汽车行驶、转向与制动系统检修 第2版 课件项目七 电动动力转向系统检修

项目七

电动动力转向系统检修武忠学习目标3技能目标3.能够对电动动力转向系统故障进行诊断排除。素养目标通过本任务的学习，深化7S管理学习，培养学生以主人翁精神服务于社会，注重责任，展现人生价值。知识目标1.掌握电动动力转向系统类型。2.掌握电动动力转向系统组成及原理。【知识准备】4电动动力转向系统（ElectricPowerSteering(EPS)orMotorDrivenPowerSteering(MDPS)）。它是在机械式转向系统中加装电动机助力装置相关知识5一、分类如图7－1所示。按电机的布置方式分为：a)转向柱驱动式b)转向器齿轮驱动式c)双齿轮驱动式d)齿条驱动式等四种类型，相关知识6二、电动式EPS的组成原理电动动力转向系统的组成原理如图7－2所示，它主要由车速传感器、转矩传感器、转角传感器、电子控制器ECU、电动机及减速机构等组成。当驾驶人打开点火开关转动方向盘时，转向扭矩作用在转向柱上的扭杆上，转矩传感器通过检测扭杆的变形量而检测出驾驶人作用的转矩信号，并把转矩信号发送给控制单元。控制单元根据转矩、车速及发动机转速及控制单元内存储的特性曲线，计算出最佳的助力力矩大小及方向，并输出相应的控制电流驱动转向助力电机转动，电机驱动减速机构将助力力矩传给转向轴，转向机构得到一个与工况相适应的转向作用力。相关知识7三、电动式EPS系统部件1.转矩传感器用于检测转向扭矩和转动方向，并把检测结果传送给电控单元，电控单元以此计算电机的供电电流及控制电机的转向，用于转向助力的控制。转矩传感器的类型有涡流式、霍尔式和光电式。转矩传感器是通过检测扭杆的扭转变形（扭转变形角）来检测转矩的大小的。相关知识8（1）涡流式（电感式）其组成结构如图所示，扭杆用于连接输入轴和输出轴，输入轴上花键凸起由磁性物质制成，输出轴套为非磁性材料的导体，上有两排窗口，套在输出轴外侧，当有扭矩作用于输入轴时，窗口与花键凸起可以相对转动。在轴套外窗口的对应位置处有两个通有高频交流电的线圈，线圈的输出电路与电路板连接。这种传感器是非接触式扭矩传感器。相关知识9工作原理当转动方向盘时，连接输入和输出轴的扭杆了生扭曲，使得输入和输出轴相对转动，从而输入轴的窗口和输出轴的凸起位置相对变化，输入和输出之间的磁场发生变化，引起两高频线圈的电场变化，线圈把这一电场变化转变成电信号传送给电路板，经电路板电路进一步处理后送给电控制单元。相关知识10（2）霍尔式如图7－4所示，在转向力矩传感器上，转向输入轴和转向机构主动齿轮是通过一根扭力杆连接起来的。转向输入轴上有个16极环形磁铁(8个极对)，该磁铁与转向输入轴一同转动。转向机构主动齿轮上有两个定子，每个定子有8个齿，定子与转向机构主动齿轮一同转动。在初始位置时，定子上的这些齿正好位于环形磁铁上相应的南极和北极之间。霍尔传感器与壳体刚性连接，不随着转动。相关知识11该传感器工作时是非接触式的，它采用磁阻效应原理来工作。定子1和定子2之间磁通量强度和方向就是转向力矩的直接量度，由两个霍尔传感器（冗余布置）来测量。转矩传感器在零位时，定子1和定子2的齿正好位于两磁极之间。所以这两个霍尔传感器输出电压为2.5V，这表示转矩为零，如图7－5a所示。如果定子1的8个齿正好在环形磁铁的北极上，同时定子2的8个齿正好在环形磁铁的南极上，那么传感器就是在最大位置上了。两个定子之间会建立起磁场，霍尔传感器会侦测到这个磁场并将其转换成电信号。如果霍尔传感器A输出4.5V这个最大电压，那么霍尔传感器B就输出0.5V这个最小电压。如果方向盘转动方向与此相反，那么霍尔传感器A输出0.5V，而霍尔传感器B输出4.5V,如图7－5b所示a)零位置信号b)最大位置信号相关知识12相关知识132.转向角传感器转向角度指示驾驶员驾驶方向，它安装在转向柱与方向盘之间，用于转向盘的直线校正、自动回位等功能。该传感器也常应用于电子稳定程序系统（ESP）、主动前转向（AFS）和自适应前照灯（AFL）等系统中。相关知识14（1）磁阻型转向角传感器该传感器根据游标原理制成，它在刚开始电时就可以确定转角的大小，不需要静态电流。其结构如图7－6所示，主要由三个齿轮组成，中心齿轮装于转向柱上，代表转向角

，两个小齿轮相差1至2个齿，每个小齿轮上有一个磁铁，磁铁附近有感应传感器记录磁铁转动圈数。两齿轮由于齿数不同，一个齿轮比另一个转的快，两个齿轮测量角度值的信号特点如图7－7所示。这种传感器可记录多达4圈的转各盘转角。图7－6磁阻型转向角传感器图7－7磁阻型转向角传感器信号相位相关知识15（2）光电式转向角传感器转向角传感器的基本组件如图7－8a所示，带有两个编码环的编码盘（编码盘与转向盘一起转动）和光电耦合对（一个光源和一个光敏传感器），编码盘有两个环组成，外侧的叫绝对环，内侧的叫相对环。相对环分成5个扇区，每个扇区为72°，由光电耦合对来读取。该环的扇区上都穿有孔。同一块扇区上的这些孔的间距是相同的，但是不同扇区上的孔距是不同的。这就形成了扇区编码。绝对环确定角度，角度由6组光电耦合对来读取。该转向角度传感器可以识别1044°的转向角。它会把角度值加在一起，因此在超过了360°标记时，它就会识别出方向盘转一整圈了。该转向角度传感器的结构，使之能识别方向盘转2.76圈，如图7－8b所示。相关知识16相关知识173.转向助力电动机奥迪轿车电动机械式助力转向电机为三相永磁式无刷直流电机，如图7－9所示，其内有转子和定子组成。转子是一个有6极环形稀土磁铁，6极环形磁铁的磁向采用斜向布置，可提高工作平稳性。稀土磁铁的转子磁场强度高，电机效率，体积小。定子有9个线圈和9个片组构成。相关知识18转向助力电动机工作原理，定子线圈分为三组，通入电流时产生磁场，磁场的方向是由线圈通入电流方向确定的，如线圈A通入电流从A1流向A2时，A1朝向转子方向的磁极为S极，A2朝向转子方向的磁极为N极，当反向通电时，产生的极性相反；当转换到B线圈通电，电流从B1流向B2时，B1产生S极，B2产生N极，则转子在B线圈的磁场吸引作用下产生顺时针转动，如此顺序给三个线圈连续通电流，则转子就会连续不断地顺时针转动；相反顺序通电时，转子就会逆时针转动。相关知识19电机的控制原理各项线圈通电流顺序的转换是由晶体管实现的，晶体管采用的是金属氧化物半导体场效应晶体管，该晶体管可快速实现大电流切换，产生热量小。其控制电路如图所示，例如晶体管1和6工作，则线圈1和2能入了电流；当转换为晶体管3和4工作时，则线圈1和2被反向通入电流，产生的磁极极性与原来相反，因此通过的控制各晶体管的导通及对通电时间（脉宽）就可调节电机的转向、转速及转矩。晶体管的导通转换必须与转子磁场位置同步，因此需要转子位置传感器。相关知识204.电机转子位置传感器转子位置传感器用于探知转子的位置。控制单元必须知道转子的准确位置，以便去计算出环绕的定子磁场所需要的相电压（电子传感器控制的整流）。转子位置传感器测得的值也可以用于确定转向止点。为了避免硬的机械式止点，通过电动机械式转向机构可以实现“软的”止点。位置传感器有旋转变压器式和霍尔式。旋转变压器式位置传感器如图7－11所示。相关知识21转子上有一个盘，它是用透磁通的金属制成的，像凸轮盘。该盘被一个固定在壳体上的电磁线圈环所包围着，电磁线圈环为定子。该线圈环由三个单线圈构成，其中一个线圈起着励磁线圈作用，另两个是作为接收线圈使用。励磁线圈通上正弦曲线的励磁电压。励磁线圈周围产生的交变磁场作用到转子盘上，转子盘将励磁线圈产生的交变磁场的磁通引向接收线圈。于是在接收线圈内就感应出一个交变电压，该电压与转子盘的位置成一定比例，与励磁电压是有相位差的。相关知识22（4）减速机构减速机构的作用是降低转向助力电机的转速，并增加转矩传给转向系统。其结构根据转向助力电机的布置形式有所不同，转向柱助力式常用蜗轮蜗杆式的减速器，其结构如图7－12所示。减速器的蜗杆与电机轴连接，蜗轮与转向轴连接，助力电机产生的扭矩经蜗杆蜗轮减速增扭后传给转向柱。齿蜗轮蜗杆式减速机构为可逆式，即蜗轮也可以驱动蜗杆转动，因齿取消离合器装置相关知识23橡胶连轴器橡胶连轴器装在涡杆和电机轴之间，防止电机过载，并补偿安装误差相关知识24(5)电子控制单元电子控制单元的工作模式主要有：正常模式：根据转向输入信号和车速信号，提供转向助力功能。返回模式：完成转向助力后，根据转向盘位置信号，自动返回直线行驶状态。减振控制模式：在汽车高速行驶时，能提高路感，抑制反冲。保护模式：当转向盘长时间转向到某个方向不动时，可防止电子组件过热和过电流。相关知识25（6）系统电路如图7－14所示为马自达轿车的电动动力转向电路图。动力转向控制单元与其它相关控制单元通过CAN数据线进行通迅，扭矩传感器、EPS助力电机及电机位置传感器与电子控制单元集成转向柱上，电源由电池直接供电和通过点火继电器供电。相关知识26四、电子控制四轮转向系统（4WS）汽车行驶时，四轮转向系统可以让汽车的前轮和后轮同时发生偏转。高速转向时，后轮将与前轮同向偏转，可提高转向的响应性，同时车身的角运动相对减少，乘坐舒适性好。低速转向时后轮将与前轮反向偏转，可改善在掉头行驶和停车入库等工况下的机动性,如图7-15所示。后轮转向角度很小，一般不超过5度。相关知识271本田汽车电动式电控四轮转向系统1)系统构造与组成图7-16所示是在本田汽车上采用的电动式电控四轮转向系统。四轮转向控制ECU利用转向盘转角、车速和前轮转向角传感信息控制后轮转向角。当车速低于29km/h转向时，后轮向相反方向偏转，在车速为零时的最大转角为6°，在29km/h时后轮转向角接近为零;当车速大于29km/h时，在转向盘200°转角以内后轮的转向角与前轮的一致，转向盘转角大于200°时，后轮开始向相反方向偏转。当车速提高到29km/h,并转动转向盘100°角度时，后轮将向相同方向偏转大约1。;当转向盘转动500°角度时，后轮将向相反方向偏转大约1。。相关知识28(1)后轮转向执行器。后轮转向执行器的组成包括一个通过循环球螺杆机构的电动机、后轮转向传感器、回位弹簧等。执行器在结构上作为后轮转向横拉杆的一部分，两端的拉杆与后轮转向节臂相连。当电动机受ECU控制时，即可通过循环球螺杆产生轴向推力，克服复位弹簧的弹力带动后轮转向。(2)后轮转向角度传感器。后轮转向角度传感器为霍尔式，通过检测循环球螺母上的电磁转子转动情况感知后轮偏转角度;(3)前轮转角传感器。转向盘转角传感器又称为前轮主转角传感器，它为霍尔式，装在组合开关下方的转向柱上。(4)车速传感器。与ABS系统共用的两只电磁式后轮速传感器向ECU提供交变电压信号，供ECU判定车速。相关知识292奥迪汽车电动电控四轮转向2019年奥迪A8四轮转向系统组成如图7-18所示。后轮转向传动机构装有机电动力转向单元，该单元通过两侧的拉杆分别与两侧后轮毂铰接，该单元装有后轮转向控制模块J1019,四轮转向系统由传动系统控制模块J775控制工作，系统中其它相关模块进行的功能拓展。相关知识30后轮转向执动机构为后轮机电动力转向单元如图7-19所示，其内由电机通过齿轮驱动滚珠螺母，使传动轴轴向移动，再带动拉杆转动两侧后轮轮毂转动实现后轮转向相关知识31如图7-20所示，显示了主要输入和输出信息，以及转向调节过程中处于活动状态的控制模块。操作软件安装在传动系统控制模块J775中。所需的转向角度主要基于给定的驾驶情况（车辆动力学），驾驶员的输入以及当前的奥迪驾驶选择模式。该系统还考虑了当前是否激活了任何相关的驾驶员辅助系统。1.电控系统检修32任务实施33任务实施。34任务实施。2.马自达阿特兹轿车电动动力转向系统电机的拆装马自达阿特兹轿车电动动力转系统分解如图7－21所示。（1）拆卸1）断开扭矩传感器连接器（EPSCM侧）。2）拆下EPSCM。35任务实施。（2）安装1）将隔套和橡胶垫安装至转向柱。2）安装EPSCM，这样EPSCM(转子)的突出位置就和橡胶垫的凹槽位置接合到一起如图7