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1、 电控动力转向系统的结构原理与检修第 1 页 共 27 页序序 言言随着国民经济的迅猛发展，汽车产量逐年增加，2006 年已达 5000 万辆。我国汽车保有量越来越多，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上的广泛应用后，给汽车故障诊断与排除增加了一定难度。本篇论文重点讨论轿车电控转向系的故障分析及维修方法。电控动力转向系统在机械助力转向系的基础上发展，它的助力效果相当明显，可以减少驾驶员的疲劳度，但它的缺陷就是容易坏，为了对汽车电控动力转向系的了解，以及维修方便考虑，在几个月的实习经验与学习。本文对汽车转向系介绍与检修。电控动力转向系统的结构原理与检修第 2 页
2、共 27 页第一章 转向系统的简介1.1 转向系的发展在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称 MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称 HPS） ，然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称 EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称 EPS） 。装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM 公司在 20 世纪 50 年代率先
3、在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983 年日本 Koyo 公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988 年，日本 Suzuki 公司首先在小型轿车 Cervo 上配备了 Koyo 公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990 年，日本 Honda 公司也在运动型轿车 NSX 上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系
4、统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。 1.2 转向系的分类及结构原理就目前汽车上配置的助力转向系统和我能看到的资料，大致可以分为三类： 机械式液压动力转向系统； 电子液压助力转向系统； 电控动力转向系统的结构原理与检修第 3 页 共 27 页电动助力转向系统。 机械式液压动力转向系统 机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V 型传动皮带、储油罐等部件构成。 无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以，也在一定程度上浪费了资源。可以回忆一下：开这样的车，尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也
5、比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。 还有，机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。 一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。 电子液压助力转向系统 主要构件：储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。 工作原理：电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出
6、的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。 电动助力转向系统 (EPS) 电控动力转向系统的结构原理与检修第 4 页 共 27 页英文全称是 Electronic Power Steering，简称 EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。 EPS 的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩 (转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。 主要
7、工作原理：汽车在转向时，转矩 (转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。电控动力转向系统的结构原理与检修第 5 页 共 27 页第二章
8、电控动力转向系统的介绍动力转向系统转向操纵灵活、轻便，能吸收路面对前轮的冲击，因此被许多汽车使用。但传统的转向系统仍然存在一些缺点，如果所设计的 助力放大倍数是为了适应汽车在低速行驶状态下转动转向盘的操纵力，则当汽车高速行驶时，转动转向盘的操纵力就显得太小，不利于对汽车高速行驶的汽车进行方向控制。如果所设计的助力放大倍数是为了适应汽车在高速行驶状态下转动转向盘的操纵力，则当汽车低速行驶时，转动转向盘就显得非常吃力，即转向沉重。为了实现在 各种转速下转向德尔 操纵力都是最佳值，电子控制转向系统是最佳的 选择。它可以随行驶条件及时调整转向助力放大倍数，适合在轿车上使用。电子控制动力转向系统简称为
9、EPS,即 Electronic Control Power Steering 的英文缩写。电子控制动力转向系统可分为：电动式动力转向系统、电子液力式动力转向系统、电动液力式动力转向系统。2.1 电动液力式动力转向系统电动液力式动力转向系统，是以电机驱动油泵实现动力转向的装置。2.1.1 构造该系统由电机油泵组件、转向传感器、动力转向齿轮箱、电子控制单元与功率控制器等构成如图 2-1，2-2 所示；电控动力转向系统的结构原理与检修第 6 页 共 27 页图 2-1 电动液力式动力转向系统构造（1）图 2-2 电动液力式动力转向系统构造（2）（1） 电机油泵组件。该电机油泵组件与电子燃油喷射系统
10、。如图 2-3：图 2-3 电机油泵组件构造（2） 转向齿轮箱。该转向齿轮箱与一般动力转向齿轮箱结构大体相同。（3） 控制系统。控制系统的构成。在电子控制单元（CPU）内，已存有根据实验获得的不同运转条件下的控制方法，从而可以从传感器输入信号判定行驶状况，计算出应向电机提供的驱动电流，向功率控制器发出驱动信号。同时，控制系统异常时，可向驾驶员发出警报信号，并使安全保障机能发挥作用，确保转向操作处于正常状态。正常电子控制单元安装在后行李仓内。电控动力转向系统的结构原理与检修第 7 页 共 27 页功率控制器接受信号控制器指令，调整油泵驱动电机的供给电流，实现对系统油压的控制一般功率控制器安装于电
11、机油泵组件附近转向传感器可以将转向盘动作状态转换为电信号，并输出到电子控制单元去。转向传感器安装于转向柱下端，其内部有光电耦合器。电动液力式动力转向系统使用普通动力转向系统用动力油，要求其低温流动性好。2.12 工作原理电动液力式动力转向系统采用车速感应式控制方式，其转向助力随车速提高而减小，同时根据道路运行条件，设计不同的模式。可根据 20 秒内的平均车速与平均转向角度判定车辆当前运行条件。变换模式只需 1.1 秒，可避免助动力的急剧变化。控制系统具有自诊断与安全保障功能。当控制系统发生异常时，报警指示灯会发出警报。安全保障功能由后备系统实行，电机驱动电流大于 100 安，且持续 10 秒以
12、上，电源电压低于 9 伏且持续一秒以上，后备系统将进入工作状态，确保车辆任然保持基本运行状态。2.2 电子液力式动力转向系统电子液力式动力转向系统，可通过电子电磁阀动作，实现动力转向液压控制回路根据车速变化，当汽车以低速行驶时操舵力减轻，而在中低速以上随手感变化来改变操舵力大小电控动力转向系统的结构原理与检修第 8 页 共 27 页图 2-4 电子液力转向系统图 2-4 为电子液力式动力转向系统构造。主要由油泵、电磁阀、分流阀、动力缸、转向齿轮箱与控制阀等构成(储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构)。2.21 构造（1）转向齿轮
13、箱。扭杆上端与控制阀轴、下端与小齿轮轴上端以销钉与回转阀连接。转向盘通过转向轴与控制阀连接。因此，转向盘回正力，可通过扭杆与控制阀轴传递到小齿轮。当 扭杆受到扭矩作用时，控制阀与回转阀相应发生回转运动。并使各种油孔连通状态发生变化，可控制动力缸的油压流量，变化动力缸左、右室油路通道。在油压反力室受到高压作用时，柱塞将推动控制阀轴。此时，扭杆即使受到扭矩作用，由于柱塞推力的影响，也会限制控制阀轴与回转阀的相对回转。（2）分流阀。具有将油泵输出的动力油分流至回转阀与电磁阀两侧作用。即使电磁阀与回转阀侧的油压变化，分流阀也可以以一定流量并根据车速与操舵力的变化，向电磁阀供给油液。（3）电磁阀。电磁阀
14、由滑阀、电磁线圈、油路通道等构成。电磁阀油路的阻尼面积，可随电磁线圈通电电流占空比（通断比）变化。通电电流大时，滑阀被吸引，油路的阻尼面积增大，流向油箱的回油量增加。车速降低，通电电流大，阻尼面积大，油液将流回油箱，随着车速升高，电流减小，油液回油量也减少。电控动力转向系统的结构原理与检修第 9 页 共 27 页2.2.2 工作原理电子液力式转向系统具有 3 种状态。电脑（ECU）根据车速传感器信号判断出车辆停止、低速状态与中高速状态，控制电磁阀通电电流大小。（1）停车与低速状态。由于流向电磁阀通电电流大，经分流阀分流的 油液通过电磁阀回流油箱，故柱塞受到的背压（油压反力室压力）小。因此，柱塞
15、推动控制阀柱的力矩和转向盘回正力矩可在扭杆处产生较大扭矩。回转阀被控制在小齿轮轴上，控制阀随扭杆扭转作用相应回转，使两阀油孔连通，油泵输出油压作用到动力缸左室(或右室)，使动力活塞右移（或左移），产生操纵助动力。（2）中高速直线行驶状态，车辆直线时，转向角度小，扭杆相对扭矩也小，回转阀与控制阀连通的油孔开度减小，回转阀侧压力升高。由于分流阀的作用，使电磁阀侧油量增加。同时随车速升高，通电电流减小，电磁阀阻尼面积减小，油压反力室压力增大，使柱塞控制阀柱的力矩增大。这样，操纵力增加了 扭杆的 扭矩作用，柱塞产生的反力手感增强，从而随手感来变操纵力。（3）中高速转向状态。在从存在油压反力的中高速直行
16、状态转向时，扭杆的扭杆的扭转角更加减小，回转阀与控制阀连通油孔的开度更加减小，使回转阀侧油压进一步升高。随着该油压上升，固定阻尼孔将向油压反力室供给油液，导致柱塞推力进一步增强。这样，操纵力将随转向角度的增大而增大，从而在 高速领域可获得稳定的操纵力。2.3 电动动力转向系统（EPS）结构原理1 电动助力转向系统 EPS(electricpowersteering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS 系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向电控动力转向系统的结构原理与检修第 10 页 共 27 页系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环
