《汽车底盘电控系统检修》-学习情境六 汽车电控动力转向系统结构与检修

学习任务一电控动力转向系统概述一、任务目标(一)知识目标(１)了解电控动力转向系统的分类。(２)掌握电控动力转向系统的优点。(二)能力目标(１)能够区分普通动力转向系统和电控动力转向系统。(２)能够区分液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统。二、任务描述随着电子技术的不断发展，转向系统也避免不了电子革命。现在许多轿车都使用了电控动力转向系统，保证轿车在低速转弯和停车时有更大的动力辅助，从而为驾驶员提供方便。下一页返回学习任务一电控动力转向系统概述三、任务实施———电控动力转向系统分类及优缺点(一)电控动力转向系统的分类汽车转向系统就是使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构，其作用是保证汽车在行驶中能按照驾驶员的操纵要求适时地改变行驶方向，能在受到路面干扰偏离行驶方向时与行驶系统配合共同保持汽车稳定地直线行驶。电控动力转向系统按控制方式的不同，可分为普通动力转向系统和电控动力转向系统。普通动力转向系统一般采用液压式，按液流形式又可分为常压式和常流式两种。上一页下一页返回学习任务一电控动力转向系统概述(二)电控动力转向系统的优点传统液压式助力转向系统提供不了合适的转向力，即若要保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便，那么汽车在高速行驶时就会感到有“发飘”的感觉；若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度手感，那么当其要停车或低速掉头时就会感到转向太重，两者不能兼顾。电控动力转向系统既可以实现低速时转向轻便、灵活，又能在高速时保证稳定的转向手感，其驾驶舒适性、操纵稳定性更高，故在轿车上得到了广泛的应用。电控动力转向系统的优点如下:(１)增强了转向跟随性。方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。上一页下一页返回学习任务一电控动力转向系统概述(２)有高度的转向灵敏度。转向轮对方向盘具有灵敏的响应。(３)良好的操纵稳定性。具有很好的直线行驶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做相应的调整。低速时有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；高速时有适当的路感，避免因转向过轻而发生事故。电控动力转向系统根据动力源不同又可分为液压式电控动力转向系统(液压式ＥＰＳ)和电子式电控动力转向系统(电动式ＥＰＳ)。上一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修一、任务目标(一)知识目标(１)了解液压式电控动力转向系统的结构。(２)掌握液压式电控动力转向系统的控制方式。(３)掌握液压式电控动力转向系统的检修方法。(二)能力目标(１)能够进行液压式电控动力转向系统的常见故障诊断。(２)能够对液压式电控动力转系统进行故障维修。下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修二、任务描述随着人们对汽车经济性、环保性、安全性的日益重视以及小排量轿车的发展，人们开始对液压动力转向系统存在的不足进行改进，并开发出一些新型电控液压动力转向系统，其主要改进措施是将车速信号引入液压转向系统，得到车速感应型助力特性，并增加了控制器和执行机构。控制器根据车速传感器信号，改变助力特性，以满足路感和操纵稳定性的要求。电控液压动力转向系统虽然实现了车速感应型助力特性，但由于仍然采用液压系统，液压系统本身的缺点依然难以克服，同时在液压系统的基础上增加了传感器和控制器，整个系统成本有所增加。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修三、任务实施———液压式电控动力转向系统简介(一)液压式电控动力转向系统基本组成液压式电控动力转向系统(液压式ＥＰＳ)是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时转向助力的要求。(二)液压式电控动力转向系统根据控制方式的不同，液压式电控动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修１.流量控制式电控动力转向系统流量控制式电控动力转向系统通过车速信号来调节向动力转向装置供应的油量，从而实现对转向助力的控制。流量控制式电控动力转向系统基本结构如图６－１所示，它是在一般液压动力转向系统上增加了旁通流量控制阀、车速传感器、电控单元和控制开关等元件。流量控制式电控动力转向系统工作原理如图６－２所示，在转向油泵与转向器本体之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。按照来自车速传感器、转向角速度传感器和控制开关信号，电控单元向旁通流量控制阀发出控制信号，控制旁通流量，从而调整向转向器供油的流量。当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀灵敏度下降，转向助力作用降低。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修图６－３所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀和稳压滑阀，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞３连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔１的开口面积。调整调节螺钉４可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀的功用是保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀芯左移，使节流孔开口面积减小，流入阀内的机油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀芯右移，使节流孔开口面积增大，流入阀内的机油量增多，前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修２.反力控制式电控动力转向系统反力控制式电控动力转向系统是按照车速的变化，由电子控制油压反力调整动力转向器，从而使汽车在各种条件行驶条件下，方向盘上所需的转向操控力都能达到最佳状态。反力控制式系统主要由方向盘、分流阀、电磁阀、动力缸、泵、储油罐、车速传感器及电子控制单元等组成，如图６－４所示。当汽车低速行驶时，ＥＣＵ输出较大的通电电流，使电磁阀的开度增加，由分流阀分出的液体流过电磁阀回到转向储油罐中。因此，油压反力室的压力减少，柱塞推动控制阀杆的力减小。利用方向盘的转向力来增大扭杆扭力。转阀按照扭杆角做相对的旋转，使油泵油压作用于转向动力缸的右室，活塞向左右运动，从而使转向轻便、灵活。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修３.阀灵敏度控制式电控动力转向系统阀灵敏度控制式电控动力转向系统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)来控制油压，从而控制转向助力的大小。这种转向系统的特点是结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，可以获得自然的转向手感和良好的转向特性。图６－５所示为轿车所采用的阀灵敏度控制式动力转向系统。该系统对转向控制阀做了局部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和ＥＣＵ等。控制阀的可变小孔分为低速专用小孔(１Ｒ、１Ｌ、２Ｒ、２Ｌ)和高速专用小孔(３Ｌ、３Ｒ)两种，在高速专用可变孔的下边还设有旁通电磁阀回路。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修图６－６所示为该系统的控制阀等效液压回路，其工作过程如下:当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动方向盘，则高灵敏度低速专用小孔１Ｒ及２Ｒ在较小的转向扭矩作用下即可关闭，转向油泵的高压油液经１Ｌ流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经３Ｌ、２Ｌ流回转向油罐，所以此时具有轻便的转向特性。而且施加在方向盘上的转向力矩越大，可变小孔１Ｌ、２Ｌ的开口面积越大，节流作用越小，转向助力作用越明显。随着车辆行驶速度的提高，在电控单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动方向盘，则转向油泵的高压油液经１Ｌ、３Ｒ旁通电磁阀流回转向油罐。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔３Ｒ的开度。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修车速越高，在电控单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，施加在方向盘上的转向力越小，高速专用小孔３Ｒ的开度越大，转向助力作用也越小，当转向力增大时，３Ｒ的开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式电控动力转向系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。(三)任务实施———液压式电控动力转向系统检修液压式电控动力转向系统检测主要涉及电控液压系统油压检测和电控部件检测两大部分。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修１.电控液压系统油压检测检查系统管路和油面高度，确认管路无泄漏，油面稳定在高度正常。将压力表接入在动力转向泵与转向控制阀的压力管路中，压力表的阀门开启到最大，使发动机怠速稳定运转，在左、右极限位置之间将方向盘连续转动３~４次，此时转向油液温度不断升高，将系统内空气排除，当转向油液温度升至８０℃以上，且液面高度正常时，检测发动机怠速时转向泵输出油压应为３ＭＰａ以上。将方向盘转至极限位置，拔下电磁阀插接器，然后起动发动机，使其转速稳定在１０００ｒ/ｍｉｎ，测量动力转向泵的输出油压，其最低压力应为７ＭＰａ以上。否则，分析转向器内部是否存在泄漏或电磁阀有故障。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修２.电控部件检测１)电磁阀的检测电磁阀常见故障为针阀位置不当和电磁阀线圈短路等。随着电磁阀的针阀开启，油道中的电磁阀起旁路作用，转向助力随之发生变化。其诊断步骤如下:(１)检测电磁阀电磁线圈的电阻:首先拆下线束插接器，然后使用欧姆表测量两端子之间的电阻应为６~１１Ω，否则，应更换存在故障的电磁阀；(２)检测电磁阀的工作情况:先拆下电磁阀的转向器，然后将蓄电池的正极接电磁阀ＳＯＬ＋端子，负极接ＳＯＬ－端子，此时缩回电磁阀的针阀至２ｍｍ，否则，应更换存在故障的电磁阀。上一页下一页返回学习任务二

液压式电控动力转向系统结构与检修２)ＥＣＵ的检测架起汽车稳定支撑，使发动机怠速稳定运转，测量ＥＣＵ的ＳＯＬ－端子和ＧＮＤ端子之间的电压；之后挂上挡使车轮以６０ｋｍ/ｈ的车速转动，测量ＥＣＵ的ＳＯＬ－端子和ＧＮＤ端子之间的电压，该电压应比原来增加０.０７~０.２２Ｖ。当上述测量无电压时，应更换ＥＣＵ重试，便于确诊。上一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修一、任务目标(一)知识目标(１)了解电动式电控动力转向系统的结构。(２)掌握电动式电控动力转向系统的工作原理。(３)掌握电动式电控动力转向系统的检修方法。(二)能力目标(１)能够进行电动式电控动力转向系统的常见故障诊断。(２)能够对电动式电控动力转向系统进行故障维修。下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修二、任务描述随着电子技术的快速发展，目前越来越多的轿车上采用了电动式电控动力转向系统(简称电动式ＥＰＳ)，ＥＰＳ是一种新型的、很有发展前途的动力转向系统。电动助力转向系统完全取消了液压组件，它是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电控动力式转向系统。电动式电控动力转向系统能根据不同的情况产生适合各种车速的动力转向，不受发动机停止运转的影响，在停车时，驾驶员也可获得最大的转向动力；汽车在行驶过程中，电子控制装置可调整电动机的助力以改善路感。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修三、任务实施———电动式电控动力转向系统简介(一)电动式电控动力转向的分类根据电动机对转向系统产生助力的部位不同，电动式电控动力转向系统有三种类型:１.转向轴助力式转向轴助力式的转向助力机械安装在转向轴上。当驾驶员转动方向盘时，控制单元根据接收的转矩、转动方向、车速等信号，控制直流助力电动机的电流。电动机的动力经离合器、电动机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转向器。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修２.转向器小齿轮助力式转向器小齿轮助力式的转向助力机械安装在转向器小齿轮处；与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。３.齿条助力式齿条助力式的转向助力机械安装在转向齿条处，电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车，对原有转向传动机械有较大改变。(二)电动式电控动力转向系统主要部件的结构及工作原理电动式电控动力转向系统主要由扭矩传感器、电子电控单元、电动机、电磁离合器和减速机构等组成，如图６－７所示。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修１.扭矩传感器扭矩传感器的作用是测量方向盘与转向器之间的相对转矩，以作为电动机动力调节的依据。１)电磁感应式扭矩传感器如图６－８所示，当方向盘处于中间位置或直行时，扭力杆的纵向对称面正好处于输出轴极靴ＡＣ、ＢＤ的对称面上，当在Ｕ、Ｔ两端加上连续的输入脉冲电压信号Ｕｉ时，由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在Ｖ、Ｗ两端检测到的输出电压信号Ｕｏ＝０；当转动方向盘时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴Ａ、Ｄ之间的磁阻增加，Ｂ、Ｃ之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，于是在Ｖ、Ｗ之间就出现了电位差，其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压Ｕｉ成正比。所以，通过测量Ｖ、Ｗ两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，即可得出方向盘上施加的转矩大小。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修２)滑动可变电阻式扭矩传感器如图６－９所示，当汽车转向时，在转向力矩的作用下，输入轴与输出轴之间的扭杆在转向力矩的作用下产生相对位移时，滑块随之做出轴向移动，滑块的轴向移动通过控制臂转换成滑动可变电阻内部滑动触点的移动，滑动触点的移动引起电阻的变化，并经电路转换成电压信号送向ＥＣＵ。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修传感电位器从控制ＥＣＵ接入５Ｖ的标称电压，当方向盘上无转向力矩时，传感器滑套处于中间位置，电位器信号端子上输入２.５Ｖ信号电压；当右转向时，扭力杆受到转向力矩作用产生弹性扭转变形，带动滑套在输入轴毂上向后(上)做轴向移动，并经环槽带动电位器摇臂轴转动而改变分压比，使电位器输出大于２.５Ｖ的电压信号。在左转向时，电位器的输出端子上输出小于２.５Ｖ的信号。电位器的输出电压信号与扭力杆的变形量(转向力矩)成正比，ＥＣＵ将电位器的输出电压信号与２.５Ｖ的标准中性值比较，即可判断出转向力矩的大小和方向。该扭矩传感器的输出特性如图６－１０所示。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修２.电子控制单元电子控制单元包括检测电路、微处理器、控制电路等。检测电路将传感器的信号进行整形放大后输入微处理器，然后微处理器计算出最优化的助力转矩。控制电路将来自微处理器的电流命令输送到电机驱动电路。３.电动机电动式电控动力转向系统中用的电动机是直流电动机，与起动用直流电动机原理基本相同，一般采用永磁磁场。最大电流为３０Ａ左右，电压为ＤＣ１２Ｖ，额定转矩为１０Ｎ.ｍ左右。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修４.电磁离合器图６－１１所示为电磁离合器的工作原理，电动机带动主动轮旋转，当线圈通电时，离合器接合，主动轮与压板结合，通过压板内的花键带动从动轴旋转，此时电动机具有助力作用；反之，离合器分离，助力作用被切断。为了减少加与不加助力时驾驶车辆感觉的差别，设法使离合器具有滞后输出特性，同时还使其具有半离合状态区域。５.减速机构减速机构是电动式电控动力转向系统不可缺少的部件，其作用是把电动机的输出进行减速增扭，再传给转向齿轮箱的主要部件。目前已使用的有多种组合方式，如两级行星齿轮与传动齿轮驱动组合式、蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式等。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮多半采用了特殊齿形或者采用树脂材料。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修(三)电动式电控动力转向系统检修案例大众速腾轿车采用电控动力转向系统(图６－１２)，主要组件有:方向盘转角传感器Ｇ８５、转向力矩传感器Ｇ２６９、电子助力转向电机Ｖ１８７、电子助力转向控制单元Ｊ５００、助力转向故障灯Ｋ１６１。电控动力转向系统的工作原理是电子助力转向控制单元Ｊ５００。根据车速、发动机转速、转向力矩、方向盘转角、方向盘转速以及自身存储的特性曲线图，计算出必要的转向助力力矩并控制电机工作。控制单元如果检测到系统中主要信号部件或线路出现故障，便会点亮助力转向故障灯Ｋ１６１。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修首先提取电子助力转向的故障码，显示转向力矩传感器Ｇ２６９故障。查阅维修手册得知，转向力矩传感器安装在转向机上。转向力矩传感器失效并不是马上失去助力，而是点亮黄色故障灯，助力逐渐消失，完全消失后故障灯变为红色。图６－１３所示为大众速腾电子助力转向系统局部电路图，转向力矩传感器上的４根线全部都是从电子助力转向控制单元Ｊ５００出来的。先检查这４根线是否存在断路或短路，用万用表测量４根线，线路导通，没有短路与断路现象，而且插头接触良好，无锈蚀。上一页下一页返回学习任务三

电动式电控动力转向系统结构与检修图６－１４所示为转向力矩传感器，磁性转子和转