項目七

電動動力轉向系統檢修武忠學習目標3技能目標3.能夠對電動動力轉向系統故障進行診斷排除。素養目標通過本任務的學習，深化7S管理學習，培養學生以主人翁精神服務于社會，注重責任，展現人生價值。知識目標1.掌握電動動力轉向系統類型。2.掌握電動動力轉向系統組成及原理。【知識準備】4電動動力轉向系統（ElectricPowerSteering(EPS)orMotorDrivenPowerSteering(MDPS)）。它是在機械式轉向系統中加裝電動機助力裝置相關知識5一、分類如圖7－1所示。按電機的布置方式分為：a)轉向柱驅動式b)轉向器齒輪驅動式c)雙齒輪驅動式d)齒條驅動式等四種類型，相關知識6二、電動式EPS的組成原理電動動力轉向系統的組成原理如圖7－2所示，它主要由車速傳感器、轉矩傳感器、轉角傳感器、電子控制器ECU、電動機及減速機構等組成。當駕駛人打開點火開關轉動方向盤時，轉向扭矩作用在轉向柱上的扭桿上，轉矩傳感器通過檢測扭桿的變形量而檢測出駕駛人作用的轉矩信號，并把轉矩信號發送給控制單元。控制單元根據轉矩、車速及發動機轉速及控制單元內存儲的特性曲線，計算出最佳的助力力矩大小及方向，并輸出相應的控制電流驅動轉向助力電機轉動，電機驅動減速機構將助力力矩傳給轉向軸，轉向機構得到一個與工況相適應的轉向作用力。相關知識7三、電動式EPS系統部件1.轉矩傳感器用于檢測轉向扭矩和轉動方向，并把檢測結果傳送給電控單元，電控單元以此計算電機的供電電流及控制電機的轉向，用于轉向助力的控制。轉矩傳感器的類型有渦流式、霍爾式和光電式。轉矩傳感器是通過檢測扭桿的扭轉變形（扭轉變形角）來檢測轉矩的大小的。相關知識8（1）渦流式（電感式）其組成結構如圖所示，扭桿用于連接輸入軸和輸出軸，輸入軸上花鍵凸起由磁性物質制成，輸出軸套為非磁性材料的導體，上有兩排窗口，套在輸出軸外側，當有扭矩作用于輸入軸時，窗口與花鍵凸起可以相對轉動。在軸套外窗口的對應位置處有兩個通有高頻交流電的線圈，線圈的輸出電路與電路板連接。這種傳感器是非接觸式扭矩傳感器。相關知識9工作原理當轉動方向盤時，連接輸入和輸出軸的扭桿了生扭曲，使得輸入和輸出軸相對轉動，從而輸入軸的窗口和輸出軸的凸起位置相對變化，輸入和輸出之間的磁場發生變化，引起兩高頻線圈的電場變化，線圈把這一電場變化轉變成電信號傳送給電路板，經電路板電路進一步處理后送給電控制單元。相關知識10（2）霍爾式如圖7－4所示，在轉向力矩傳感器上，轉向輸入軸和轉向機構主動齒輪是通過一根扭力桿連接起來的。轉向輸入軸上有個16極環形磁鐵(8個極對)，該磁鐵與轉向輸入軸一同轉動。轉向機構主動齒輪上有兩個定子，每個定子有8個齒，定子與轉向機構主動齒輪一同轉動。在初始位置時，定子上的這些齒正好位于環形磁鐵上相應的南極和北極之間。霍爾傳感器與殼體剛性連接，不隨著轉動。相關知識11該傳感器工作時是非接觸式的，它采用磁阻效應原理來工作。定子1和定子2之間磁通量強度和方向就是轉向力矩的直接量度，由兩個霍爾傳感器（冗余布置）來測量。轉矩傳感器在零位時，定子1和定子2的齒正好位于兩磁極之間。所以這兩個霍爾傳感器輸出電壓為2.5V，這表示轉矩為零，如圖7－5a所示。如果定子1的8個齒正好在環形磁鐵的北極上，同時定子2的8個齒正好在環形磁鐵的南極上，那么傳感器就是在最大位置上了。兩個定子之間會建立起磁場，霍爾傳感器會偵測到這個磁場并將其轉換成電信號。如果霍爾傳感器A輸出4.5V這個最大電壓，那么霍爾傳感器B就輸出0.5V這個最小電壓。如果方向盤轉動方向與此相反，那么霍爾傳感器A輸出0.5V，而霍爾傳感器B輸出4.5V,如圖7－5b所示a)零位置信號b)最大位置信號相關知識12相關知識132.轉向角傳感器轉向角度指示駕駛員駕駛方向，它安裝在轉向柱與方向盤之間，用于轉向盤的直線校正、自動回位等功能。該傳感器也常應用于電子穩定程序系統（ESP）、主動前轉向（AFS）和自適應前照燈（AFL）等系統中。相關知識14（1）磁阻型轉向角傳感器該傳感器根據游標原理制成，它在剛開始電時就可以確定轉角的大小，不需要靜態電流。其結構如圖7－6所示，主要由三個齒輪組成，中心齒輪裝于轉向柱上，代表轉向角

，兩個小齒輪相差1至2個齒，每個小齒輪上有一個磁鐵，磁鐵附近有感應傳感器記錄磁鐵轉動圈數。兩齒輪由于齒數不同，一個齒輪比另一個轉的快，兩個齒輪測量角度值的信號特點如圖7－7所示。這種傳感器可記錄多達4圈的轉各盤轉角。圖7－6磁阻型轉向角傳感器圖7－7磁阻型轉向角傳感器信號相位相關知識15（2）光電式轉向角傳感器轉向角傳感器的基本組件如圖7－8a所示，帶有兩個編碼環的編碼盤（編碼盤與轉向盤一起轉動）和光電耦合對（一個光源和一個光敏傳感器），編碼盤有兩個環組成，外側的叫絕對環，內側的叫相對環。相對環分成5個扇區，每個扇區為72°，由光電耦合對來讀取。該環的扇區上都穿有孔。同一塊扇區上的這些孔的間距是相同的，但是不同扇區上的孔距是不同的。這就形成了扇區編碼。絕對環確定角度，角度由6組光電耦合對來讀取。該轉向角度傳感器可以識別1044°的轉向角。它會把角度值加在一起，因此在超過了360°標記時，它就會識別出方向盤轉一整圈了。該轉向角度傳感器的結構，使之能識別方向盤轉2.76圈，如圖7－8b所示。相關知識16相關知識173.轉向助力電動機奧迪轎車電動機械式助力轉向電機為三相永磁式無刷直流電機，如圖7－9所示，其內有轉子和定子組成。轉子是一個有6極環形稀土磁鐵，6極環形磁鐵的磁向采用斜向布置，可提高工作平穩性。稀土磁鐵的轉子磁場強度高，電機效率，體積小。定子有9個線圈和9個片組構成。相關知識18轉向助力電動機工作原理，定子線圈分為三組，通入電流時產生磁場，磁場的方向是由線圈通入電流方向確定的，如線圈A通入電流從A1流向A2時，A1朝向轉子方向的磁極為S極，A2朝向轉子方向的磁極為N極，當反向通電時，產生的極性相反；當轉換到B線圈通電，電流從B1流向B2時，B1產生S極，B2產生N極，則轉子在B線圈的磁場吸引作用下產生順時針轉動，如此順序給三個線圈連續通電流，則轉子就會連續不斷地順時針轉動；相反順序通電時，轉子就會逆時針轉動。相關知識19電機的控制原理各項線圈通電流順序的轉換是由晶體管實現的，晶體管采用的是金屬氧化物半導體場效應晶體管，該晶體管可快速實現大電流切換，產生熱量小。其控制電路如圖所示，例如晶體管1和6工作，則線圈1和2能入了電流；當轉換為晶體管3和4工作時，則線圈1和2被反向通入電流，產生的磁極極性與原來相反，因此通過的控制各晶體管的導通及對通電時間（脈寬）就可調節電機的轉向、轉速及轉矩。晶體管的導通轉換必須與轉子磁場位置同步，因此需要轉子位置傳感器。相關知識204.電機轉子位置傳感器轉子位置傳感器用于探知轉子的位置。控制單元必須知道轉子的準確位置，以便去計算出環繞的定子磁場所需要的相電壓（電子傳感器控制的整流）。轉子位置傳感器測得的值也可以用于確定轉向止點。為了避免硬的機械式止點，通過電動機械式轉向機構可以實現“軟的”止點。位置傳感器有旋轉變壓器式和霍爾式。旋轉變壓器式位置傳感器如圖7－11所示。相關知識21轉子上有一個盤，它是用透磁通的金屬制成的，像凸輪盤。該盤被一個固定在殼體上的電磁線圈環所包圍著，電磁線圈環為定子。該線圈環由三個單線圈構成，其中一個線圈起著勵磁線圈作用，另兩個是作為接收線圈使用。勵磁線圈通上正弦曲線的勵磁電壓。勵磁線圈周圍產生的交變磁場作用到轉子盤上，轉子盤將勵磁線圈產生的交變磁場的磁通引向接收線圈。于是在接收線圈內就感應出一個交變電壓，該電壓與轉子盤的位置成一定比例，與勵磁電壓是有相位差的。相關知識22（4）減速機構減速機構的作用是降低轉向助力電機的轉速，并增加轉矩傳給轉向系統。其結構根據轉向助力電機的布置形式有所不同，轉向柱助力式常用蝸輪蝸桿式的減速器，其結構如圖7－12所示。減速器的蝸桿與電機軸連接，蝸輪與轉向軸連接，助力電機產生的扭矩經蝸桿蝸輪減速增扭后傳給轉向柱。齒蝸輪蝸桿式減速機構為可逆式，即蝸輪也可以驅動蝸桿轉動，因齒取消離合器裝置相關知識23橡膠連軸器橡膠連軸器裝在渦桿和電機軸之間，防止電機過載，并補償安裝誤差相關知識24(5)電子控制單元電子控制單元的工作模式主要有：正常模式：根據轉向輸入信號和車速信號，提供轉向助力功能。返回模式：完成轉向助力后，根據轉向盤位置信號，自動返回直線行駛狀態。減振控制模式：在汽車高速行駛時，能提高路感，抑制反沖。保護模式：當轉向盤長時間轉向到某個方向不動時，可防止電子組件過熱和過電流。相關知識25（6）系統電路如圖7－14所示為馬自達轎車的電動動力轉向電路圖。動力轉向控制單元與其它相關控制單元通過CAN數據線進行通迅，扭矩傳感器、EPS助力電機及電機位置傳感器與電子控制單元集成轉向柱上，電源由電池直接供電和通過點火繼電器供電。相關知識26四、電子控制四輪轉向系統（4WS）汽車行駛時，四輪轉向系統可以讓汽車的前輪和后輪同時發生偏轉。高速轉向時，后輪將與前輪同向偏轉，可提高轉向的響應性，同時車身的角運動相對減少，乘坐舒適性好。低速轉向時后輪將與前輪反向偏轉，可改善在掉頭行駛和停車入庫等工況下的機動性,如圖7-15所示。后輪轉向角度很小，一般不超過5度。相關知識271本田汽車電動式電控四輪轉向系統1)系統構造與組成圖7-16所示是在本田汽車上采用的電動式電控四輪轉向系統。四輪轉向控制ECU利用轉向盤轉角、車速和前輪轉向角傳感信息控制后輪轉向角。當車速低于29km/h轉向時，后輪向相反方向偏轉，在車速為零時的最大轉角為6°，在29km/h時后輪轉向角接近為零;當車速大于29km/h時，在轉向盤200°轉角以內后輪的轉向角與前輪的一致，轉向盤轉角大于200°時，后輪開始向相反方向偏轉。當車速提高到29km/h,并轉動轉向盤100°角度時，后輪將向相同方向偏轉大約1。;當轉向盤轉動500°角度時，后輪將向相反方向偏轉大約1。。相關知識28(1)后輪轉向執行器。后輪轉向執行器的組成包括一個通過循環球螺桿機構的電動機、后輪轉向傳感器、回位彈簧等。執行器在結構上作為后輪轉向橫拉桿的一部分，兩端的拉桿與后輪轉向節臂相連。當電動機受ECU控制時，即可通過循環球螺桿產生軸向推力，克服復位彈簧的彈力帶動后輪轉向。(2)后輪轉向角度傳感器。后輪轉向角度傳感器為霍爾式，通過檢測循環球螺母上的電磁轉子轉動情況感知后輪偏轉角度;(3)前輪轉角傳感器。轉向盤轉角傳感器又稱為前輪主轉角傳感器，它為霍爾式，裝在組合開關下方的轉向柱上。(4)車速傳感器。與ABS系統共用的兩只電磁式后輪速傳感器向ECU提供交變電壓信號，供ECU判定車速。相關知識292奧迪汽車電動電控四輪轉向2019年奧迪A8四輪轉向系統組成如圖7-18所示。后輪轉向傳動機構裝有機電動力轉向單元，該單元通過兩側的拉桿分別與兩側后輪轂鉸接，該單元裝有后輪轉向控制模塊J1019,四輪轉向系統由傳動系統控制模塊J775控制工作，系統中其它相關模塊進行的功能拓展。相關知識30后輪轉向執動機構為后輪機電動力轉向單元如圖7-19所示，其內由電機通過齒輪驅動滾珠螺母，使傳動軸軸向移動，再帶動拉桿轉動兩側后輪輪轂轉動實現后輪轉向相關知識31如圖7-20所示，顯示了主要輸入和輸出信息，以及轉向調節過程中處于活動狀態的控制模塊。操作軟件安裝在傳動系統控制模塊J775中。所需的轉向角度主要基于給定的駕駛情況（車輛動力學），駕駛員的輸入以及當前的奧迪駕駛選擇模式。該系統還考慮了當前是否激活了任何相關的駕駛員輔助系統。1.電控系統檢修32任務實施33任務實施。34任務實施。2.馬自達阿特茲轎車電動動力轉向系統電機的拆裝馬自達阿特茲轎車電動動力轉系統分解如圖7－21所示。（1）拆卸1）斷開扭矩傳感器連接器（EPSCM側）。2）拆下EPSCM。35任務實施。（2）安裝1）將隔套和橡膠墊安裝至轉向柱。2）安裝EPSCM，這樣EPSCM(轉子)的突出位置就和橡膠墊的凹槽位置接合到一起如圖7