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单元三电子控制转向系统的检修主讲教师：屈亚锋、张立新、王思霞学习情境•一辆一汽大众速腾轿车进厂修理，客户反映该车在行驶中转向沉重、助力失效。经维修技师检查，汽车轮胎、前桥、车架及悬架装置等技术状况良好，故障可能出现在电控动力转向系统，需对汽车电子控制转向系统进行检修及调整。单元三主讲内容•生产任务•相关知识•课堂讨论•相关技能•小组工作•思考题生产任务电控转向系统助力不足或失效故障检修１、工作对象•待检修装备电控动力转向系统的车辆１台。２、工作内容（１）领取所需的工具，做好工作准备。（２）检查电控转向系统的工作。（３）拆卸、检查电控转向系统主要零部件并进行检测，分析检测结果，制订修复方案。（４）安装电控转向系统零部件，确定系统工作正常。（５）检查、评价工作质量。（６）整理工具，清洁工作场地。３、工作目标与要求（１）学生应以小组工作的方式，完成本项工作任务。（２）学生应当能在小组成员的配合下，利用汽车维修手册（或实训指导书）制订工作计划，实施工作计划。（３）能通过阅读资料和现场观察，辨别所检修电控转向系统的结构类型。（４）能认识所检修电控转向系统的零部件，口述电控转向系统的工作原理和各零部件的作用。（５）能向客户解释所修车辆电控转向系统故障原因和修复方案。（６）能按规范的步骤，完成电控转向系统主要零部件的拆卸和安装。（７）在工作过程中，注意工作安全，做好废料的处理，保持工作环境整洁。相关知识3.1液压式电控动力转向系统3.2电动式动力转向系统3.3电控机械式助力转向系统•普通动力转向系的助力特性是不变的，且与车速无关，这会导致停车及低速时，转向盘操纵沉重，中速时较轻快，当车速增高时更加轻快。如果考虑停车及低速时的轻便性，则使高速时操纵力过小，路感下降，易出现转向过度。反之会使停车及低速时操纵力过大，转向沉重，效率下降。为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最佳值，必须采用更先进的电子控制动力转向系统（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ，简称ＥＰＳ）。电子控制动力转向系可分为液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统两类。3.1液压式电控动力转向系统•液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了电子控制装置而构成的，根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏控制式三种形式。3.1.1流量控制式ESP•这是一种根据车速传感器信号调解动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入输出流量，以控制转向力的方法。１、ＬＳ４００轿车的流量控制式ＥＰＳ•如图３—１所示，流量控制式转向系统主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向油泵和电子控制单元等组成。２、蓝鸟轿车的流量控制式ＥＰＳ•图３—２所示为蓝鸟轿车的流量控制式动力转向系统，它是在一般液压动力转向系统上再增加了旁通流量控制阀、车速传感器、转角速度传感器、电子控制单元和控制开关等部件。在转向油泵与转向器之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通流量控制阀。•图３—３所示为流量控制式动力转向系统的构成。3.1.2反力控制式ＥＰＳ１、基本组成•如图３—４所示为反力控制式动力转向系统的组成，主要由转向控制阀、电磁阀、分流阀、转向动力缸、转向油泵、储油罐、车速传感器和电子控制单元组成。２、工作原理（１）汽车静止或低速行驶时。如图３—８所示，汽车在低速范围内运行时，ＥＣＵ输出一个大的电流，使电磁阀的开度增加，由分流分出的液体流过电磁阀回到储油罐中的流量增加。油压反力室的压力减小，柱塞推动控制阀杆的力减小，因此只需要较小的转向力就可使扭杆扭转变形，使阀体与阀杆发生相对转动而使控制阀打开，油泵输出油压作用到动力缸右室（或左室），使动力缸活塞左移（或右移），产生转向助力。（２）汽车中、高速行驶时。如图３—９所示，此时转向盘微量转动时，控制阀杆根据扭转角度而转动，转阀的开度减小，转阀里面的压力增加，流向电磁阀和油压反力室中的液流量增加。当车速增加时，ＥＣＵ输出电流减小，电磁阀开度减小，流入油压反力室中的液流量增加，反力增大，使得柱塞推动控制阀杆的力变大。液流还从量孔流进油压反力室中，这也增大了油压反力室中的液体压力，故转向盘的转动角度增加时，将要求一个更大的转向操纵力，使得在中高速时驾驶员可获得良好的转向手感和转向特性。（３）中高速直行状态。车辆直行时，转向偏摆角小，扭杆相对转矩小，控制阀油孔开度减小，控制阀侧油压升高。由于分流阀的作用，使电磁阀侧油量增加。同时，随着车速的升高，通电电流减小，通过电磁阀流回油箱的阻尼增大，油压反力室的反力增大，使柱塞推动控制阀阀杆的力矩增大，转向盘手感增强。3.1.3阀灵敏度控制式ＥＰＳ•阀灵敏度控制式ＥＰＳ根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制油压的方法。这种转向系统结构简单、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，可以获得较好的转向手感和良好的转向特性。•阀灵敏度控制式ＥＰＳ主要由转子阀、电磁阀、车速传感器及ＥＣＵ等组成，如图３—１０所示。3.2电动式动力转向系统•电动式动力转向系统（ＥＰＳ）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电动机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。另外该系统由于利用微机控制，为转向系统提供了较高的自由度，同时还降低了成本和重量。3.2.1基本结构和工作原理•电动式动力转向系统的基本组成如图３—１２所示，主要由转矩传感器、转角传感器、车速传感器、电动机、电磁离合器、减速机构、电子控制单元等组成。•电动式动力转向系统的基本原理是根据汽车行驶速度（车速传感器输出信号）、转矩及转向角信号，由ＥＣＵ控制电动机及减速机构产生助力转矩，使汽车在低、中和高速下都能获得最佳的转向效果。3.2.2主要部件的结构及工作原理１、转矩传感器•转矩传感器的作用是检测驾驶员作用在转向盘上的转向力矩、转向方向等参数，并将其转变为电信号输送给ＥＣＵ，以作为电动助力的依据之一。•转矩传感器的结构、原理如图３—１４所示。２、电动机•转向助力电动机就是一般的永磁电动机，电动机的输出转矩控制是通过控制其输入电流来实现，而电动机的正转和反转则是由电子控制单元输出的正反转触发脉冲控制。图３—１５所示为一种比较简单实用的正反转控制电路。•ａ１、ａ２为触发信号端。从电子控制单元得到的直流信号输入到ａ１、ａ２端，用以触发电动机产生正反转。当ａ１端得到输入信号时，晶体管Ｔ３导通，Ｔ２管得到基极电流而导通，电流经Ｔ２管的发射极和集电极、电动机Ｍ、Ｔ３管的集电极和发射极搭铁，电动机有电流通过而正转。当ａ２端得到输入信号时，晶体管Ｔ４导通，Ｔ１管得到基极电流而导通，电流经过Ｔ１管的发射极和集电极，电动机Ｍ、Ｔ４管的集电极和发射极搭铁，电动机有反向电流通过而反转。控制触发信号端的电流大小，就可以控制电动机通过电流的大小。３、电磁离合器•图３—１６所示为电磁离合器的结构。当电流通过滑环进入离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传给执行机构。４、减速机构•目前使用的减速机构有多种组合方式，一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式，也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式，如图３—１７所示。５、电子控制单元ＥＣＵ•电动动力转向ＥＣＵ的基本组成如图３—１８所示。3.3电控机械式助力转向系统•电控机械式助力转向系统装备于一汽大众宝来、高尔夫、速腾及上海大众途安等车型中。与传统的液压转向器相比，电控机械式助力转向系统具有许多优点：它可以协助驾驶员行车，并减轻身体和心理负担；同时，它仅在需要时进行工作，也就是说，只有当驾驶员需要转向助力时，它便会自动提供帮助；此外，转向助力与车速、转向力矩和转向角等有关。3.3.1系统组成•带双小齿轮的电动机械转向助力系统如图３—１９所示。转向系统的部件主要包括转向盘、带转向角度传感器的组合开关、转向柱、转向力矩传感器、电动机械转向助力器电动机、转向器、转向辅助控制单元等。3.3.2控制原理•转向助力是通过一个控制单元永久程序存储器中的特性曲线组来进行控制的。•图３—２１所示为ＧＯＬＦ２００４中８种特性图中的一种，根据车辆荷载不同，又分为轻重两部分特性曲线。•电子助力转向系统转向过程的控制原理如图３—２２所示。工作过程如下：①驾驶员转动转向盘；②转向盘上的扭矩转动转向器上的扭转棒，转向力矩传感器Ｇ２６９探测到转动，并将测得的转向力矩发送给控制单元Ｊ５００；③转向角度传感器Ｇ８５发送当前的转向角信号，转子转速传感器发送当前的转向速度信号；④控制单元根据转向力矩、车速、发动机转速、转向角和转向速度，以及在控制单元中设置的特性曲线，确定需要的助力扭矩，并控制电动机转动；⑤转向助力是通过驱动齿轮来完成的，驱动齿轮由电动机驱动，电动机通过蜗轮传动并驱动小齿轮作用到齿条上，从而传送助力转向力；⑥转向盘扭矩和助力扭矩的总和是转向器上引起齿条运动的有效扭矩，该扭矩驱动齿条实现转向。１、停车时的转向过程•停车时转向控制过程如图３—２３所示。２、市区行驶时的转向过程•市区行驶时转向控制过程如图３—２４所示。３、高速公路行驶时的转向过程•高速公路行驶时转向控制过程如图３—２５所示。４、转向助力的主动回位•转向助力的主动回位控制如图３—２６所示。５、正前行驶修正•正前行驶修正是由主动回位形成的一种功能，这时将产生一个助力扭矩，可使车辆回到无扭矩的正前行驶位置。它可以分为暂时算法和长时算法。（１）长时算法：其任务是补偿长期存在的正前行驶误差。例如：从夏季轮胎更换到新使用的（旧的）冬季轮胎时出现的误差。（２）暂时算法：利用暂时算法可以修正短时的误差。这样可以减轻驾驶员的负担。例如：当遇到持续侧风而必须进行持续的“补偿转向”时。•正直行驶修正控制如图３—２７所示。其工作过程如下：①持续侧面作用力，如侧风等施加在车辆上；②驾驶员转动转向盘，使车辆保持在正前行驶方向上；③控制单元通过分析转向力矩、车速、发动机转速、转向角、转向速度和控制单元中设定的特性曲线，计算出正前行驶修正所需要的电动机扭矩，控制电动机动作；④汽车回位至正前行驶位置，驾驶员不再需要“补偿转向”。3.3主要元件•电子助力转向系统的工作原理如图３—２８所示。１、转向角度传感器Ｇ８５•转向盘转向角度传感器Ｇ８５安装在复位环的后面，与安全气囊的滑环安装在一起。它位于组合开关和转向盘之间的转向柱上。转向角度传感器Ｇ８５通过ＣＡＮｂｕｓ数据总线，向转向柱电子装置控制单元Ｊ５２７提供信号，以便测算转向角。在转向柱电子装置控制单元中，设有电子系统，用于分析转向角度传感器Ｇ８５输送的信号。•当转向角度传感器Ｇ８５失灵时，紧急运行程序立即被启动。缺损的信号被设置成一个替代值。此时，转向系统完全保持转向助力，但设置在组合仪表中的带有转向盘符号的警告灯Ｋ１６１会以黄色点亮显示。•转向角度传感器Ｇ８５的结构和工作原理如图３—２９所示。２、转向扭矩传感器Ｇ２６９•转向扭矩传感器Ｇ２６９的结构如图３—３１所示。利用转向扭矩传感器Ｇ２６９，可以直接在转向小齿轮上计算转向盘扭矩。该传感器以磁阻的功能原理工作。它被设计成双保险（备用），以保证获得最高的安全性。•转向扭矩传感器的工作原理如图３—３２所示。在扭矩传感器上，转向柱和转向器通过一根扭转棒相互连接。在连接转向柱的连接件外径上，装有一只磁性极性轮，在其上面被交替划分出２４个不同的极性区。每次分析扭矩时，使用两根磁极。辅助配合件是一只磁阻传感元件，它被固定在连接转向器的连接件上。当操作转向盘时，两只连接件会根据施加的扭矩做相对转动。由于此时磁性极性轮也相对于传感器元件旋转，因此可以测量施加的转向扭矩，并将其信号发送给控制单元。３、转子转速传感器•转子转速传感器是电动机械转向助力器电动机Ｖ１８７的一个组成元件。从外部无法接触到它。转子转速传感器是根据磁阻功能原理工作的，在结构上与转向力矩传感器Ｇ２６９相同。它探测到电动机械转向助力电动机Ｖ１８７的转子转速，并将转速信号反馈给控制单元Ｊ５００，以便其精确