豐田銳志電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向剖析

1、豐田銳志電動(dòng)助力（圖）新款銳志乘用車裝備的是目前較新型的電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置?，F(xiàn)代汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向，有液壓式和電動(dòng)式兩種類型，絕大多數(shù)汽車采用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以在現(xiàn)代汽車上使用日益增多。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向有兩種基本形式，即電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。銳志乘用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)由電機(jī)提供動(dòng)力。該電動(dòng)轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)含量較高。本文對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本原理及其常見故障進(jìn)行分析，希望對(duì)同行能有所幫助。汪貴行1962年畢也于江西師范大學(xué)物理系，1988年被授予高級(jí)工程師職椰小他長年在汽車維修第一線工作19鴕年試制汽車后動(dòng)硅整流電源設(shè)備W5年參與成制低溫鍍鐵電源門978年

2、制作四變式底盤測功儀，曾在江西省科學(xué)大會(huì)上獲獎(jiǎng):1984年起被派澧到伊拉克、 也門等多個(gè)阿拉啟國家擔(dān)任汽車及工程機(jī)，械的電氣工程師多年1995年起在深圳華日五辜公五汰事切代汽車技術(shù)培出h19髓年起任深圳市電臺(tái)交通臺(tái)的長年特約技術(shù)嘉賓， 負(fù)貢深圳市汽車維修技能鑒定所工作.擔(dān)任現(xiàn)代汽車維修技師和高級(jí)技師的指導(dǎo)老師口唇長將汽車新技術(shù)與維修實(shí)踐相結(jié)合，解決電控技術(shù)實(shí)際故障曾在汽車電器人汽車技術(shù)，國際智能交通，現(xiàn)代汽車香港等多種雜志發(fā)表技術(shù)文章口2002年主編汽車檢測技師培WI教材）,好交通部科教司等審定巳出版今銳志乘用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)向控制單元控制轉(zhuǎn)向電機(jī)工作來實(shí)現(xiàn)助

3、力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（如圖 1 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(shí)，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(shí)行駛的車速和一定的設(shè)計(jì)要求，計(jì)算由所需要的轉(zhuǎn)向助力。而所需的轉(zhuǎn)向助力是通過調(diào)整電機(jī)的電壓和電流來實(shí)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(dòng)助力之和（后者遠(yuǎn)大于前者）。電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)直接使用電源，它不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)力，故不會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而比傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)省燃油。圖 1 銳志乘用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的主要部件該電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括：由方向盤直接驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩傳

4、感器，具下部的小齒輪驅(qū)動(dòng)齒條；轉(zhuǎn)向電機(jī)，裝于轉(zhuǎn)向管柱的中部；減速裝置，采取與電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向；齒條軸的外殼及左右橫拉桿。具結(jié)構(gòu)如圖 2 2 所示。1 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)向小齒輪的輸曲軸上。（1 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 2 所示）。輸入軸和輸由軸是由一根細(xì)金屬銷連接成一體，轉(zhuǎn)子部分上方有銷孔（如圖 3 3 所示）。輸入軸和輸由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(dòng)。具下層轉(zhuǎn)子帶動(dòng)小齒輪推動(dòng)齒條的平移，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)向。圖 2

5、 銳志電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)扭矩傳感器燎應(yīng)線圖電子助力轉(zhuǎn)向機(jī)總戌圖 3e 矩情感器的分解納溝轉(zhuǎn)向扭矩傳感器的上層部分由方向盤直接驅(qū)動(dòng)，由于下端沒有負(fù)載，所以它的轉(zhuǎn)動(dòng)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(xì)扭桿驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致下層轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)量相對(duì)較小，這就造成上、下層轉(zhuǎn)子在機(jī)械上會(huì)產(chǎn)生相對(duì)角位移差。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，在不同的道路條件遇到不同的轉(zhuǎn)向阻力時(shí)，輸入軸與輸曲軸這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩大小相應(yīng)的角度差。（2 2）定子部分亦有上下兩層線圈，分別對(duì)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(lì)磁線圈和檢測線圈（如圖 4 4 所示），其上共有七根不同顏色的細(xì)

6、導(dǎo)線與外界聯(lián)系。其勵(lì)磁線圈對(duì)轉(zhuǎn)子部分的線圈通過電磁感應(yīng)起勵(lì)磁作用；檢測線圈則將輸入、輸由軸的上下角差（轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩）檢測由來，向電子控制單元輸送電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)是以定子線圈上的兩列正弦波的相位差，反映此時(shí)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩大小。2,2,助力電機(jī)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(jī)及減速器（如圖所示）。助力電機(jī)為無電刷的三相交流電機(jī)，定子線圈為三相雙星形連接（如圖 5 5 所示），電機(jī)轉(zhuǎn)子是強(qiáng)永磁式的。此電機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，便于汽車行駛時(shí)靈活的變轉(zhuǎn)向操作。該電機(jī)的改變旋轉(zhuǎn)方向極方便，只是將三相電源任意兩相間進(jìn)行換接即能實(shí)現(xiàn)迅速的轉(zhuǎn)向助力操作。而且此電機(jī)具有低噪聲、高

7、轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)， 能克服行駛各種道路時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力， 進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)向操作。圖 5 轉(zhuǎn)向電機(jī)的雙星影繞纜線朋供給助力電機(jī)的電源為 272734V34V 的三相交流電壓。此電動(dòng)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(chǔ)能線圈，由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)為272734V34V 的電路完成。當(dāng)駕駛員操縱方向盤時(shí),則會(huì)自動(dòng)根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力大小，輸由 272734V34V 之間的可變電壓；當(dāng)駕駛員未打方向或車輛直線行駛時(shí)，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)的電壓為0 0。(3)(3)通過控制助力電機(jī)的電流，來控制轉(zhuǎn)向助力的大小。電動(dòng)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(hào)，并且根據(jù)轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)

8、據(jù)判斷當(dāng)前車輛行駛狀況，決定施加給轉(zhuǎn)向電機(jī)的助力電流大小(如圖 6 6 所示)。轉(zhuǎn)向電機(jī)還有過熱保護(hù)功能，當(dāng)溫度超過規(guī)定值，為保護(hù)電源和電機(jī)不致過載，此時(shí)應(yīng)限制電機(jī)的助力電流，直至溫度下降規(guī)定的允許值為止。(4)(4)采用循環(huán)滾珠式減速機(jī)構(gòu)。為降低轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以獲得更大的力矩，采取了與電機(jī)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(gè)極光滑的槽內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)減速(如圖 2 2 所示)，將動(dòng)力傳遞給齒條軸作直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪左右擺動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向。由于鋼珠極小，在精細(xì)加工的導(dǎo)槽內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，故傳動(dòng)噪聲極微。3 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(jī)

9、的轉(zhuǎn)向角度信號(hào)輸生到控制單元。這個(gè)傳感器轉(zhuǎn)子為凸極式，轉(zhuǎn)子與電機(jī)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，檢測由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。在拆檢時(shí)不能單獨(dú)取下此轉(zhuǎn)角傳感器，只能通過解體轉(zhuǎn)向器總成時(shí)，才能拆檢。但可通過定子上的電路接插件進(jìn)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(hào)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(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)總成之間的電纜長度，可減小線路的電壓降。三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本工作原理1 1.轉(zhuǎn)向助力的控制信號(hào)流程轉(zhuǎn)向助力的控制信號(hào)流程如圖 7 7 所示。圖了轉(zhuǎn)向控制單元對(duì)控制信號(hào)的處理價(jià)程2 2 .轉(zhuǎn)向初始化的功能

10、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(shí)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)向的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)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)(1)用導(dǎo)線短接 TcTc 和底盤的搭鐵線 CGCG 端子，(2)(2)將點(diǎn)火開關(guān)接通；(3)(3)再用線短接 TsTs 和 CGCG 端子；(4)(4)在 2020s s 內(nèi)斷開/連接 TcTc 端子 2020 次；(5)(5)確認(rèn) P/SP/S 警告燈點(diǎn)亮；(6)(6)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，完成電氣初始化工作電動(dòng)轉(zhuǎn)向初始化接插件如圖 8 8 所示。圖 8 電動(dòng)轉(zhuǎn)向的初始化四、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1,1,可有效地提升全車的經(jīng)濟(jì)性電動(dòng)轉(zhuǎn)向只是在駕駛員操縱汽車轉(zhuǎn)向

11、時(shí)才消耗電力，而車輛9090 蛆上的行駛過程不需要轉(zhuǎn)向，不轉(zhuǎn)向時(shí)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(dòng)機(jī)的皮帶傳動(dòng)，即使汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，液壓泵亦運(yùn)轉(zhuǎn)，從而消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。有資料統(tǒng)計(jì)，兩者相比，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)油 3%3%2,2,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(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，而不受發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)向響應(yīng)和轉(zhuǎn)向力。3 3 .路感強(qiáng)、控制響應(yīng)快低速行駛時(shí)，電動(dòng)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

12、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(shí)能獲得更大的轉(zhuǎn)向助力。即使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還能照常工作，因此很適用于電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車。4 4 . .外圍結(jié)構(gòu)簡單整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置的質(zhì)量實(shí)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(hù)工作。五、銳志轉(zhuǎn)向沉重故障一例故障現(xiàn)象一輛 20062006 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(shí) P/SP/S 燈點(diǎn)亮（如圖 9 9 所示）。圖 9 銳志儀表盤 P/S 燈點(diǎn)亮故障診斷與排除讀取故障代碼為 C1525C1525、C1526C1526、C1528C1528。其含義是轉(zhuǎn)角傳感器初

13、始化未完成；以及電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器故障。維修資料指由，當(dāng)由現(xiàn) C1528C1528 故障代碼時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入失效保護(hù)狀態(tài),動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)停止工作。用豐田專用檢測儀 IT-IIIT-II 清除故障代碼,C1528C1528 可以清除,而C152SC1526C152SC1526 始終無法清除。 再對(duì)轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行初始化，結(jié)果檢測儀顯示初始化失敗，說明電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器確實(shí)存在故障。在拔下轉(zhuǎn)角傳感器接插頭時(shí)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有進(jìn)水的痕跡，線插已覆蓋了一層綠色的銅銹，由現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象。插頭進(jìn)水使傳感器信號(hào)發(fā)生短路，電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元接收不到角度傳感器信號(hào)，使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，轉(zhuǎn)向助力停止工作，控制單元同時(shí)記錄故障代碼 C1528C1528 故障排除非常簡單，清除插頭內(nèi)的水分和銅銹， 再用IT-IIT-II I對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行初始化，故障徹底排除。P/SP/S 燈不再點(diǎn)亮，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)方式，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大