本田飞度电动助力转向的构造与维修.doc

浅谈飞度电动助力转向的构造与维修（ ）摘要：电动助力转向相对于液压助力转向，在节能和环保方面有着不可比拟的优越性，所以电动助力转向系统应用越来越广泛。叙述汽车电动助力转向的发展现状，工作原理，结构特点以及电动助力转向的优势。并以本田飞度为例，介绍电动助力转向的构造与维修。关键词：电动助力转向；工作原理；本田飞度；构造；维修1. 电动助力转向概述1.1电动助力转向EPS的发展现状电动助力转向EPS是在EHPS的基础上发展起来的，既然EHPS已经用电动机作为助力动力，汽车设计人员自然可以想到取消液压助力这套机构，设计成纯电动机提供助力的转向系统电动助力转向系统EPS，由于它取消EHPS里面的液压油泵、液压管路、液压油缸、密封圈等配件，助力效果纯粹依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，所以EPS的结构简单，零件数目大大减少，可靠性增强，解决了长期以来一直存在的液压管路泄漏和效率低下的问题，是转向系统的一次革命。目前，EPS技术日趋成熟，国外生产的轿车，基本达到50%以上都装备EPS，国内生产的轿车，装备EPS的也不少，如昌河北斗星，昌河爱迪尔，广州本田飞度（FIT），一汽大众速腾（SAGITAR），一汽大众开迪（CADDY）,中华骏捷，东风日产轩逸（SYLPHY），天津丰田皇冠（CROWN），一汽丰田普瑞斯（PRIUS）等。由于技术保密等原因，国内对EPS的研究开发起步较晚，目前国内研发自主知识产权的EPS系统的工作还处于起步阶段。1.2电动助力转向的工作原理 图1.EPS的原理 图2. 助力特性曲线EPS由扭矩传感器，车速传感器，电流传感器，控制单元ECU，助力电动机，减速机构等组成。EPS工作原理如图1所示1，扭矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接一起，当驾驶员转动转向盘时，扭矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给ECU（Electronic Control Unit，简称ECU），ECU根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现电动机在不同车速时提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠2。1.3 与液压助力转向相比，EPS的优点具有随车速变化的最佳的助力效果，根据不同车辆的助力特性曲线1提供助力，车速低时，油压转向阻力大，助力也大，车速高时，转向阻力小，助力小，如图2所示，节约能源，保护环境是EPS的优势。电机只是在需要时才工作，是按需工作型的转向系统，其节能性能，环保性能都比液压助力转向好。零件简化，由于只靠电动机直接提供助力，省了油泵，皮带，皮带轮，液压管路，液压油和密封件等，可靠性增加。没有液压油，且低温工作性能好。电气元件的检测维修，更换都方便。安全性提高，当发动机出现故障，甚至行驶中发动机突然熄火时，EPS仍然可以正常工作，提高了安全性能。1.4电动助力转向的分类电动助力转向按照电动机助力位置的不同，可以分为转向柱助力式，小齿轮助力式，双小齿轮助力式和齿条助力式，如图3所示3。 图3. EPS的分类2. 本田飞度EPS的构造4广州本田生产的飞度轿车装备小齿轮时的EPS电动助力转向系统，是国内首次批量生产的最早装备EPS的小轿车之一，在飞度轿车卓越的省油性能之中，其中一方面的贡献就是装备了按需供应型转向系统EPS的节能作用。飞度的零配件由中日合资企业广州昭和供货，技术为日本的技术，比较成熟。EPS是由扭矩传感器，车速传感器，控制单元ECU，助力电动机，减速机构，模式选择开关等组成，如图4和图5所示。下面逐一介绍各部件及其工作原理。 图4.本田飞度EPS的元件组成 图5.本田飞度EPS各元件在整车上的位置2.1扭矩传感器飞度轿车的扭矩传感器是非接触式扭矩传感器，扭矩传感器安装在输入轴/小齿轮轴的周围，由线圈，磁芯和扭杆等组成，如图6所示。线圈固定在塑料壳里面，磁芯能在输入轴/小齿轮轴上上下移动，扭杆的上端通过圆柱销连接转向轴，传递驾驶员转动方向盘时输入的扭矩，扭杆的下端是接小齿轮输出轴，是传递路面转向阻力扭矩，扭杆在这两个扭矩的作用下，产生扭转变形，这个原理与液压助力转向中转向控制阀的扭杆的工作原理是一样的。磁芯上下移动在线圈中产生的感应电压的变化信号，就反映出扭矩大小的信号，经过信号处理后，输出到控制单元。在输入轴与小齿轮轴上分别安装了导杆，磁芯有垂直槽与斜纹槽，斜纹槽插入输入轴的导杆，垂直槽插入小齿轮轴的导杆。当扭杆受扭矩时，扭杆的上下端就有角变形，磁芯在斜纹槽中受输入轴导杆的接触力，沿水平和垂直方向分解，产生水平分力和垂直分力，水平分力被垂直槽约束，磁芯不能转动，而垂直分力则没有被约束，磁芯可以沿垂直槽上下运动。工作过程如图7所示，驾驶员左转动方向盘（从上往下看）时，在扭杆承受向上的扭矩，致使磁芯受到输入轴上导杆垂直向下的分力作用，磁芯向下运动，向下运动的位移与扭杆所受到的扭矩成正比。这个微小的位移引被放大电路放大后，送给ECU，ECU控制助力电机产生向上的助力扭矩。同理，驾驶员向右转向时，磁芯向上运动，直线行驶时，磁芯处于中间位置。通过磁芯位置的变化来反映加在扭杆上扭矩的大小和方向。 图6.飞度扭矩传感器 图7.飞度扭矩传感器的工作过程2.2车速传感器手动变速器车的车速传感器检测差速齿轮的转速作为车速信号，是通过磁性感应材料进行检测，用放大器进行放大的传感器。自动变速器车用变速箱的中间轴车速传感器检测中间轴的转数作为车速信号，是磁性感应材料进行探测用放大器进行放大的传感器。此外，该信号首先是输入发动机的PGM-FI ECU的，再通过总线进行数据交换，作为一个重要的控制信号传给EPS ECU，当车速较低时，转向阻力矩比较大，这时，EPS ECU控制助力电机的电流较大，助力力矩较大，当车速比较高时，转向阻力矩较小，这时，EPS ECU控制助力电机的电流也较小，实现随速助力效果。2.3电子控制单元EPS控制单元（ECU）的功能是根据扭矩传感器信号车速传感器信号，进行逻辑分析与计算后，发出指令，控制助力电动机的电流。内部大致由输入电路、计算机、输出与输出监视电路、电源电路构成。输入电路是把各传感器发出的信号转换成计算机处理信号的电路。计算机是计算输入电路的信号，向输出电路发出控制信号。输出电路是把计算机发出的控制信号转换成可以使促动器工作的信号的电路。电源电路是向输入电路、计算机、输出与输出监视电路供给电源的电路。此外，流向电机的输出电流，通过输出电路直接进行控制，所以EPS控制单元主体的发热量很大。所以其构造也考虑了发热的问题。2.4助力电机助力电机是固定磁场的直流电机。是由固定在磁铁壳内的磁铁，与蜗杆做成一体的电枢，换向器等组成。助力电机的作用是根据电子控制单元的指令输出适当的辅助扭矩，是EPS的动力源。也是EPS的关键部件，改变通电电流的方向，电机的转动方向改变，从而助力扭矩的方向也改变，适合驾驶员从左转方向盘时，助力电机提供向左的助力扭矩，右转方向盘时，助力电机提供向右的助力扭矩。2.5减速机构飞度的减速机构是蜗轮蜗杆机构，由与助力电机的电枢做成一体的蜗杆和与小齿轮固定成一体的蜗轮组成，为了减小噪声和冲击，蜗轮采用树脂材料，助力电机输出轴的支撑部位上装设有橡胶减震器。蜗轮端面模数为2，齿数为37个齿，蜗杆轴向模数为2，蜗杆头数为2。2.6模式选择开关飞度汽车的EPS装有模式选择开关，有3个级别的操舵力特性的模式可供选择，模式选择开关安装在转向柱左侧仪表板上，三个级别分别是重度级别，标准级别，轻度级别，重度级别时，EPS ECU控制助力电机提供的助力扭矩最大，轻度级别时，EPS ECU控制助力电机提供的助力扭矩较小，模式选择开关提供给不同驾驶员，不同道路条件时的不同助力效果。3.本田飞度EPS的维修4由于设计和制造时的质量保证，飞度轿车电动助力转向系统的故障比较少，检测也比较方便，不需要用到专门的设备和仪器，和普通的汽车电子设备的检测没有什么本质区别，所用到仪器也是本田车通用的PGM测试仪或本田诊断系统（HDS）等来读取故障码。读完故障码后，按本田飞度维修手册的说明进行换件修理，本田EPS的许多零件都是做成不可拆卸的，如扭矩传感器等，因此在修理时，只要找出故障零件，进行更换便可。3.1故障码的读取故障码按以下方式输出，即可确认。确认方向盘处于中间位置。把本田PGM测试器连接到数据链路连接器(16P)上进行SCS短路。IG开关设置在ON的位置上。(不起动发动机)记录EPS警报灯的闪亮次数。EPS警报灯的点亮次数即为故障码。故障码没有记录时，处于亮灯状态，故障码是从小处开始显示，并非按照故障发生顺序，到IG开关OFF为止，反复显示故障码。故障码记录在EEPROM(不挥发存储器)中，因此切断电源并不能清除故障码，清除通过指定方式清除。作业结束后，清除故障码。3.2故障码的清除确认方向盘处于中间位置。把本田PGM测试器连接到数据链路连接器(16P)上进行SCS短路。把方向盘设置在离前进位置偏左45。的位置。把IG开关设置在ON的位置上，使EPS警报灯亮灯。(不起动发动机)EPS警报灯熄灭后，把方向盘返回中间位置，松开手。EPS警报灯重新亮灯后，重新把方向盘设置在偏左45。的位置。重新熄灭EPS警报灯，重新把方向盘返回中间位置，松开手。当EPS警报灯熄灭4秒钟后，确认有无2次闪亮。确认了EPS警报灯闪亮后，马上把IG开关转为OFF。4秒钟后，进入记录扭力传感器中点值模式时，3次闪亮后，把方向盘设置在偏左45。的位置，IG开关OFF。注意，IG开关OFF时，故障码会被清除。一边旋转方向盘一边把IG开关转为OFF时，故障码会清除，而且不记录扭力传感器中点值。输出故障码，确认故障码已经被清除。从数据链路连接器(16P)上取下本田PGM测试器。此外，故障码的读取与清除都可以在本田PGM测试器画面上显示。该显示方法请参照本田PGM测试器的使用手册。表1列出了EPS警报灯与故障码显示的症状。表1. EPS警报灯与故障码显示的症状一览表故障码警报灯诊断名诊断方法诊断时间警报中的助力警报中的系统复位系统的复位初期诊断时常诊断1灯亮动力继电器ON故障诊断动力继电器OFF，检查动力继电器的电压停止无IG SW2灯亮安全保护继电器ON故障诊断将FET3或者FET4 ON，检查电机端子电压停止无IG SW3灯亮LOWER FET ON故障诊断将FET3或者FET4 ON，检查电机电流停止无IG SW4灯亮UPPER FET ON故障诊断动力继电器OFF，检查动力继电器的电压停止无IG SW5灯亮电机断线诊断检查FET驱动DUTY90以上时的电机电流停止无IG SW11灯亮扭矩传感器上下限诊断检查VT1或者VT2的上下限电压停止无清除故障码12灯亮VT3VT3的A/D值与软件值比较检查停止无清除故障码13灯亮VT1，VT2平均值诊断检查VT1与VT2的平均电压停止无清除故障码14灯亮VS1，VS2端子之间的短路诊断检查VT1与VT3的差电压停止无IG SW21灯亮IG1诊断检查IG1的上下限电压IG SW OFF为止有，然后停止恢复正常时复位IG SW22灯亮车速急变诊断检查车速60Km/h以上的信号急变减少恢复正常时复位IG SW车速、ENG旋转比较诊断检查连续3分钟车速0Km/h以下且ENG旋转2000rpm以上的状态23灯亮ENG旋转诊断检查ENG旋转约500rpm以下且车速10km/h以上的状态车速10Km/h以上有恢复正常时复位IG SW31灯亮初期电流传感器偏置诊断将全FET OFF，检查电流传感器值的偏置状态停止无IG SW32灯亮电流传感器偏置诊断比较检查电流感应值极性与FET驱动极性减少无IG SW33灯亮电流传感器偏置诊断短时间驱动FET，检查电流传感器感应值的变化停止无IG SW34灯亮输出禁止电路诊断检查输入禁止状态的联系状况停止无IG SW35灯亮方向判别电路诊断比较检查VT3值与左右输出禁止信号减少无清除故障码36灯亮升电路诊断检查升压电路的电压停止无IG SW37灯亮电机端子电压诊断检查电机上下限电压减少正常恢复时复位IG SW初期电机端子电压诊断在极短的时间内ON UPPER 或者LOWERFET，检查电机端子电压停止无IG SW5059灯亮LSI诊断检查ROM、RAM、A/D CNV、TIM、WDT、INTRPT、TRAPA、EEPROM停止无IG SW参考文献：1. 冯樱，肖生发，罗