向系统结构简单、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，可以获得较好的转向手感和良好的转向特性。•阀灵敏度控制式EPS主要由转子阀、电磁阀、车速传感器及ECU等组成，如图6-19所示。（1）转子阀•转子阀的结构如图6-20所示，其等效液压回路如图6-21所示。图6-21转子阀的等效液压回路（2）电磁阀•电磁阀控制原理如图6-22所示。（3）电子控制单元（ECU）•控制系统的电路如图6-23所示。三、任务实施—液压电控动力转向系统检修•下面以皇冠轿车液压电控动力转向系统为例介绍其具体检修方法。（一）检修要求及注意事项①确定悬架没有被改动过，否则会影响转向系统的工作。②轮胎尺寸、气压规格需要与生产厂家的规定相符合。③动力转向油泵皮带张力需要达到生产厂家的规定。④动力转向油泵储油罐中的液面高度需要达到生产厂家的规定。⑤发动机怠速转速需要达到厂家规定的标准，并且运转要稳定。⑥确定转向盘没有更换过，需要是原车配件。（二）检修方法及步骤1．基本检查（1）动力转向液面高度检查（2）皮带张紧力的检查（3）系统压力的检查，如图6-24所示。图6-24系统压力检查2．电控系统线路检查•控制系统电路及插接器如图6-25所示。①电源线路检查。②搭铁线路检查。③车速传感器线路检查。④电磁阀线路检查。3．电控元件的检查（1）电磁阀的检查•如图6-26所示，此时应听到电磁阀动作的“咔哒”声，否则应更换电磁阀。（2）EPS电控单元ECU的检查•如图6-27所示。•所测电压应比原来增加0.07～0.22V。•如果无电压，应更换ECU。任务三电动式电控动力转向系统结构与检修一、任务分析•电动式电控动力转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助扭矩的电动助力式转向系统。•该系统只需利用微机控制电动机电流的方向和幅值，就可直接控制转向助力的大小，控制的自由度较高，且结构简单、布置方便，其在轿车上的应用越来越广泛。•本次任务就将向读者介绍电动式电控动力转向系统结构及检修的相关知识。二、相关知识（一）电动式动力转向的基本组成、原理及特点1．其本组成•电动式动力转向系统的基本组成如图6-28所示，主要由扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、电动机、电磁离合器、减速机构、电子控制单元等组成。2．工作原理•电动式动力转向系统的基本原理是电子控制单元（ECU）根据车速传感器和扭矩传感器的信号，判断汽车的运行状况，以确定助力扭矩的大小和方向，然后发出控制指令，控制电动机的电流大小和方向，通过减速机构产生转向助力扭矩，使汽车在低、中和高速下都能获得最佳的转向效果。3．特点①质量轻。②能耗少。③“路感”好。④污染少。⑤应用范围广。⑥装配性好、易于布置。（二）电动式电控动力转向系统主要部件的结构及工作原理1．扭矩传感器•扭矩传感器的作用是检测驾驶员作用在转向盘上的转向力矩及转向方向等参数，并将其转变为电信号输送给ECU，以作为控制电动助力大小和方向的主要依据。•常用的有电磁感应式扭矩传感器和滑动电阻式扭矩传感器。（1）电磁感应式扭矩传感器•图6-29所示为电磁感应式扭矩传感器的结构及工作原理。（2）滑动电阻式扭矩传感器•图6-30所示为滑动电阻式扭矩传感器的结构和原理示意图。2．电动机•转向助力电动机就是一般的永磁电动机，连同离合器和减速齿轮一起，如图6-31所示。•电动机的输出扭矩控制是通过控制其输入电流来实现，而电动机的正转和反转则是由电子控制单元输出的正反转触发脉冲控制。•图6-32是一种比较简单实用的正反转控制电路。3．电磁离合器•电磁离合器装在电动机和减速机构中间，用于控制电动机动力的输出，其工作原理如图6-33所示。4．减速机构•减速机构的作用是把电动机的输出扭矩放大后，再传给转向齿轮箱的转向机构。•目前使用的减速机构有多种组合方式，一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式，如图6-34所示；也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式，如图6-35所示。5．电子控制单元（ECU）•电子控制单元（ECU）是控制系统的核心，其组成如图6-36所示。•主要包括4KB的ROM、256B的RAM、8位微处理器（CPU）、A/D（模拟/数字）转换器、D/A（数字/模拟）转换器、I/F（电流/频率）转换器、放大电路、动力监测电路、驱动电路等。（三）上海大众TOURAN电动转向系统1．组成与结构•TOURAN电动转向系统的组成如图6-37所示，主要由方向盘、带转向角度传感器G85的组合开关、转向柱G527、转向力矩传感器G269、电动机械转向助力器电动机V187、转向器、转向辅助控制单元J500等部件组成。•其元件的布置如图6-38所示。（1）电动机V187•电动机V187为无刷异步电动机，如图6-39所示。（2）转向力矩传感器G269•利用转向力矩传感器G269可以直接在转向小齿轮上计算方向盘的扭矩。•该传感器以磁阻的功能原理工作。•转向力矩传感器的工作原理如图6-40所示。（3）转子转速传感器•转子转速传感器用于检测电动机V187的转子转速，并将转速信号反馈给控制单元J500，以便其精确控制电动机V187的动作。•它安装在电动机V187的内部，也是根据磁阻功能原理工作的，在结构上与转向力矩传感器G269相同。（4）转向角度传感器G85•光电式转向角度传感器G85位于组合开关和方向盘之间的转向柱上，它通过CANBUS数据总线，向转向柱电子装置控制单元J527提供信号，以便测算转向角。•在转向柱电子装置控制单元中，设有电子系统，用于分析转向角度传感器G85输送的信号。（5）转向辅助控制单元J500•转向辅助控制单元J500直接固定在电动机上，它根据输入的信号（如转向角度信号、发动机转速信号、转向力矩和转子的转速、车速信号、点火钥匙等信号）计算当前的转向助力需要，并控制驱动电动机V187转动。2．控制原理及工作过程（1）控制原理（2）工作过程•TOURAN电动转向系统控制系统的组成如图6-42所示，其工作过程如图6-43所示。图6-42控制系统组成三、任务实施—电动式电控动力系统的检修•下面以NISSAN轿车电动转向系统为例介绍电动式电控动力系统的检修方法。（一）检修要求及注意事项①维修过程中，当点火开关在打开状态下时，不要随意断开蓄电池接线，否则会丢失控制模块中存储的信息，也不要拆卸或安装控制模块及其插接器。②确定是悬架没有被改动过，否则会影响转向系统的工作。③轮胎尺寸、气压规格需要与生产厂家的规定相符合。④发动机怠速转速需要达到厂家规定的标准，并且动运转要稳定。⑤在控制系统的检测中，必须使用生产厂家在维修手册中要求的检测工具，否则可能损坏控制系统的零部件。（二）检修方法及步骤1．故障警告灯的检查•当点火开关处于ON位置时，故障警告灯应点亮，发动机起动后警告灯熄灭为正常。•警告灯不亮时，应检查灯泡是否损坏，熔断丝和导线是否断路。•若发动机起动后，警告灯仍亮时，首先应考虑系统是否处于保险状态（只有常规转向工作，无电动助力），然后进行自诊断操作。2．系统自诊断•电动式电控动力转向系统具