引言隨著中國市場經濟的快速健康發展和我國人民生活物質水平的日益穩步提高，汽車的使用普及率也就會跟著越來越高，因此對關于汽車轉向控制系統等機械方面的基本認識是必要的。在今后的中國汽車行業中，汽車底盤轉向系統也將會不斷面臨新的技術發展和全新挑戰。然而，與生產使用和開發制造技術有關的一切創新技術，都只是原來技術基礎上的結構變化和技術革新。因此，熟悉對于汽車內部相關維修裝置的基本結構原理并對一些汽車故障原因進行基本分析，熟悉對于汽車的日常維修，有利于我們更好的應對未來我國汽車維修領域的快速發展。汽車的轉向控制系統是一種用來控制汽車行駛方向的一種裝置。汽車的安全轉向系統對人們如何保證駕駛和汽車的正常行駛安全起著非常重要的控制和指導作用，所以近年來應用于駕駛和汽車安全轉向系統的各個重要控制部件都被人們稱為汽車安全控制的核心部件。汽車轉向控制系統本身就是一個在駕駛和汽車安全中必須特別注意的重要控制系統。本文對汽車的機械轉向系統的原理進行總結，對其發展歷程進行分析，與之相關的故障進行了一個簡單的分析與探討，希望能借此機會學習汽車轉向系統的發展歷史和維修知識。無論是何種駕駛類型的車輛，轉向系統的設計和結構均為其重要的組成部分，駕駛車輛的安全性、舒適性及穩定性都會受到汽車轉向系統的影響。本文以新一代的奧迪a6汽車的轉向控制系統為主要研究的對象，就其轉向系統結構的基本特點及轉向控制系統設計和工作原理問題進行一些探討。并列舉轉向系統常見故障和維修的案例，通過對維修案例的分析和學習，，有利于我們更好的應對未來我國汽車維修領域的快速發展。2奧迪A6L主動轉向系統2.1主動轉向系統介紹奧迪A6L的轉向系統采用的是主動轉向系統，它解決了傳統轉向系統轉向傳動比恒定不可變的弊端，可以根據汽車行駛的速度來改變轉向傳動比。這不僅提高了汽車轉向時的響應速度，還能減少車輪在接近轉向極限時的作用力。所以，這種相對智能的轉向系統在提供了行駛舒適性的同時，也達到了汽車行駛安全性的要求。方向盤和轉向機直接相連是傳統轉向系統的普遍做法，這樣的一個設計導致車輪的轉角和轉向盤之間形成一個固定不變的角度。這樣轉動記得齒條再與主動齒輪咬合，就可以實現轉向，且傳動比曲線是單一的。但是在實際行駛中，汽車在不同路況和不同行駛速度時，固定的傳動比曲線無法很好的滿足這樣的需求。主動轉向系統通過附加的一套電動機械驅動裝置來驅動轉向機的主動齒輪，這樣系統可以同時滿足高速和低俗兩種形式狀態。當該系統故障的時候也不必擔心，因為仍然可以當作普通而轉向系統使用，并不會造成安全問題。主動轉向系統在一定條件下可以支持ESP的工作，因為汽車在臨界狀態下行駛的時候，主動轉向系統會干預汽車行駛狀態，前輪的回轉大小會被系統進行微調。由此可以產生以下優勢：（1）汽車在行駛過程中的穩定性會顯著提高，因為制動和轉向的介入。尤其是在汽車高速行駛的時候，車輛的主動安全性能得到了明顯的增強。（2）汽車在穩定過程中變得更舒適更平穩，因為在少數極端狀況下，可以放棄制動介入。減少制動的做法，會使得汽車在極端行駛狀態下更快的達到穩定狀態。2.1.1主要功能主動轉向系統會動態的計算出轉向角的大小，它會自動根據汽車的行駛速度和駕駛員轉動方向盤的轉角來計算。然后主動轉向系統的控制單元會利用電機驅動轉向機工作。車輪的轉向角度時駕駛員轉動方向盤角度加上轉向機的并行角度，并且并行轉角會動態的根據駕駛員施加的角度和車速變化。2.1.2附加功能（1）過度轉向車輛的ESP系統會在汽車轉向角度過大時，強力介入，往往在這個時候，由于車輛過度轉向，車尾甩動，駕駛員會來不及反應或者干脆沒有反應。主動轉向系統會自動實現對過度轉向的車輛進行反轉向，可以減少駕駛員的操作，提高了汽車行駛的穩定性，也同時減少了ESP系統介入的次數。（2）轉向不足如果車輛在路口轉彎時的轉向不夠，車輛會偏離原來的道路。這個時候駕駛員往往會突然加大轉向角度，導致汽車容易發生側滑的現象，這種情況容易造成車輛失控，造成無法預料的危險狀況。而通常這個時候，即使是ESP也起不到作用。如果汽車與主動轉向系統，在駕駛員突然施加大轉向角度時，主動轉向系統會施加一個反作用，避免了車輛因轉向角度過大而發生側滑失控。然后ESP系統再介入的時候，車輛就不會發生側滑，避免了交通事故的發生。（3）在不同摩擦系數的路面上制動有一種情況，當路面有部分積水或積冰，摩擦系數是不一樣的，車輛在這樣的路面上緊急剎車制動的時候，摩擦系數小的那一部分會側滑，駕駛員會緊急調整方向盤來彌補這個側滑。當車輛有了主動轉向系統的時候，系統會自動調整。不需要駕駛員來親自轉動方向盤彌補。也提高了汽車行駛的安全性。2.2主動轉向系統的原理結構轉向軸上部裝有一根空心轉向軸，這個空心軸獨立地在執行元件殼體內轉動（圖2-1）。這個空心軸由一個電機直接地驅動，為此電機的轉子在一側與空心軸連接在一起。空心軸的另一側與滾動軸承的內圈連接在一起，并且提供了一個偏心的軌道（圖2-2）。軸承的外圈是撓性鋼圈，軸承的內圈的偏心形狀可以轉移到外圈。杯形件通過松散的安裝在軸承的外圈上。柔性壁將導致形狀根據軸承的形狀而變形。由于杯形外齒的偏心度，它們與所有內齒圈的傳統內齒都不兼容。電動機運轉時，空心軸被驅動，軸承的內圈旋轉，因此偏心形狀隨之旋轉。由于在接合過程中杯形構件的齒數和齒輪的齒數分別為100和102，所以杯形構件的一個齒不能正確地將齒形接合在齒圈上。呈杯狀的構件的齒以這樣的方式在齒圈的側面上被壓下，即該側面交錯。在該側上的力導致小齒輪旋轉，在齒輪環連續旋轉期間，與其相連的方向盤旋轉。該過程可以使電動機速度和轉向齒輪之間的減速比達到約50：1。圖2-1空心軸圖2-2滾珠結構2.3系統控制元件（1）電機主動轉向系統在其穩定作用介入時，系統必須對運行條件的變化做出快速響應。因此，系統使用永久性勵磁的三相交流電動機。轉子和空心軸安裝在一起，并由8個帶有可變磁極的永磁體組成。定子由6個線圈組成，這些線圈布置在轉向柱的主體中，并由控制單元控制。（2）主動轉向鎖為了確保在系統出現故障時系統返回到其原始狀態，可以將主動轉向鎖機械地鎖定。在正常工況下，只要發動機關閉，控制單元就會停止向主動轉向鎖的線圈供電，并且在彈簧力的作用下，將主銷推入插槽以鎖定轉向。當啟動發動機時，控制單元將向主動轉向鎖的線圈供電，該線圈會解鎖主動轉向系統。（3）電機位置傳感器用于檢測空心軸的位置和軸承的偏心率。空心軸上有8個電磁線圈，磁場傳感器由3個元件檢測。因此，每當空心軸旋轉15o時，就會生成一個信號，并通過電線將其發送到控制單元。（4）基準傳感器 方向盤每轉1圈或者執行元件轉向器輸出軸每轉1圈，基準元件傳感器就可以輸出1個方波信號。這個信號用于評定轉向器的中間位置以及執行完成方向盤故障維修后的基準元件初始化。（5）ESP傳感器用于收集和測定控制車輛各方向的加速度控制信號。一輛裝備主動控制轉向的車輛上至少需要2個這樣的加速度傳感器，以用于安全校驗。ESP主動控制單元和主動轉向控制單元都需要這些加速度信號傳感器來控制車輛。2.4系統初始化我國的法律法規要求，方向盤和轉向機齒輪之間必須要有機械結構的連接，以保證汽車行駛的安全性。所以盡管時電動結構，在汽車關閉了主動轉向系統后，駕駛員還是可以用方向盤來轉動汽車方向。這么做的目的是為了防止電動系統萬一失靈后，駕駛員依然不會失去對汽車的控制。但是這樣的做法就造成了，每次啟動汽車的時候前輪轉角就不是系統所規定的轉角了，系統初始化的任務就是查明這兩個角的偏差，從而再次形成前輪正確的轉角。通過接收兩個傳感器信號來實現初始化，分別是電機位置傳感器和轉向角傳感器。轉向角傳感器傳送的是方向盤的角度和位置的信息，另一個傳感器傳送的是空心軸的位置信息，這兩個信息都傳送到主動轉向系統的控制單元，控制單元就可以計算出與規定值的偏差值從而進行修正。如果汽車出現非常嚴重故障的時候，主動轉向控制系統會無法在關閉的時候存儲相關傳感器信息，這種情況下，會使用另外一種特別的初始化規程。這時候初始化就不再使用轉向角傳感器和點擊位置傳感器的信號，而是使用基準傳感器和轉向角位置信號。這樣，在汽車再次啟動的時候，初始化規程會和原本因故障而斜著的方向盤角度進行同步。2.5系統基本設定主動轉向控制單元需要通過系統基本的設定才能獲得一些必要的信號值，比如：方向盤位置的信號、偏心位置、轉向器主動齒輪的位置。只有通過這樣的基本設定才能進行系統初始化，才能讓汽車方向盤在行駛時不會輕易傾斜。在汽車發生下面的情況后，需要對主動轉向系統進行基本設定。1.主動轉向系統控制單元被更換。2.轉向柱被更換，因為轉向柱上安裝了兩個重要的傳感器，是系統初始化和基本設定的必要條件。3.轉向角傳感器被更換。4.車輪定位值被修改，因為定位置被改變后，應該重新進行校準。維修人員在對汽車主動轉向控制系統做基本設定時，應該使用故障診斷儀器，在選擇了主動轉向控制單元后就可以進入“基本設定”的功能。在這之前需要用專業方向盤水平儀來測試方向盤偏轉角度即對轉向角傳感器進行校準。這個校準就是在確定轉向角在直線行駛時的度數。3奧迪轉向系統的常規保養和維護3.12011款奧迪A6L主動轉向系統介紹2011款起，奧迪A6L車上轉向系統最重要的創新就是采用了電動機械式轉向器。該轉向器的結構和工作原理與奧迪A7Sportback上的是一樣的，維修也相同。因此，Servotronic電控轉向助力功能就是標配了。標準配置的轉向柱是機械可調式的，也可選裝電動調節的轉向柱。四輻式多功能方向盤是標準裝備，也可選裝三輻式多功能運動型方向盤（有各種型號）。轉向柱和方向盤的結構和工作原理與奧迪A7Sportback上的是一樣的，維修和診斷方面也是一樣的。2011款奧迪A6L上市不久后，該車型和奧迪A7Sportback就都可以選裝動態轉向系統了。從結構和工作原理來講，該動態轉向系統與2008款A4L和2010款A8L上的是一樣的。維修也是相同的。在駕駛汽車高速行駛時，汽車本身可能會因為所使用的時間較長和行駛路況的不同對于汽車的車身結構和其轉向控制系統本身造成一定的沖擊和損傷。因此，分析汽車地轉向控制系統是一件很重要的工作。在日常的維修中，維修技術人員他們經常會在過程中接到大量的客戶投訴，說自己的車輛在一條直線的道路上行駛時，方向盤輕微歪斜;或者在車輛更換或安裝完電動轉向器后，方向盤不正。按照目前最常規的汽車轉向系統故障分析診斷和維修思路，維修技術人員首先應該會檢查車輪的方向盤定位，在進行調整檢查完汽車轉向定位的參數后進行試車，如果發現車輪方向盤不正，就是調整方向盤。但是我們知道實際上這種方法完全是錯誤的。正確的做法應該是先停車檢查汽車四個輪子地定位，可以利用自動診斷儀器來校準四輪轉向角，然后進行主動轉向系統的基本設制。另外一種常見的情況要注意的是，雖然可能維修操作人員知道車輛沿著直線方向行駛時車輛方向盤不正的情況與主動轉向控制系統損壞有關，但是在對車輛進行基本的設定時，不使用方向盤對中儀和四輪定位儀，僅僅憑感覺來準確擺正車輛方向盤和汽車的前輪。這樣即使維修人員做完基本的設定后，方向盤還是不會正地。該車維修人員在啟動方向盤和發動機后，在車輛沒有任何接觸的情況下，方向盤本身會自動的旋轉一個角度，這種初始化是正常的現象。這種初始化是因為汽車的轉向控制系統在收到汽車發動機啟動的信號后會進行一個自檢地程序，并對發動機進行初始化。導致發生這種情況的一個可能就是，在發動機車輛沒有打開點火控制開關的情況下，方向盤曾經發生過輕微的移動。轉向控制系統在自檢時，發現方向盤偏差的角度已經超過8o，電機控制系統會自行停止運轉，從而將發動機方向盤的轉角與驅動電機的轉角對正。因此車主有時候可能會在行車中察覺到發動機方向盤輕微的轉動。如果方向盤偏差的角度小于8o，系統的轉向控制初始化將在發動機行車的過程中繼續進行，此時車主就感覺不到了。接下來診斷儀會在提示編碼正確后提示將四輪定位，設置到左右輪前束的位置。這樣，汽車轉向角和電機位置傳感器信息就被主動轉向控制系統獲得了。為了確定基準傳感器相對于轉向角的關系，可以將方向盤轉到相對中間的位置。此時，汽車的前束位置時的轉角和方向盤在正中位置時的轉角角度差值也就確定了。這個時候，主動控制系統會自動調整好方向盤的傾斜角度，進行自動的矯正。經過以上操作就可以保證汽車在沿直線行駛的時候，方向盤在正中的位置了。3.2轉向系統常見故障分析轉向系統有四大常見的故障，以下列出四大類常見故障的現象和原因分析：3.2.1轉向沉重跑偏、轉向盤回正能力差。原因：（1）汽車油杯內部太臟導致堵塞了濾網。（2）動力轉向系統中有大量空氣。（3）轉向系統內被異物卡住，導致無法正常轉向。（4）輪胎的胎壓不足。。一般故障診斷與排除：（1）檢查轉向器、轉向泵控制閥、油杯濾網、轉向油，清洗整個動力轉向系統。（2）若泵較臟，一定要清潔助力泵及油管的內外（不能用綿紗布或其它多纖布，應用干凈的毛刷進行清潔），并按規定給轉向系統排空氣。（3）給輪胎按規定充氣，并調整發動機的性能。（4）油面一定要處在規定正確位置，檢查油杯。（5）調整皮帶對各部件的力度，不能過緊也不能過松。（6）擰緊油管各部位的螺絲。（7）更換轉向器。3.2.2打方向時單邊轉向沉重1.故障原因：（1）方向盤轉向器油封不良，與油管連接的螺栓松動，導致轉向油泄漏。（2）轉向器控制閥被異物堵塞。（3）轉向油泵控制閥內有異物。（4）輪胎氣壓不足，不符合要求。2．故障診斷與排除：（1）從汽車上拆下轉向器，檢查油封，油管和轉向閥，并在必要時更換動力轉向器。（2）清潔油管、油泵，但是不要試圖去分解油泵，可能會造成漏油。（3）檢查胎壓和前輪的定位是否準確。3.2.3轉向泵及系統有異響噪音1．故障原因：（1）油杯油面過低，不在正確的范圍內，導致轉向系統出現空氣無法正確運轉。（2）油杯內的濾網被堵塞。（3）發動機其它部件在運作時造成的響聲，比如空調壓縮機等。（4）轉向器、轉向泵安裝不當，出現松動。2．故障診斷與排除：（1）清潔整個轉向系統。（2）更換新的油杯。（3）排除整個轉向系統中的空氣。（4）正確地調整轉向器齒輪、齒條的咬合間隙。3.2.4汽車跑偏1．故障原因：（1）油杯油面過低。（2）前輪定位不當。（3）轉向桿出現扭曲變形或過多磨損。（4）轉向器內的齒條緊度失調。2．故障診斷與排除：（1）調整前輪定位。（2）注充轉向液并排氣。（3）調整轉向器齒條咬合度。（4）檢查系統各種連接部位是否松動。4案例分析4.1案例一4.1.1車型2011款配備2.0L發動機的奧迪A6L轎車，客戶報修稱在打方向時方向盤變得沉重，而且車輛提示出現故障，不建議繼續行駛，如圖4-1所示。圖4-1儀表盤4.1.2故障原因分析新款奧迪A6配備的純電子機械式隨速助力轉向系統。它是通過一個與齒條同心的電機來實現驅動的，齒條、電機、傳動機構是通過滾珠絲杠來驅動的。電控單元和傳感器集成在轉向機上，結構小巧緊湊，具體結構如圖4-2所示。圖4-2轉向機轉向沉重包括單邊和雙邊的情況、轉向機和助力泵損壞等都是轉向系統容易出現的一些故障。出現轉向沉重的情況，可能是因為汽車的活塞鋼桶受到了損壞，或者還有可能活塞的密封圈損壞導致密封性變差，不能夠正常實現輔助轉向的工作。除此之外，助力泵也容易發生故障導致汽車轉向變得沉重，如果真的發生這種情況，則有可能是助力泵的后端的蓋子漏油，或者是轉向油罐里的油沒有得到補充和轉向機的上蓋、側端蓋和轉向軸拐臂的連接處出現密封圈發生損壞的情況。以上是汽車轉向系統常常發生的情況，大部分情況下，需要對某些設備的損壞部位進行維修，此外缺油也是汽車轉向系統發生故障的重要原因，因此，在對造成汽車轉向系統故障的各個部分進行檢修和更換時，也不能忽略對油的補充。對于汽車動力轉向系統的故障進行分析，有助于更好地對汽車的性能和裝置進行保護，在一定程度上減少汽車的磨損和消耗。4.1.3故障檢修過程及排除根據故障碼推測，控制單元損壞與J500有關，并且初步確定后，故障的確出在控制單元J500上，所以需更換轉向機總成。4.2案例二4.2.1故障現象一款2011年奧迪A6L轎車，配備C7電動轉向機。客戶反應車輛在行駛中感覺方向明顯向左跑偏，方向盤不正轉向系統故障。4.2.2故障原因分析①用VAS6150對轉向角度傳感器基本設定未排除故障。②初步診斷故障原因：定位數據調整不當，需做定位調整。但對于方向盤向右偏，且方向又向左偏感覺有點奇怪。難道是方向機G85傳感器中心位偏移，但是基本設定又不成功。③在四輪定位儀上當方向盤在定位儀上顯示水平位置時，用VAS6150讀取轉向角度傳感器方向盤實際狀態位置為-24°（如圖4-3所示）。圖4-3VAS6150界面④產生直線行駛方向盤向右偏，方向向左跑偏的原因。電動助力轉向系統控制原理分析，當車輛在直線狀態行駛時，由定位數據決定，當四輪定位儀檢測到車輪處于直線狀態時，用VAS6150讀取方向盤實際角度，當方向盤顯示實際轉角為-24°時，說明車輪在直線狀態下，方向盤實際轉角已向右偏位，轉向機中心位已向右偏移，當車輛直線行駛時，轉向機控制器接收到轉向角傳感器已向右偏位時，控制器就對方向做出主動修正的指令，因此轉向電機帶動轉向拉桿使方向主動向左跑偏。這時用VAS6150對G85做基本設定是沒有效果的。因為車輪實際直線狀態與方向盤實際零位相差太多，基本設定無法成功。4.2.3故障檢修過程及排除當G85為零位時，固定方向盤調整前束值。將右邊橫拉桿球頭調到極限位，右前輪前束為26'。試車，方向正常，沒有跑偏現象產生。但是產生方向盤向右打到底時，倒車出現胎面與車身摩擦。其原因是右軸承座連接橫拉桿球頭控制臂向外側偏位，導致右邊前束無法調到標準數據。在正常情況下，左右橫拉桿調節長度應相同。4.3案例三4.3.1故障現象2011款奧迪A6車主反映汽車在直線行駛的時候方向盤會發生傾斜的狀況，汽車主動轉向基本設置不成功。4.3.2故障分析1、該車最初的故障現象為直線行駛方向盤傾斜，方向盤傾斜大約20°，對該車的底盤進行檢查無異常，四輪定位參數正常、進一步檢查該車帶主動轉向，按時主動轉向功能說明，此情況可采用對系統的基本設置解決故障；2、在引導型故障查詢功能內對主動轉向系統進行基本設置，（G85校準、主動轉向的基本設置、電動轉向J500端位匹配），基本設置無法完成，儀表上ESP、TPMS、空氣懸架、主動轉向等報警，在1B（主動轉向）內顯示沒有基本設置，在44（動力轉向）內顯示轉角傳感器同步失效。4.3.3故障檢修過程及排除本車轉向機安裝至其它車輛，重新裝回本車后，相關操作中端位匹配無法正常完成，組合儀表出現黃色符號報警，文字提示“轉向系統故障，您可以繼續駕駛”。轉向機重新裝回本車后，進行四輪定位調整、G85基本設定、主動轉向基本設定及轉向機端位匹配，但主動轉向基本設定及J500端位匹配無法正常完成。讀取44地址碼動力轉向控制單元J500中故障記錄“轉向鎖端位沒有匹配”、“轉向角傳感器同步失效”。讀取1B地址碼主動轉向控制單元J792中記錄“未執行基本設定”讀取車輛其它多個控制單元中記錄“接收到錯誤數值導致功能受限”。A車轉向機安裝至B車后，SVM編碼及參數匹配完成后，J500中記錄B車相關數據；轉向機裝回