大眾速騰轎車電控動力轉向系統檢測

◆文/江蘇 趙寶平 郭小紅

大眾速騰轎車電控動力轉向系統檢測

◆文/江蘇 趙寶平 郭小紅

汽車轉向系統是汽車底盤四大系統之一，也屬汽車安全系統重要組成部分，而機械轉向系統是依靠駕駛員操縱轉向盤的轉向力來實現車輪轉向的，在一定程度上增加了駕駛員的操作強度。動力轉向系統則是在駕駛員的控制下，借助于汽車發動機帶動液壓泵產生的液體壓力或電動機驅動力來實現車輪轉向的。隨著汽車技術及電子技術的發展，很多中高檔轎車上已安裝了電控電動式動力轉向系統。

電控電動式動力轉向系統是利用電動機產生的動力協助駕駛員進行動力轉向。不同的汽車電控電動式動力轉向系統的結構部件是不一樣的，但大體相似。一般是由轉向傳感器、轉向力矩傳感器、電子控制單元、電動機、減速器、機械轉向器及蓄電池電源構成的。

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

圖1 電控動力轉向系統特性曲線

一、電控動力轉向系統的結構

大眾速騰轎車電控動力轉向系統在車輛上的實際安裝位置如圖2所示。

圖2 大眾速騰轎車電控動力轉向系統安裝位置

圖3 所示為大眾速騰轎車電控動力轉向系統，由方向盤、帶方向盤轉角傳感器G85的轉向柱控制單元J527、轉向柱、轉向力矩傳感器G269、轉向齒輪、電子機械助力轉向電動機V187、轉向助力輔助控制單元J500等機構或部件構成。

圖3 大眾速騰轎車電控動力轉向系統構成

二、電控動力轉向系統的組成

1.轉角傳感器G85

轉角傳感器G85安裝在轉向柱上的轉向開關與方向盤之間，與安全氣囊時鐘彈簧集成為一體，其實物如圖4所示。

轉角傳感器G85的作用是檢測轉向盤的轉動角度和轉動速度，是電動助力的依據之一。該傳感器由轉子、發光二極管、光敏二極管和放大器等組成。其工作原理如圖5所示，發光二極管作為信號源，光敏二極管作為接收源。隨著轉子轉動，當透光孔與發光二極管對正時，光線照射到光敏二極管上產生高電位，經放大電路放大后輸送給ECU，如圖5(a)所示。當透光孔與發光二極管錯開時，光線不能照射到光敏二極管上，光敏二極管無電壓信號輸出，產生低電位輸送給ECU，如圖5(b)所示。如此反復后即形成圖5(c)所示方波信號，并通過CAN總線將該信號傳遞給轉向柱電控單元J527。J527分析轉角信號，將處理后的方向盤轉角信號、轉角速度信號傳遞給轉向輔助控制單元J500，J500結合轉向力矩傳感器G269、車速傳感器信號、電動機轉動速度信號進行處理，從而適時調整轉向助力大小。

圖4 轉角傳感器G85實物圖

圖5 轉角傳感器工作原理

當發現信號失效時，故障指示燈K161常亮，應急運轉模式啟動，電子助力轉向依然起作用。

2．轉向力矩傳感器G269

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

圖6 轉向力矩傳感器G269實物圖

轉向力矩傳感器的作用是測量轉向盤與轉向器之間的相對轉矩，是電動助力的控制依據之一。當轉動方向盤時，轉向柱連接塊和轉向小齒輪連接塊反向運動，即磁性轉子和磁阻傳感元件反向運動，發生磁場變化，在磁阻傳感元件兩端產生電位差。通過測量磁阻傳感元件兩端的電位差值，則轉向力(矩)的大小可以被測量出來，轉向力矩傳感器G269工作原理圖如圖7所示。

如果信號失效，轉向助力系統將關閉，但并不是馬上關閉，而是通過一個柔軟的逐步的過程。在此過程中，故障警告燈K161亮起。轉向助力的大小是由ECU通過電動機轉子角度和方向盤轉角等信號計算出的值所代替的。

圖7 轉向力矩傳感器G269結構及工作原理示意圖

3.轉向電動機V187

轉向電動機V187是無刷式異步伺服電動機，具有無扭矩波動、低噪聲、抗泥污、無額外摩擦、較寬的轉速范圍和溫度范圍等優點。其平均工作電流約2.5A，最大電流約80A,其實物圖如圖8所示。

圖8 轉向電動機V187實物圖

轉向電動機需要正反轉控制，圖9所示為一種比較簡單適用的控制電路，a1、a2為觸發信號端。當a1端得到輸人信號時，三極管VT3導通，VT2得到基極電流而導通，電流經VT2、電動機M、VT3、搭鐵而構成回路，于是電動機正轉。當a2端得到輸人信號時，電流則經VT1、M、VT4、搭鐵而構成回路，電動機則因電流方向相反而反轉。控制觸發信號端電流的大小，就可以控制通過電動機電流的大小。

圖9 轉向電動機V187電路圖

三、電控動力轉向系統的工作原理

電控動力轉向系統是利用直流電動機作為動力源，ECU根據各傳感器提供的信號，控制電動機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

當操縱轉向盤時，裝在轉向盤軸上的轉角傳感器、轉矩傳感器不斷地測出轉向軸的轉角、轉矩信號，并與車速信號同時輸λ到ECU 。ECU根據這些輸λ信號，確定助力轉矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉向，調整轉向輔助動力的大小。電動機的扭矩通過減速機構減速增扭后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與工況相適應的轉向作用力。大眾速騰轎車電控動力轉向系統結構和傳動原理示意如圖11所示。

四、電控動力轉向系統的檢測

1.轉角傳感器G85的檢測

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

(1)打開點火開關，用萬用表20 V直流電壓檔測量電源線與接地線之間的電壓。電壓值應在標準值范圍內，否則為電控單元J527故障或傳感器與J527之間導線發生故障。

(2)將診斷連線一端與安裝有VAS-5051B軟件的計算機連接，轉動方向盤，讀取轉向傳感器信號值。信號值應在標準值范圍內，否則為傳感器損壞。

圖11 大眾速騰轎車電控動力轉向系統結構和傳動原理示意圖

圖12 轉向傳感器G85接線圖

2.轉向力矩傳感器G269的檢測

轉向力矩傳感器G269電路接線如圖13所示。4根導線均與轉向輔助控制單元J500相連，分別為電源線、信號線1、信號線2、接地線。檢測時，其操作步驟如下。

(1)打開點火開關，用萬用表20V直流電壓擋測量電源線與接地線之間電壓。電壓值應在標準值范圍內，否則為電控單元J500故障或傳感器與J500之阿的導線發生故障。

(2)轉動方向盤，用萬用表20V直流電壓檔測量信號線1與信號線2之間的電壓，電壓值應在標準值范圍內，否則為傳感器損壞。

3.轉向電動機V187的檢測

轉向電動機V187電路接線如圖14所示。2根導線均與轉向輔助控制單元J500相連，分別為電源線、接地線。檢測時，其操作步驟如下。

(1)用萬用表20V直流電壓檔測量電源線與搭鐵部位之間的電壓。電壓值應在標準值范圍內，否則為蓄電池與J500之間的導線發生故障。

(2)轉動方向盤，將萬用表串聯在蓄電池與J500之間或J500與接地線之間，用電流檔測量電源線、接地線之間的通過電流。電流值應在標準值范圍內，否則為V187或J500損壞。

圖13 轉向力矩傳感器G269接線圖

圖14 轉向電動機V187接線圖

相關知識銜接

1.電控電動式動力轉向系統所具備的優點

(1)能耗降低。電動助力轉向系統無液壓裝置是“按需型”系統，即只有轉向時系統才工作，消耗較少的能量。因而與液壓動力系統相比較，在各種行駛工況下均可節能80%～90%。

(2)輕量化顯著。液壓動力系統因有液壓缸、油泵、轉閥、液壓管道等部件，使系統結構復雜，零件數目多，占用空間大，布置不方便。電動助力轉向系統則表現出了明顯的優勢，系統結構緊湊，質量減輕，無油滲漏問題，系統易于布置等。

(3)優化助力控制特性。液壓助力的增減有一定的滯后性，反應敏感性較差，隨動性不夠。電動助力轉向系統由于采用電子控制，可以使轉向系統的轉向性能得到優化，增強隨動性。

(4)系統安全保護。當電動助力轉向系統出現故障時，即切斷電動機與助力齒輪機構的動力傳送，迅速轉為人工—機械轉向狀態。

(5)變傳動比轉向。

2.動力轉向系統的檢查與維護

(1)對機械液壓式動力轉向系統，平時的檢查一定要多注意儲液罐中的助力油是否缺失；高、低壓油管是否存在老化、磨損以及泄漏等現象；轉彎時方向盤打死的時間盡量不要太長。如果出現轉向沉重、噪聲大等現象，需及時從油泵、油管、V帶、內部壓力等方面去進行檢查。

(2)對電控液壓式動力轉向系統，平時也要注意助力油的多少。當警告燈亮時，一定要查明原因，及時修理。

(3)電控電動式動力轉向系統的結構相對簡單，但保養起來不是直接就能看到故障的，如果出現方向盤沉重、方向盤不好控制等轉向故障時，需盡快進行檢測修理。