现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断第5章.ppt

1、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 5.2 电控四轮转向系统 思考与练习,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。,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。,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

2、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。,图5-1 转向柱与直流电机,图5-2 转向助力器 (a) 主视图； (b) 剖视图(手动锁销部分),(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。,图5-3 电机组件,(3) 控制系统。控制系统由转向传感

3、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。,图5-4 转向传感器的构造,图5-5 电位计的构造 (a) 输出轴侧；(b) 输入轴侧,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045 km/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。,3) 使用实例 图5-6所示为

4、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,图5-7 控制系统 (a) 电路；(b) 接线插座端子代号,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。,图5-8 电子液力式转向系统,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

5、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。,(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

6、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。,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。,(2) 中高速直行状态。车辆直行时

7、，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。,(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

8、重拟合。,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。,图5-9 电动液力式转向系统组成简图,图5-10 电动液力式转向系统的构造,(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。,图5-11 电机油泵

9、组件的构造 (a) 主视图；(b) 剖视图,图5-12 电动液力式转向系统控制电路,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。,图5-13 信号控制器安装位置,图5-14 功率控制器内部电路,图5-15 功率控制器安装位置,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

10、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。,图5-16 转向角传感器位置,图5-17 转向角传感器构造 (a) 左视图；(b) 主视图,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20 s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1.1 s，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。,表5-1 运行道路条件与助动力关系,控制系统具有自

11、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100 A，且持续10 s以上，电源电压低于9 V且持续1 s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。,图5-18 报警指示灯位置,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,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

12、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24 s； (4) 读取并记录故障码显示值；,(5) 再按启动按钮24 s，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24 s并读取故障码，然后按启动按钮68 s。,表5-2 奔驰W140

13、动力转向系统故障码及内容,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15 s以上再装回，即可清除故障码。,图5-20 三菱车系诊断插座 (a) 老式诊断插座；(b) 新的OBD-型诊断插座,表5-3 三菱轿车动力转向系统故障码及内容,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比较图。图中装备四轮转向装置的汽车转

14、弯半径比装备两轮转向系统的汽车的转弯半径小得多。从通过性参数来看，四轮转向汽车的通过宽度W比两轮转向汽车的通过宽度小得多，有利于急转弯、规避障碍、进出车库等。,图5-21 四轮与两轮转向汽车在低速转弯半径图 (a) 两轮转向；(b) 四轮转向,图5-22 四轮转向汽车与两轮转向汽车在高速转弯时转向操纵的比较图 (a) 两轮转向；(b) 四轮转向,5.2.1 结构特点,图5-23 电控四轮转向系统简图,1. 电控单元 发动机工作时，四轮转向电子控制模块不断地从所有的输入传感器处收到信息，如果转向盘转动，四轮转向电子控制单元就会对车速传感器、主前轮转角传感器、副前轮转角传感器、主后轮转角传感器、副

15、后轮转角传感器以及后轮转速传感器传来的信息加以分析计算，并控制适当的后轮转角，将蓄电池电压输送到后轮转向执行电动机使后轮转向。蓄电池电压通过两只大功率输出晶体管输送到后轮转向执行器电动机处，其中一只晶体管在右转弯时导通，另一只在左转弯时导通。后轮转角主、副传感器将反馈信号送到四轮转向电子控制单元中，以让电子控制单元确定后轮转角是否已被执行。,2. 传感器 图5-24为传感器在汽车中的布置位置。 (1) 主前轮转角传感器。主前轮转角传感器能够检测转向盘的转动方向、转动速度和转动角度。它是利用霍尔效应来工作的，当转向盘转动时，主前轮转角传感器向电子控制单元传送前轮转动的信号。它一般安装在组合开关下

16、方的转向柱上。 (2) 副前轮转角传感器。副前轮转角传感器向电子控制单元发送与前轮转角相关的信号，它安装在前齿轮齿条转向器内。,图5-24 电控四轮转向系统传感器的布置图,(3) 主后轮转角主传感器。主后轮转角主传感器有一个随循环球螺杆旋转的脉冲环，霍尔传感元件直接安装在脉冲环上部。当循环球螺杆与脉冲环旋转时，霍尔传感元件向电子控制单元发出脉冲数字电压信号，显示后轮转角。其结构见图5-25所示。 (4) 副后轮转角传感器。副后轮转角传感器安装在后轮转向执行器上与主后轮转角传感器相对的一端。副后轮转角传感器内有一个连接在齿条轴上的锥形轴，锥形轴与齿条一同水平移动。副后轮转角传感器的触棒与锥面弹性

17、接触。当锥形轴水平移动时，锥面使传感器触棒来回移动。这根触棒的运动使传感器产生模拟电压信号，将转角消息传送到电子控制单元。其结构如图5-26所示。,(5) 后轮转速传感器。后轮转速传感器安装在每个后轮上，它与ABS系统和四轮转向控制系统的电子控制单元资源共享。每个后轮毂上安装有一只带齿槽的环，轮速传感器就直接安装在这些带槽的环的上方，传感器内有永磁线圈，当后轮转动时，带槽环上的齿经过传感器，在传感器内就产生电压。 (6) 车速传感器。车速传感器将与车辆速度相关的电压信号送到四轮转向系统电子控制单元。,图5-25 主后轮转角传感器,图5-26 副后轮转角传感器,3. 后轮转向执行器 后轮转向执行

18、器内有电动机，电动机使循环球螺杆机构驱动转向齿条；转向横拉杆把转向执行器连接到后轮转向臂和转向节处；回位弹簧在四轮转向系统失效时将后轮推回到直线行驶位置。其结构见图5-27。,图5-27 后轮转向执行器,5.2.2 工作原理 车速低于29 km/h时，当转向盘转动，后轮会立即开始向与前轮相反的方向转动；在车速为零时，后轮最大转角是6。后轮转角减小的程度随车速变化，在车速为 29 km/h时，后轮转角几乎为零。 当车速增大至大于29 km/h时，转向盘在最初200转角内，后轮转向与前轮方向一致；转向盘转角大于200时，后轮会转向相反的方向。当车速提高到96 km/h并且转向盘转角是100时，后轮

19、将会向与前轮相同的方向转动大约1；如果转向盘转动500，后轮将会沿与前轮相反的方向转动大约1。图5-28为电控四轮转向系统特性图。,图5-28 电控四轮转向系统特性图,5.2.3 故障诊断与检修 1. 系统检修前应注意的问题 (1) 是否改动过悬架而影响转向系的工作； (2) 轮胎尺寸是否与生产厂家的规定相符合； (3) 轮胎气压是否达到生产厂家的规定； (4) 动力转向油泵皮带张力是否达到生产厂家的规定； (5) 动力转向油泵油箱中的液面高度是否达到了生产厂家的规定； (6) 发动机在生产厂家要求的怠速转动时是否稳定； (7) 转向盘是否是原配的。,2. 失效保护功能的检查 在四轮转向系统出

20、现故障时，能够自动进入失效保护状态。处在这种状态时，后轮处在直线行驶位置。 如果四轮转向电子控制单元检查出系统出了故障，电子控制单元就转换为失效保护状态，并将故障码存入电控单元，接通四轮转向指示灯，让驾驶员知道系统出现故障。四轮转向电控单元切断后轮转向控制单元的电压，而且使后轮保持在直线行驶位置。,3. 阻尼控制的检查 当四轮转向系统进入失效保护状态时，如果后轮迅速回正反而会对转向盘转向控制发生影响。为了避免这种情况，四轮转向控制系统进入失效保护状态时，给阻尼继电器充电，在转向轴被回正弹簧力移到中央位置时，后轮转向执行电动机由转向轴的运动驱动。电动机的工作相当于发电机，转子输出的电压经由阻尼继

21、电器回馈到电动机激磁绕组，进入这种状态，转子速度降低，回正弹簧缓慢地将后转向轴驱动到中央位置。如果没有阻尼继电器回正弹簧将会迅速地使后轮转回到中央位置。,4. 故障诊断 1) 路试 四轮转向控制系统在故障出现时，会将故障代码进行存储并接通四轮转向指示灯。路试检验电子控制系统是否正常，同时系统内自诊断系统会将故障代码记录并存储。如果路试中四轮转向指示灯没有亮,电子控制系统也是完好的，则不需要进一步诊断。查阅生产厂家的维修手册，寻找问题来源、检查步骤和诊断方法，确保在检查中发现问题。,(1) 点火开关接通时故障码的显示。 接通点火开关，不要启动发动机; 观察四轮转向指示灯，读取故障码； 记录故障码

22、； 清除故障码； 断开蓄电池负极线； 断开四轮转向电子控制单元电源插座。,(2) 发动机工作时故障码的显示。 四轮转向电子控制单元实际含有两个处理器，分别称为主处理器和副处理器。每个处理器可存储10个故障码。在发动机运转时检查故障，代码的显示就表明了代码存储在哪一个处理器中。将维修诊断插头电极由短接线连起来，并启动发动机，四轮转向指示灯在主、副处理器中有故障信号，按如下顺序检查故障码。, 点火开关打开并迅速闪亮1次； 停顿3 s； 显示主处理器中存储的代码，如果存储了两个或两个以上的代码，则在两个代码之间停顿2 s，以示区分； 停顿1.6 s； 连续快速闪烁3 s，表明将主、副处理器的信号隔开

23、； 停顿1.6 s； 显示副处理器中存储的代码； 停顿3 s，重复上述过程。,图5-29 主、副处理器故障码的显示过程,表5-4 本田序曲轿车非正常行驶工况的代码,5. 主要部件的检修 1) 后轮转向执行器的检查与调整 检查时，后轮转向执行器锁销插着的时候不要启动发动机，否则会损坏锁销及后轮转向执行器，在进行以下操作后，后轮应该能够恢复直驶位置。 (1) 断开蓄电池负极连接线； (2) 四轮转向电子控制装置接头断开； (3) 时钟与收音机保险丝断开。,2) 转向盘在中间位置时后轮处于直驶位置的检查 四轮转向系统的转向盘处于中间位置时，后轮必须与之对应，才能够保证在直驶位置。四轮转向系统控制单元

24、具有检查此项的功能。 (1) 将车辆驶进定位台，使四只轮子都在转弯半径测量转盘上； (2) 保证转向盘在正中位置； (3) 在仪表板下方的诊断插座上接上短接线； (4) 将驻车制动器完全拉紧，直到驻车制动警告灯亮，打开点火开关，使前轮转向角传感器处于测试状态；,(5) 接通点火开关，缓慢地向左及向右转动转向盘； (6) 观察4WS指示灯闪烁情况，反复转动转向盘，找出能使4WS指示灯持续亮2 s以上的转向盘位置； (7) 在步骤(1)(5)之后，注意观察4WS指示灯闪烁情况，反复转动转向盘，找出能使4WS指示灯间隔为0.2 s闪烁转向盘对应的位置； (8) 在步骤(1)(4)之后，松开驻车制动器

25、，确认驻车制动警示灯熄灭。这使4WS电子控制单元进入对后转向传感器的检查状态；,(9) 将前轮置于直驶位置，左后轮转到左方再转向最右方，4WS指示灯应在后轮向左刚开始转动时，以0.2 s的间隔闪烁，若4WS指示灯不闪烁，将后轮转角副传感器重新调节； (10) 将左后轮转到最左方，再慢慢转向右方，4WS指示灯应在后轮向左刚开始转动时，亮的时间为2 s以上，若4WS指示灯不亮，检查后轮转角主传感器是否损坏； (11) 断开点火开关，装上后轮转向执行器护罩。,3) 主前轮转角传感器的检查与调整 (1) 将车辆置于维修台，两只前轮都放在转弯半径测量转盘上，将转向盘置于中间位置； (2) 将主前轮转角传感器处在正中位置； (3) 拆下转向盘，将转向盘轮辐重新置于水平位置； (4) 装上转向盘，用花键定位，使轮辐水平位置与车轮中央位置最接近。,4)