豐田銳志電動助力轉(zhuǎn)向.doc

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豐田銳志電動助力(圖) 新款銳志乘用車裝備的是目前較新型的電動轉(zhuǎn)向裝置?，F(xiàn)代汽車的動力轉(zhuǎn)向，有液壓式和電動式兩種類型，絕大多數(shù)汽車采用液壓動力轉(zhuǎn)向。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有一系列的優(yōu)點，所以在現(xiàn)代汽車上使用日益增多。電動助力轉(zhuǎn)向有兩種基本形式，即電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。銳志乘用車電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)由電機提供動力。該電動轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)含量較高。本文對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本原理及其常見故障進行分析，希望對同行能有所幫助。 一、 銳志乘用車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)向控制單元控制轉(zhuǎn)向電機工作來實現(xiàn)助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（如圖1所示）。駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)向力矩，通過轉(zhuǎn)向齒輪和轉(zhuǎn)向拉桿傳到汽車的轉(zhuǎn)向輪上；與此同時，電子控制單元再根據(jù)目前駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)向力矩、當(dāng)時行駛的車速和一定的設(shè)計要求，計算出所需要的轉(zhuǎn)向助力。而所需的轉(zhuǎn)向助力是通過調(diào)整電機的電壓和電流來實現(xiàn)的，所以轉(zhuǎn)向輪上最終得到的轉(zhuǎn)向力矩，是駕駛員轉(zhuǎn)向力矩和轉(zhuǎn)向電動助力之和（后者遠大于前者）。電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)直接使用電源，它不消耗發(fā)動機的機械動力，故不會直接影響發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，從而比傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)省燃油。 二、 轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的主要部件 該電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括：由方向盤直接驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩傳感器，其下部的小齒輪驅(qū)動齒條；轉(zhuǎn)向電機，裝于轉(zhuǎn)向管柱的中部；減速裝置，采取與電機轉(zhuǎn)子內(nèi)殼配套的循環(huán)滾珠式減速齒輪；轉(zhuǎn)角傳感器，反映助力電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向；齒條軸的外殼及左右橫拉桿。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 1.轉(zhuǎn)向扭矩傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理 轉(zhuǎn)向扭矩傳感器包括兩部分，分別安裝在方向盤的輸入軸和轉(zhuǎn)向小齒輪的輸出軸上。 (1) 轉(zhuǎn)子部分由上下兩層構(gòu)成，且均裝有轉(zhuǎn)矩傳感器（如圖2所示）。輸入軸和輸出軸是由一根細金屬銷連接成一體，轉(zhuǎn)子部分上方有銷孔（如圖3所示）。輸入軸和輸出軸兩者上部是鋼性連接，由汽車方向盤的轉(zhuǎn)軸即輸入軸驅(qū)動。其下層轉(zhuǎn)子帶動小齒輪推動齒條的平移，驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的上層部分由方向盤直接驅(qū)動，由于下端沒有負載，所以它的轉(zhuǎn)動量與方向盤轉(zhuǎn)軸完全同步。但轉(zhuǎn)矩傳感器的下層部分帶有轉(zhuǎn)向小齒輪（有一定阻力），中間通過細扭桿驅(qū)動，導(dǎo)致下層轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動量相對較小，這就造成上、下層轉(zhuǎn)子在機械上會產(chǎn)生相對角位移差。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，在不同的道路條件遇到不同的轉(zhuǎn)向阻力時，輸入軸與輸出軸這兩個轉(zhuǎn)軸會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩大小相應(yīng)的角度差。 (2) 定子部分亦有上下兩層線圈，分別對應(yīng)轉(zhuǎn)子的上下部。定子線圈部分有兩種線圈分布，分別是勵磁線圈和檢測線圈（如圖4所示），其上共有七根不同顏色的細導(dǎo)線與外界聯(lián)系。其勵磁線圈對轉(zhuǎn)子部分的線圈通過電磁感應(yīng)起勵磁作用；檢測線圈則將輸入、輸出軸的上下角差（轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩）檢測出來，向電子控制單元輸送電信號，這個電信號是以定子線圈上的兩列正弦波的相位差，反映此時轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩大小。 2.助力電機及減速器的結(jié)構(gòu)與工作原理 在轉(zhuǎn)向器中部柱管內(nèi)壁，安裝有助力電機及減速器（如圖2所示）。 助力電機為無電刷的三相交流電機，定子線圈為三相雙星形連接（如圖5所示），電機轉(zhuǎn)子是強永磁式的。此電機設(shè)計的轉(zhuǎn)動慣量較小，便于汽車行駛時靈活的變轉(zhuǎn)向操作。該電機的改變旋轉(zhuǎn)方向極方便，只是將三相電源任意兩相間進行換接即能實現(xiàn)迅速的轉(zhuǎn)向助力操作。而且此電機具有低噪聲、高轉(zhuǎn)矩的特點，能克服行駛各種道路時的轉(zhuǎn)向阻力，進行靈活轉(zhuǎn)向操作。 (2) 供給助力電機的電源為27~34V的三相交流電壓。此電動助力轉(zhuǎn)向控制單元中，還專門設(shè)置有提升電壓的逆變器和電感儲能線圈，由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)為27~34V的電路完成。當(dāng)駕駛員操縱方向盤時，則會自動根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小，輸出27~34V之間的可變電壓；當(dāng)駕駛員未打方向或車輛直線行駛時，電機不運轉(zhuǎn)，此時電機的電壓為0。 (3) 通過控制助力電機的電流，來控制轉(zhuǎn)向助力的大小。電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元接收轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號，并且根據(jù)轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前車輛行駛狀況，決定施加給轉(zhuǎn)向電機的助力電流大小（如圖6所示）。 轉(zhuǎn)向電機還有過熱保護功能，當(dāng)溫度超過規(guī)定值，為保護電源和電機不致過載，此時應(yīng)限制電機的助力電流，直至溫度下降規(guī)定的允許值為止。 (4) 采用循環(huán)滾珠式減速機構(gòu)。為降低轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)速，以獲得更大的力矩，采取了與電機轉(zhuǎn)子內(nèi)殼配套的循環(huán)滾珠式減速裝置。極小的鋼珠在四個極光滑的槽內(nèi)循環(huán)滾動減速（如圖2所示），將動力傳遞給齒條軸作直線運動，推動兩個轉(zhuǎn)向輪左右擺動，以驅(qū)動汽車進行轉(zhuǎn)向。由于鋼珠極小，在精細加工的導(dǎo)槽內(nèi)循環(huán)滾動，故傳動噪聲極微。 3.轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 該傳感器屬于電磁感應(yīng)式傳感器，能將轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)向角度信號輸出到控制單元。這個傳感器轉(zhuǎn)子為凸極式，轉(zhuǎn)子與電機轉(zhuǎn)子是連成一體的。定子線圈呈圓環(huán)狀，套在轉(zhuǎn)子外，通過電磁感應(yīng)原理，檢測出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。在拆檢時不能單獨取下此轉(zhuǎn)角傳感器，只能通過解體轉(zhuǎn)向器總成時，才能拆檢。但可通過定子上的電路接插件進行檢測。 轉(zhuǎn)向控制單元安裝在蓄電池的下方，除有處理傳感器信號功能外，控制單元還有提升蓄電池電壓、逆變?yōu)槿嚯娏麟姷墓δ?。亦縮短了控制單元與動力轉(zhuǎn)向機總成之間的電纜長度，可減小線路的電壓降。 三、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本工作原理 1.轉(zhuǎn)向助力的控制信號流程 轉(zhuǎn)向助力的控制信號流程如圖7所示。 2.轉(zhuǎn)向初始化的功能 當(dāng)更換或檢拆方向盤、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向控制單元等部件時，應(yīng)對轉(zhuǎn)向的電氣控制系統(tǒng)進行初始化設(shè)定，可用檢測儀或手工設(shè)定，手工初始化的具體方法是： (1) 用導(dǎo)線短接Tc和底盤的搭鐵線CG端子， (2) 將點火開關(guān)接通； (3) 再用線短接Ts 和 CG 端子； (4) 在 20 s內(nèi)斷開/連接 Tc 端子 20 次； (5) 確認 P/S 警告燈點亮； (6) 關(guān)閉點火開關(guān)，完成電氣初始化工作。 電動轉(zhuǎn)向初始化接插件如圖8所示。 四、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點 1.可有效地提升全車的經(jīng)濟性 電動轉(zhuǎn)向只是在駕駛員操縱汽車轉(zhuǎn)向時才消耗電力，而車輛90%以上的行駛過程不需要轉(zhuǎn)向，不轉(zhuǎn)向時不消耗電力。而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵直接由發(fā)動機的皮帶傳動，即使汽車不轉(zhuǎn)向時，液壓泵亦運轉(zhuǎn)，從而消耗發(fā)動機的動力。有資料統(tǒng)計，兩者相比，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)油3%。 2.使汽車轉(zhuǎn)向控制更加靈活 方向盤的轉(zhuǎn)向特性、轉(zhuǎn)向手感和汽車的穩(wěn)定特性，可以通過軟件來進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，而不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率的影響，其功能顯然優(yōu)于傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)；可配合車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)，在不同車速下可實現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)向響應(yīng)和轉(zhuǎn)向力。 3.路感強、控制響應(yīng)快 低速行駛時，電動系統(tǒng)提供較大的助力，助力程度隨車速提高而逐漸降低。為了改善行駛的舒適性，大多數(shù)現(xiàn)代汽車裝有較寬的低壓輪胎，這樣增加了輪胎與路面的接觸面積，行駛阻力變大時能獲得更大的轉(zhuǎn)向助力。即使發(fā)動機熄火，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還能照常工作，因此很適用于電動汽車或混合動力汽車。 4.外圍結(jié)構(gòu)簡單 整個轉(zhuǎn)向裝置的質(zhì)量實現(xiàn)輕量化，結(jié)構(gòu)更緊湊。由于沒有液壓系統(tǒng)，可省去漏油、換油、換皮帶等維護工作。 五、銳志轉(zhuǎn)向沉重故障一例 故障現(xiàn)象 一輛2006款銳志乘用車，在行駛過程中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向異常沉重，同時P/S燈點亮（如圖9所示）。 故障診斷與排除 讀取故障代碼為C1525、C1526、C1528。其含義是轉(zhuǎn)角傳感器初始化未完成；以及電動機旋轉(zhuǎn)角度傳感器故障。維修資料指出，當(dāng)出現(xiàn)C1528故障代碼時，系統(tǒng)進入失效保護狀態(tài)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)停止工作。 用豐田專用檢測儀IT-II清除故障代碼，C1528可以清除，而C1525、C1526始終無法清除。再對轉(zhuǎn)角傳感器進行初始化，結(jié)果檢測儀顯示初始化失敗，說明電動機旋轉(zhuǎn)角度傳感器確實存在故障。在拔下轉(zhuǎn)角傳感器接插頭時發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有進水的痕跡，線插已覆蓋了一層綠色的銅銹，出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象。插頭進水使傳感器信號發(fā)生短路，電動轉(zhuǎn)向控制單元接收不到角度傳感器信號，使電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進入保護狀態(tài)，轉(zhuǎn)向助力停止工作，控制單元同時記錄故障代碼C1528。故障排除非常簡單，清除插頭內(nèi)的水分和銅銹，再用IT-II對馬達轉(zhuǎn)角傳感器進行初始化，故障徹底排除。P/S燈不再點亮，方向盤轉(zhuǎn)動輕松靈活，故障排除。 維修小結(jié) 電氣接插件的防水問題應(yīng)得到足夠的重視。銳志轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用了全電動方式，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化，徹底解決了液壓泵和方向機漏油這一傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的弊端。但隨之而來的是電氣系統(tǒng)的防水問題。轉(zhuǎn)向機安裝在車輛的最底部，在大雨天或浸水的路面上行駛可能使轉(zhuǎn)向機的插頭進水而使系統(tǒng)無法正常工作。雖然插頭已經(jīng)作了防水措施，但當(dāng)其完全浸入水中時仍有進水的可能。該車的故障就是在雨天發(fā)生的，這一現(xiàn)象提醒我們的車主朋友在大雨天或涉水行駛時要特別小心，盡量躲開深水區(qū)，防止轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電氣插頭進水而引起故障。 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