◆文/江蘇 趙寶平 郭小紅

大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢測(cè)

◆文/江蘇 趙寶平 郭小紅

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤四大系統(tǒng)之一，也屬汽車安全系統(tǒng)重要組成部分，而機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來(lái)實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向的，在一定程度上增加了駕駛員的操作強(qiáng)度。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向的。隨著汽車技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展，很多中高檔轎車上已安裝了電控電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

電控電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕駛員進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向。不同的汽車電控電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件是不一樣的，但大體相似。一般是由轉(zhuǎn)向傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感器、電子控制單元、電動(dòng)機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向器及蓄電池電源構(gòu)成的。

電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS,Electric-Power Steering)的出現(xiàn)，已基本解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所存在的矛盾。圖1所示是一組電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性曲線，在汽車低速行駛時(shí)，特性曲線很窄，具有較大的助力作用。當(dāng)車速提高后，特性曲線越來(lái)越寬，助力作用逐漸減小，克服了高速時(shí)轉(zhuǎn)向盤手力太輕的缺陷。

圖1 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性曲線

一、電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛上的實(shí)際安裝位置如圖2所示。

圖2 大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝位置

圖3 所示為大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由方向盤、帶方向盤轉(zhuǎn)角傳感器G85的轉(zhuǎn)向柱控制單元J527、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269、轉(zhuǎn)向齒輪、電子機(jī)械助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187、轉(zhuǎn)向助力輔助控制單元J500等機(jī)構(gòu)或部件構(gòu)成。

圖3 大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成

二、電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

1.轉(zhuǎn)角傳感器G85

轉(zhuǎn)角傳感器G85安裝在轉(zhuǎn)向柱上的轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)與方向盤之間，與安全氣囊時(shí)鐘彈簧集成為一體，其實(shí)物如圖4所示。

轉(zhuǎn)角傳感器G85的作用是檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，是電動(dòng)助力的依據(jù)之一。該傳感器由轉(zhuǎn)子、發(fā)光二極管、光敏二極管和放大器等組成。其工作原理如圖5所示，發(fā)光二極管作為信號(hào)源，光敏二極管作為接收源。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)透光孔與發(fā)光二極管對(duì)正時(shí)，光線照射到光敏二極管上產(chǎn)生高電位，經(jīng)放大電路放大后輸送給ECU，如圖5(a)所示。當(dāng)透光孔與發(fā)光二極管錯(cuò)開(kāi)時(shí)，光線不能照射到光敏二極管上，光敏二極管無(wú)電壓信號(hào)輸出，產(chǎn)生低電位輸送給ECU，如圖5(b)所示。如此反復(fù)后即形成圖5(c)所示方波信號(hào)，并通過(guò)CAN總線將該信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)向柱電控單元J527。J527分析轉(zhuǎn)角信號(hào)，將處理后的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)、轉(zhuǎn)角速度信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)向輔助控制單元J500，J500結(jié)合轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269、車速傳感器信號(hào)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度信號(hào)進(jìn)行處理，從而適時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向助力大小。

圖4 轉(zhuǎn)角傳感器G85實(shí)物圖

圖5 轉(zhuǎn)角傳感器工作原理

當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)失效時(shí)，故障指示燈K161常亮，應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)模式啟動(dòng)，電子助力轉(zhuǎn)向依然起作用。

2．轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269

磁性轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向柱連接塊為一體，磁阻傳感元件和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊為一體，其實(shí)物如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269實(shí)物圖

轉(zhuǎn)向力矩傳感器的作用是測(cè)量轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，是電動(dòng)助力的控制依據(jù)之一。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向柱連接塊和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊反向運(yùn)動(dòng)，即磁性轉(zhuǎn)子和磁阻傳感元件反向運(yùn)動(dòng)，發(fā)生磁場(chǎng)變化，在磁阻傳感元件兩端產(chǎn)生電位差。通過(guò)測(cè)量磁阻傳感元件兩端的電位差值，則轉(zhuǎn)向力(矩)的大小可以被測(cè)量出來(lái)，轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269工作原理圖如圖7所示。

如果信號(hào)失效，轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)將關(guān)閉，但并不是馬上關(guān)閉，而是通過(guò)一個(gè)柔軟的逐步的過(guò)程。在此過(guò)程中，故障警告燈K161亮起。轉(zhuǎn)向助力的大小是由ECU通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角度和方向盤轉(zhuǎn)角等信號(hào)計(jì)算出的值所代替的。

圖7 轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖

3.轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187

轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187是無(wú)刷式異步伺服電動(dòng)機(jī)，具有無(wú)扭矩波動(dòng)、低噪聲、抗泥污、無(wú)額外摩擦、較寬的轉(zhuǎn)速范圍和溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。其平均工作電流約2.5A，最大電流約80A,其實(shí)物圖如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187實(shí)物圖

轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)需要正反轉(zhuǎn)控制，圖9所示為一種比較簡(jiǎn)單適用的控制電路，a1、a2為觸發(fā)信號(hào)端。當(dāng)a1端得到輸人信號(hào)時(shí)，三極管VT3導(dǎo)通，VT2得到基極電流而導(dǎo)通，電流經(jīng)VT2、電動(dòng)機(jī)M、VT3、搭鐵而構(gòu)成回路，于是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)a2端得到輸人信號(hào)時(shí)，電流則經(jīng)VT1、M、VT4、搭鐵而構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)則因電流方向相反而反轉(zhuǎn)?？刂朴|發(fā)信號(hào)端電流的大小，就可以控制通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流的大小。

圖9 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187電路圖

三、電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，ECU根據(jù)各傳感器提供的信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向的，其工作原理框圖如圖10所示。

圖10 EPS工作原理圖

當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并與車速信號(hào)同時(shí)輸λ到ECU 。ECU根據(jù)這些輸λ信號(hào)，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動(dòng)力的大小。電動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理示意如圖11所示。

四、電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢測(cè)

1.轉(zhuǎn)角傳感器G85的檢測(cè)

轉(zhuǎn)向傳感器G85電路接線如圖12所示，10根導(dǎo)線均與轉(zhuǎn)向柱電控單元J527相連，分別為電源線、接地線、CAN線(高)、CAN線(低)。檢測(cè)時(shí)，其操作步驟如下。

(1)打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表20 V直流電壓檔測(cè)量電源線與接地線之間的電壓。電壓值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為電控單元J527故障或傳感器與J527之間導(dǎo)線發(fā)生故障。

(2)將診斷連線一端與安裝有VAS-5051B軟件的計(jì)算機(jī)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，讀取轉(zhuǎn)向傳感器信號(hào)值。信號(hào)值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為傳感器損壞。

圖11 大眾速騰轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理示意圖

圖12 轉(zhuǎn)向傳感器G85接線圖

2.轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269的檢測(cè)

轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269電路接線如圖13所示。4根導(dǎo)線均與轉(zhuǎn)向輔助控制單元J500相連，分別為電源線、信號(hào)線1、信號(hào)線2、接地線。檢測(cè)時(shí)，其操作步驟如下。

(1)打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表20V直流電壓擋測(cè)量電源線與接地線之間電壓。電壓值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為電控單元J500故障或傳感器與J500之阿的導(dǎo)線發(fā)生故障。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，用萬(wàn)用表20V直流電壓檔測(cè)量信號(hào)線1與信號(hào)線2之間的電壓，電壓值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為傳感器損壞。

3.轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187的檢測(cè)

轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187電路接線如圖14所示。2根導(dǎo)線均與轉(zhuǎn)向輔助控制單元J500相連，分別為電源線、接地線。檢測(cè)時(shí)，其操作步驟如下。

(1)用萬(wàn)用表20V直流電壓檔測(cè)量電源線與搭鐵部位之間的電壓。電壓值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為蓄電池與J500之間的導(dǎo)線發(fā)生故障。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，將萬(wàn)用表串聯(lián)在蓄電池與J500之間或J500與接地線之間，用電流檔測(cè)量電源線、接地線之間的通過(guò)電流。電流值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，否則為V187或J500損壞。

圖13 轉(zhuǎn)向力矩傳感器G269接線圖

圖14 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)V187接線圖

相關(guān)知識(shí)銜接

1.電控電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)

(1)能耗降低。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)液壓裝置是“按需型”系統(tǒng)，即只有轉(zhuǎn)向時(shí)系統(tǒng)才工作，消耗較少的能量。因而與液壓動(dòng)力系統(tǒng)相比較，在各種行駛工況下均可節(jié)能80%～90%。

(2)輕量化顯著。液壓動(dòng)力系統(tǒng)因有液壓缸、油泵、轉(zhuǎn)閥、液壓管道等部件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)目多，占用空間大，布置不方便。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量減輕，無(wú)油滲漏問(wèn)題，系統(tǒng)易于布置等。

(3)優(yōu)化助力控制特性。液壓助力的增減有一定的滯后性，反應(yīng)敏感性較差，隨動(dòng)性不夠。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于采用電子控制，可以使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能得到優(yōu)化，增強(qiáng)隨動(dòng)性。

(4)系統(tǒng)安全保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，即切斷電動(dòng)機(jī)與助力齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳送，迅速轉(zhuǎn)為人工—機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

(5)變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向。

2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢查與維護(hù)

(1)對(duì)機(jī)械液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，平時(shí)的檢查一定要多注意儲(chǔ)液罐中的助力油是否缺失；高、低壓油管是否存在老化、磨損以及泄漏等現(xiàn)象；轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤打死的時(shí)間盡量不要太長(zhǎng)。如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重、噪聲大等現(xiàn)象，需及時(shí)從油泵、油管、V帶、內(nèi)部壓力等方面去進(jìn)行檢查。

(2)對(duì)電控液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，平時(shí)也要注意助力油的多少。當(dāng)警告燈亮?xí)r，一定要查明原因，及時(shí)修理。

(3)電控電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但保養(yǎng)起來(lái)不是直接就能看到故障的，如果出現(xiàn)方向盤沉重、方向盤不好控制等轉(zhuǎn)向故障時(shí)，需盡快進(jìn)行檢測(cè)修理。