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1、底盘讲义之动力转向系和四轮转向系（二）作者：佚名 来源： 发布时间：2010年03月25日 课题11.5 电动动力转向系的基本结构和工作原理学习目标鉴定标准教学建议1. 掌握电动动力转向系的组成、基本结构和工作原理应知：电动动力转向系的组成、基本结构和工作原理。建议：用多媒体或实物示教板讲解组成、基本结构和工作原理。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
2、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。电子控制动力转向系可分为：电动式动力转向系、电控液力式转向系、电动液力式转向系。本课题先介绍电动式动力转向系。一、电动动力转向系概述1电动动力转向系的组成如图11-24所示，该系统通常由转矩传感器、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。各部件在车上的布置如图11-25所示。图11-24 电动动力转向系的组成1-转向盘 2-输入轴（转向轴） 3-电子控制单元 4-电动机 5-电磁离合器 6-转向齿条 7-转向横拉杆 8-轮胎 9-输出轴 10-扭力杆 11-转矩传感器 12-转向齿轮图11-25 电动动力转向系
3、在车上的布置1-车速传感器 2-转矩传感器 3-减速机构 4-电动机与离合器 5-发电机 6-转向机构 7-发动机转速传感器 8-蓄电池 9-电子控制单元提示：此处可参观具有电动动力转向系的车辆，增加感性认识。2电动动力转向系的工作原理当操纵转向盘时，装在转向轴上的转矩传感器不断测出转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号。该信号与车速信号同时输入电子控制单元，电子控制单元根据这些输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和转向，即选定电动机的电流和转向，调整转向的助力。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。二、电动动力转向系统
4、（EPS）部件结构及工作原理1转矩传感器转矩传感器也称称转向传感器，其作用是通过测定转向盘与转向器之间的相对转矩，作为电动助力的依据之一。转矩传感器的结构、原理如图11-26所示。图11-26 转矩传感器原理a)结构图 b)原理图用磁性材料制成的定子和转子可以形成闭合的磁路，线圈A、B、C、D分别绕在极靴上，形成一个桥式回路。转向轴扭转变形的扭转角与转矩成正比，所以只要测定轴的扭转角，就可间接地知道转向力的大小。在线圈的U、T两端施加连续的脉冲电压信号Ui，当转向轴上的转矩为零时，定子与转子的相对转角也为零。这时转子的纵向对称面处于定子AC、BD的对称平面上，每个极靴上的磁通量是相同的。电桥平
5、衡，V、W两端的电位差U0=0。如果转向轴上存在转矩时，定子与转子的相对转角不为零，此时转子与定子间产生角位移。极靴A、D间的磁阻增加，B、C间的磁阻减小，各个极靴的磁阻产生差别，电桥失去平衡，在V、W两端产生电位差。这个电位差与轴的扭转角和输入电压Ui成比例，从而可知道转向轴的转矩。一种实际应用的转矩传感器结构如图11-27所示，其工作原理与上基本相同，优点是便于安装。图11-27 实际应用的转矩传感器1-检测环 2-检测线圈 3-输入轴 4-输出轴2电动机、电磁离合器与减速机构电动机、电磁离合器和减速机构组成的整体称为电机组件，其结构如图11-28所示。图11-28 电机组件1-电磁离合器
6、 2-涡轮 3-斜齿轮1) 电动机转向助力电动机就是一般的永磁电动机（原理不再叙述），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11-29是一种比较简单实用的正反转控制电路。图11-29 电动机正反转控制电路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
7、，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。2) 离合器一般使用干式单片电磁离合器，如图11-30所示。工作电压为12V，额定转速时传递的转矩为15 Nm，线圈电阻（20时）为19.5。图11-30 电磁离合器的结构1-滑环 2-线圈；3-压板；4-花键；5-从动轴；6-主动轮；7-滚珠轴承其工作原理是：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。由于转向助力的工作范围限定在一速度区
8、域内，所以离合器一般设定一个速度范围，如当车速超过30km/h时，离合器便分离，电动机也停止工作，这时就没有转向助力的作用。当电动机停止工作时，为了不使电动机及离合器的惯性影响转向系的工作，离合器也应及时分离，以切断辅助动力。当系统中电动机等发生故障时，离合器会自动分离，这是仍可恢复手动控制转向。3) 减速机构目前使用的减速机构有多种组合方式，一般采用涡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11-31所示；图11-28是涡轮与斜齿轮组合方式。涡轮与固定在转向输出轴上的斜齿轮相啮合，它把电机的回转运动减速后传递到输出轴上。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮
9、有的采用特殊齿形，有的采用树脂材料制成。图11-31 双级行星齿轮减速机构1-转矩传感器 2-转轴 3-扭力杆 4-输入轴 5-电动机与离合器 6-行星小齿轮A 7-太阳轮 8-行星小齿轮B 9-驱动小齿轮 10-齿圈B 11-齿圈A3控制系统电动动力转向的控制系统如图11-32所示。该系统的核心是一个有4K ROM和256RAM的8位微机。图11-32 电动动力转向的控制系统转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的升高，微机控制相应地降低助力电动机电流，以减少助力转矩。发动机转速信号也被送入微机，当发动机处于怠速时，由于供电不足，助力电动机和离合器不工作。因此，电动动力转向工
10、作时，电子控制单元必须控制发动机处于高怠速工作状态。点火开关的通断（ON/OFF）信号经A/D转换接口送入微机。当点火开关断开时，电动机和离合器不能进入工作。微机输出控制指令经D/A转换接口送入电动机和离合器的驱动放大电路中，控制电动机的旋转转向和离合器的离合。电动机的电流经驱动放大回路、电流表A、A/D转换接口反馈给微机，即电动机的实际电流与按微机指令应给的电流相比较，调节电动机的实际电流，使两者接近一致。三菱“米尼卡”车的电动动力转向系如图11-33所示，控制系统简图如图11-34所示。图11-33 三菱“米尼卡”车电动动力转向系的组成1-车速传感器 2-速度表引出电缆的部位 3-传动轴
11、4-车速信号（主） 5-车速信号（副） 6-电子控制单元 7-副驾驶员脚下部位 8-电动机 9-扭杆 10-齿条 11-点火电源信号12-蓄电池信号 13-发电信号；14-指示灯电流 15-高怠速电流 16-电动机电流 17-离合器电流 18-转矩信号（主） 19-转矩信号（副） 20-离合器 21-电动机齿轮 22-传动齿轮 23-小齿轮 24-点火开关 2-熔断丝 26-转矩传感器 27-转向器齿轮总成 28-交流发电机（L端子） 29-指示灯 30-怠速提高电磁阀 31-发动机电子控制单元 32-电动机与离合器图11-34 三菱“米尼卡”车电动动力转向系的电子控制系统由图11-33和11
12、-34可知：交流发电机的“L”端子可视为向电子控制单元输入信号的一个传感器，利用交流发电机的“L”端子电压可以判断发动机是否转动。当发动机还未发动时，该系统不能工作。电动机和离合器接受电子控制单元输出的控制电流，产生助力转矩，经传动齿轮减速后，再经过小齿轮实现动力转向，电动机的动力是通过行星齿轮机构传递的。离合器是由电磁铁和弹簧等组成的电磁离合器。当点火开关接通时，电源加于电子控制单元上，电动助力转向系才能进行工作。在发动机已起动时，交流发电机的L端子的电压加到电子控制单元上。当检测到发动机处于起动状态时，动力转向系转为工作状态。行车时，电子控制单元按不同车速下的转向盘转矩，控制电动机的电流，
13、并完成电子控制转向和普通转向控制之间的转换。当车速高于30km/h时，则转换成普通的转向控制，电子控制单元没有离合器信号和电动机电流输出，离合器处于分离状态。当车速低于27km/h时，电子控制单元又输出离合器信号和电动机电流，普通转向控制又转换为动力转向的工作方式。电子控制单元还具有自我修正的控制功能。当电动动力转向系出现故障时，可自动断开电动机的输出电流，恢复到通常的转向功能；同时速度表内的电动动力转向报警灯点亮，以通知驾驶员，动力转向系统发生故障。测试题：1对照实物或图片说出电动动力转向系的组成，说出部件名称和工作原理。 2以三菱微型汽车上使用的电动动力转向系为例，叙述电动动力转向系的控制
14、原理。课题11.6 电动动力转向系的检测与故障诊断学习目标鉴定标准教学建议1. 掌握电动动力转向系统部件的检测、故障的诊断与排除方法。应知：电动动力转向系主要部件的检测方法、故障的诊断与排除步骤。应会：电动动力转向系主要部件的检测方法、故障的诊断与排除。建议：有条件的情况下采用理实一体化教学。一、电动动力转向系的部件检测以三菱“米尼卡”微型汽车的电动动力转向系为例进行说明。1转矩传感器的检查1) 检测转矩传感器线圈电阻从转向器总成上拔下转矩传感器插接器，其端子排列如图11-35b)所示。测量转矩传感器3号与5号端子之间、8号与10号端子之间的电阻，其标准值应为2.180.66K。若不符合要求，
15、则应更换转矩传感器。2) 检测转矩传感器电压用万用表直流电压档测量上述各端子之间的电压，将转向盘置于中间位置，测得电压约2.5V为良好，4.7V以上为断路，0.3V以下为短路。图11-35 电动动力转向系插接器端子排列a) 电动机 b) 转矩传感器与电磁离合器 c) 车速传感器2电磁离合器的检查从转向器上断开电磁离合器插接器，其端子排列参见图11-35b)。将蓄电池的正极接到1号端子上，蓄电池的负极与6号端子相接，在接通与断开6号端子的瞬间，离合器应有工作声音。若没有声音，表明电磁离合器有故障，应更换转向器总成。3直流电动机的检查从转向器上断开电动机插接器，其端子排列如图11-35a)所示。给电动机加上蓄电池电压时，电机应有转动声音。若没有声音，应更换转向器总成。4车速传感器的检查1) 检查车速传感器转动情况从变速器拆下车速传感器，用手转动车速传感器的转子检查其能否顺利转动，若有卡滞应予更换。2) 检测车速传感器电阻拔开车速传感器插接器，其端子排列如图11-35c)所示。测量车速传感器插接器1号与2号端子
