豐田卡羅拉電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、豐田卡羅拉電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）一、 功能電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( EPS) 將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),能顯著改善汽車動態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境污染等。因此,該系統(tǒng)一經(jīng)提出,就受到許多大汽車公司的重視,并進行開發(fā)和研究。未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中, EPS 將成為主流。與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的突出優(yōu)勢體現(xiàn)在: 不轉(zhuǎn)向時不消耗功率,與液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,可降低燃油消耗3 %5 %; 改善車輛操縱性能,助力大小可通過控制單元中的軟件來控制,容易實現(xiàn)隨車速等的變化而變化; 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕;工作噪音小; 結(jié)構(gòu)比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡潔,無油泵、液

2、壓油、橡膠軟管、油罐等; 符合環(huán)保要求,車輛報廢時,不需處理液壓油、橡膠軟管等,也無液壓油的泄漏問題; 安裝簡化(特別對于發(fā)動機后置和中置的車輛,可節(jié)省裝配時間) 。二、 組成1、卡羅拉EPS由以下部件構(gòu)成(見下圖) :1) 轉(zhuǎn)向扭矩傳感器。它通過檢測彈性扭轉(zhuǎn)桿因方向盤的扭矩所產(chǎn)生的變形角度來測量方向盤操縱力矩,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柌⑤敵鲋罞PS ECU , ECU 據(jù)此決定對EPS馬達提供多大的電壓。這是轉(zhuǎn)向控制的重要信號。2) 轉(zhuǎn)向電機。裝于轉(zhuǎn)向管柱的中部,是助力轉(zhuǎn)向的動力來源。3) 減速裝置。采取與電機轉(zhuǎn)子內(nèi)殼配套的循環(huán)滾珠式減速機構(gòu),將電動機傳來的轉(zhuǎn)速降低,獲得更大的轉(zhuǎn)動扭矩,以便足以

3、驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向。4) 轉(zhuǎn)角傳感器。向EPS ECU 反饋轉(zhuǎn)向助力電機的轉(zhuǎn)角大小和轉(zhuǎn)向,便于EPS ECU 對整個轉(zhuǎn)向過程進行準(zhǔn)確控制。5) 齒條軸的外殼。6) 左右橫拉桿。7) EPS ECU 。2.轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)向扭矩傳感器包括分相器單元1 與分相器單元2 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(見圖2 、3) 。圖2 卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器裝配圖圖3 卡羅拉轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的分解圖1)轉(zhuǎn)子部分由上下兩層構(gòu)成,均裝有轉(zhuǎn)矩傳感器線圈。輸入軸和輸出軸由一根細金屬銷剛性連接成一體,轉(zhuǎn)子軸上方有連接用的銷孔(如圖3 所示) 。輸入軸由汽車方向盤直接驅(qū)動,再通過金屬銷、彈性

4、扭轉(zhuǎn)桿的傳遞來驅(qū)動輸出軸;輸出軸小齒輪推動齒條平移,驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪向左或向右轉(zhuǎn)向。2) 定子部分也有上下兩層線圈,分別對應(yīng)轉(zhuǎn)子的上下部分。定子線圈有2 種,分別是勵磁線圈和檢測線圈。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;檢測線圈用于檢測輸入、輸出軸的上下轉(zhuǎn)角差(轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩) ,向EPS ECU 輸送電信號,這個電信號是定子線圈上兩列正弦波的相位差(如圖4 所示) ,反映此時轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩大小。相位差越大,轉(zhuǎn)矩越大。圖4 檢測線圈的相位差3.轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理豐田卡羅拉轉(zhuǎn)角傳感器屬于電磁感應(yīng)式傳感器,它及時將轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向角度信號反饋給EPS ECU ,形成一個閉環(huán)控制

5、。這個傳感器轉(zhuǎn)子為凸臺式,轉(zhuǎn)子與助力電動機轉(zhuǎn)子連成一體,由圖5可見轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)與感應(yīng)凸臺。轉(zhuǎn)向傳感器的定子線圈呈圓環(huán)狀(圖5 中的轉(zhuǎn)角傳感器) ,裝在助力電動機定子線圈端面,感應(yīng)凸臺隨助力電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,通過電磁感應(yīng)原理,檢測出助力電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。4.助力電動機的電源由于目前汽車蓄電池的電壓只有12 V ,助力電動機的功率非常有限。為了提高轉(zhuǎn)向助力的力矩,豐田卡羅拉助力電機的電源為2734 V 的三相交流電壓。其EPS EUC 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2734 V 的電路完成。駕駛員操縱方向盤時,助力電動機會根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小自動

6、輸出2734 V 的可變電壓。三、 工作原理EPS是由EPS ECU 控制轉(zhuǎn)向電機工作來實現(xiàn)助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員打方向時,方向盤通過傳動軸的花鍵轂帶動轉(zhuǎn)向主軸(輸入軸) ,轉(zhuǎn)向主軸再通過金屬銷帶動彈性扭轉(zhuǎn)桿;彈性扭轉(zhuǎn)桿下端是小齒輪(輸出軸) ,小齒輪與轉(zhuǎn)向齒條嚙合產(chǎn)生動力輸出,驅(qū)動車輪向左或向右偏擺而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。與此同時,助力的過程也在進行,由于彈性扭轉(zhuǎn)桿比較細長,受到來自轉(zhuǎn)向主軸的扭矩時,很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,因此,輸入軸與輸出軸之間產(chǎn)生上下轉(zhuǎn)角差,扭矩越大轉(zhuǎn)角差越大;轉(zhuǎn)矩傳感器檢測轉(zhuǎn)角差大小并轉(zhuǎn)化為電信號輸給EPS ECU ; EPS ECU 根據(jù)轉(zhuǎn)矩大小輸出不同驅(qū)動電壓,以驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力電動

7、機產(chǎn)生助力,轉(zhuǎn)矩越大輸出的驅(qū)動電壓越高,驅(qū)動電壓在2734 V 變化。但當(dāng)駕駛員未打方向或車輛直線行駛時,助力電動機不運轉(zhuǎn),此時助力電動機的電壓為零。轉(zhuǎn)向助力電動機的電流由EPS ECU 控制,隨車速變化而變化, EPS ECU 根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩值及車速大小計算所需輸出電流并控制馬達運轉(zhuǎn)。由圖6可見,車速越高,轉(zhuǎn)向助力電機的電流越小;車速越低,轉(zhuǎn)向助力電機的電流越大。因此,轉(zhuǎn)向助力的大小由兩個因素決定,即方向盤輸入扭矩與車輛的行駛速度。電動助力系統(tǒng)的控制:當(dāng)車輛速度低時,轉(zhuǎn)向沉重,這時需要大的助力。由于車速低, EPS ECU供給助力電動機大的電流;另一方面方向盤沉重,彈性扭轉(zhuǎn)桿變形大,轉(zhuǎn)角差大,

8、 EPS ECU 供給助力電動機高的電壓,因此,助力電動機提供大的助力。車速高時,轉(zhuǎn)向輕便,這時需要小的助力,增加駕駛員轉(zhuǎn)向的路感。由于車速高, EPS ECU 供給助力電動機小的電流;另一方面方向盤輕便,彈性扭轉(zhuǎn)桿變形小,轉(zhuǎn)角差小, EPS ECU 供給助力電動機低的電壓,因此,助力電動機提供小的助力。通過電動助力,達到理想的轉(zhuǎn)向控制。從圖6 虛線部分可以看出, 轉(zhuǎn)向力矩曲線不是單一的。轉(zhuǎn)向助力輸出電流一定時,對應(yīng)不同曲線得到不同的轉(zhuǎn)向力矩,這因為驅(qū)動電壓不是固定的,它隨方向盤轉(zhuǎn)向力矩變化而變化;同樣,轉(zhuǎn)向力矩一定時,對應(yīng)不同曲線得到不同的轉(zhuǎn)向助力輸出電流,原因是驅(qū)動電壓因素在起作用。轉(zhuǎn)向助

9、力電動機動力傳給轉(zhuǎn)向齒條的原理:由圖7 可見,轉(zhuǎn)向助力電動機的轉(zhuǎn)子是空心的,它通過滾珠與齒條軸相嚙合。當(dāng)轉(zhuǎn)向助力電動機轉(zhuǎn)動時,它的轉(zhuǎn)子只能左右轉(zhuǎn)動,而不能軸向移動,因此,轉(zhuǎn)向助力電動機轉(zhuǎn)動時驅(qū)動滾珠迫使齒條軸向左或向右移動。在這個過程中,循環(huán)滾珠式減速機構(gòu)起到減速增扭的作用,將轉(zhuǎn)向助力電動機傳來的速度減慢、轉(zhuǎn)動扭矩放大。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(車輛低速時,后者遠大于前者) ,轉(zhuǎn)角傳感器反饋轉(zhuǎn)向助力電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小與轉(zhuǎn)向方向,以便EPS ECU 對轉(zhuǎn)向控制作及時修正。當(dāng)方向盤保持在某一轉(zhuǎn)向位置時,由于不再打方向,車輪要克服的路面轉(zhuǎn)向阻力消失,彈性扭轉(zhuǎn)

10、桿被釋放,在彈力作用下慢慢恢復(fù),彈性扭轉(zhuǎn)桿上下不再存在轉(zhuǎn)角差,ECU 不再提供轉(zhuǎn)向助力。車輛保持在轉(zhuǎn)向位置是靠駕駛員把住方向盤來維持的。圖7 卡羅拉EPS轉(zhuǎn)向齒輪單元的結(jié)構(gòu)四、 檢測與維修方法1扭矩傳感器電路檢測    （a）電路圖如圖所示。   （b）將點火開關(guān)置于ON（IG）位置。   （c）根據(jù)表1的值測量電壓。    2三相無刷電動機電路檢測    （a）電路圖如圖所示。（b)從助力轉(zhuǎn)向ECU上斷開連接器。（c）根據(jù)表2的值測量電阻。&#

11、160;   3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始化和校準(zhǔn)    有下列情形的需執(zhí)行EPS系統(tǒng)的初始化和校準(zhǔn)：    1更換轉(zhuǎn)向柱總成；    2更換EPS ECU；    3左、右轉(zhuǎn)向助力有差異；    具體操作步驟如表3。五、 注意事項動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各總成機件在出廠前均調(diào)整合適，用戶不得隨意拆卸。但若在使用中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重故障，經(jīng)檢查確由動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成而必須拆卸時，應(yīng)注意如下幾點： 要遵守操作規(guī)程，按各車型維護手冊規(guī)定的方法拆裝。拆裝時要認真細致，不能碰傷、劃傷零件的工作表面。( 要保護好密封件，如0形與矩形橡膠密封圈、油封、減磨護圈等。必要時要用專用工具拆裝。特別是橡膠密封圈不允許劃傷和擠傷工作表面，否則將影響密封效果。 管路、油泵、動力缸、分配閥等液壓機件拆卸后，必須用專用堵塞(橡膠的、塑料的或木質(zhì)的)及時將各油孔堵住，以免泥沙、鐵屑等進入工作表面。( 裝配液壓機件時，應(yīng)特別注意清潔，不允許金屬屑、泥沙、紗頭等落入配合表面。條件許可時，最好在有防塵設(shè)備的工作間進行裝配。裝配前，