电控助力转向系统

图3-17 与齿轮齿条式转向器配用的动力转向系 1-车速表；2-电控装置；3-储油罐；4-油泵； 5-齿轮齿条式转向器；6-传感器

助力转向系统

第一节 机械转向系统

一、特点

机械转向系很难满足高速轿车转向时既要灵敏又要操纵省力的要求，并且重型载货车及越野车，由于前桥负荷较大，行驶条件较差，机械转向系也满足不了操纵轻便和行车安全的要求。因此，为了减轻驾驶员的疲劳程度，增加驾驶舒适性，保证行车安全，在一些车型中加装了转向加力装置。转向加力装置以发动机输出的动力为能源，在转向时，只有一小部分是驾驶员的体能，大部分是发动机提供的液压能或气压能及电机提供的电能。由于液压系统工作压力高，固其部件尺寸小，并且工作时无噪音，工作滞后时间短，还能吸收来自不平路面的冲击，因此在各类车上液压转向加

力装置广泛应用。

二、工作过程

当汽车直线行驶时，转向控制阀使

得转向动力缸活塞两侧都和低压油路

及转向油罐相通，压力相等，转向动力

缸不动，油泵空转，油液处于低压流动

状态。当驾驶员转动方向盘，通过机械

转向器使流量控制阀处于某一工作位置，

此时，转向动力缸活塞一侧与回油管隔

绝，与油泵相通，压力升高(由于地面转向阻力通过转向传动机构传到动力缸的推杆和活塞上形成较大的油泵输出阻力)；另一侧仍然与回油管路相通，压力较低，转向动力缸活塞移动，产生推力。转向盘停止转动后，转向控制阀回到中立位置，动力缸停止工作。由于无论汽车是否处于转向状态，液压系统管路中的油液总是在流动，压力较低，只有在转向时才产生瞬时高压。

第二节 电液控制助力转向系统

一、 系统组成

（一）转向助力油泵

车上使用的都是叶片泵，该泵的供油量为15cm3/每转。系统最大工作压力为125bar。（二）转向机

主要由齿条、小齿轮和支承机构、活塞、转动滑

阀构成。齿条的齿部是采用不同的模数和压力角来制

造的，这样就可在将方向盘的旋转运动转换成为齿条

的往复直线运动的过程中实现可变传动比。这种可变

传动比在转向角度较大时，可以提供更直接的反应。

转动滑阀内的扭杆通过一个万向节直接与转向柱轴直

接相连，扭杆的上端通过销子与转动滑阀刚性相连，

扭杆的下端用销子连在齿条小齿轮和导向衬套上。司

机做出的转向动作会在扭杆上产生作用力，于侧力时

发生的扭转是一样的。转动滑阀与扭杆一同相对于导

向衬套转动。这就会使得转动滑阀和导向衬套上的槽

和过渡孔的相对位置发生变化。因此某些机油道就打开，某些机油道就关闭，这取决于转动滑阀和导向衬套之间的转角变化。

二、控制原理

（一）中间位置

如果方向盘上没有作用力，那么工作缸与和压力管是与机油罐相连的，系统内没有建立起压力。

（二）车轮左转

如果司机向左转动方向盘，那么扭杆和转动滑阀就会跟着扭转。发生扭转的原因是：轮胎和路面会对车轮转动形成阻力。由于这个扭转，从压力管到右工作缸的一个机油道就打开了。左工作缸与通往机油罐的回油管相连。活塞上作用有

车轮左转的力。转动滑阀的扭转运动一直在进行着，直至

活塞力和司机的转向力之和增大到足以转动车轮为止。伴

随着齿条小齿轮的运动，扭杆的下端也会与导向衬套一起

转动。这个运动一直在进行着，直至扭杆的扭转以及转动

滑阀与导向衬套之间的相对扭转均停止为止（中间位置）。

接机油罐的回油管再次与工作缸和压力管相连，系统有回

到几乎无压力的状态。每次方向盘上又有作用力时，扭杆

就会扭转，上面所述过程又重新开始进行。

如果有一个反向作用力（比如因路面不平而产生的），那么助力转向装置能起减振作用。于是扭杆会发生扭转，其原因是齿条的力作用到了小齿轮和扭杆上。转动滑阀和导向衬套相继发生扭转而偏离零位，于是压力机油就到达工作缸油腔内，从而克服齿条运动产生的力。（三）电磁阀的控制

电磁阀是一个电液比例阀。在没通电时,这个电磁阀是呈打开状态的.该电磁阀上的通电电流越强，阀上开口的横截面就越小。工作过程是车速越高，司机在转向时转动方向盘所需要使用的力也就越小，所有的转向系统均如此（无论有还是没有助力转向）。因此在设计转向机构时就需要进行综合考虑。必须防止在车速较

高时，转向过于轻松。系统可以根据车速来调节作用在方向盘上的操纵扭矩大小。最大转向助力发生在车静止或非常慢时（如在驻车时）。

工作原理：反作用活塞在导向衬套的上面，该活塞与转动滑阀相连，从而也就与扭杆连在一起，该活塞通过滚珠支承在与导向衬套相连的的定心件上。在未操纵方向盘时（也就是

扭杆没有发生扭转）,这些滚珠都

在一个截球形导轨内，这时机油会

注入反作用活塞上部的腔内。根据

机油压力的大小不同，反作用活塞

作用在滚珠上（也就是导向衬套

上）的力也在改变。机油压力越大，

这个作用力就越大，司机操纵方向

盘所需要的操纵扭矩就越大。该电

磁阀是由供电控制单元来控制的。

控制单元的输入信号是来自ESP控

制单元的车速信号。该电磁阀的开

口横截面越大，阀上的压降就越

小，那么反作用活塞上部腔内的压力就越大。这样就可以根据车速来采用不同的方式去控制工作原理还有两个优点，滚珠的截球形导轨会加强中心定位的能力，因此，车的直线行驶稳定性（尤其在车速很高时）就得到提高。机油压力和流量都不会降低，这样就可随时应对紧急情况（如在不可预见的情况下突然进行转向校正）。

第三节电控助力转向系统（速腾）

一、电控助力转向的优点

随着电子控制系统在汽车上的进一步应用，同时社会对能源的需求加大和对环境保护的重视，促使电控助力转向的产生。众所周知转向助力的作用使人的驾驶方便、汽车转向更加灵活。一般所说的助力转向指液力助力，它的主要缺点是；占用发动机动力、机械原因引起的故障率高。电控转向能避免以上的缺点，同时有以下优点：

?没有液力转向泵、油管、油罐、滤清器，没有液体的流动，没有复杂的管路系统。

?减少装配空间。

?降低噪音。

那么助力转向的元件都装在转向齿轮上，并且可以直接操作。值得注意的是能量的节约；液力助力系统无论是否转向时都需要一个

连续不断的液力回路，而电子机械助力转向系统仅在真正施加转向力

时才消耗能量。这直接导致减少燃油的消耗。

驾驶员在各种工况下都有最佳的驾驶感觉是依赖于：

?良好的直线行驶能力（由电子机械转向系统使转向轮回到中心位置）

?直接可以轻松柔和的转向力输入

?即使行驶在不平的路面上也没有令人不舒服的反作用力。

电子机械动力转向系统每100Km最大可节省0.2L的燃油。

二、电控系统的组成：

系统由：

- 方向盘

- 带方向盘转角传感器的转向柱控制单元- 转向柱

- 转向力矩传感器

- 转向齿轮

- 电子机械助力转向电机

- 助力转向控制单元

控制单元根据实际工况控制助力的大小三、控制原理

当转动方向盘时，控制单元根据方向盘转角、方向盘转动速度、车速和转向力矩等信号，依据内部存储的数据计算出助力力矩，控制电机运转产生助力。

转向助力是通过存储在控制单元中的不变的特性图程序控制的，控制单元中存储了多种不同的特性图。特性图是在生产厂根据不同的整车装备分别设置的（如整车重量）。如果控制单元或转向系统发生了改变时，可以用VAS5051进行匹配。同时根据车的载荷不同又分轻重两部分特性曲线。每种特性图由五种不同速度的特性曲线组成（如0km/h、15km/h、50km/h、100km/h、250km/h）。特性曲线表明：助力转向力矩的总量是由输入的转向力矩和车速来决定的。

四、工作过程

：。

（一）随速功能

1、当司机旋转方向盘时助力转向系统开始工作。

2、作用在方向盘上的力引起了转向小齿轮的旋转，转向力矩传感器察觉的旋转，并将计算出的转向力传给控制单元。

3、方向盘转角传感器将正确的方向盘转动的角度传给控制单元，同时转子传感器将正确的转动速度传给控制单元。

4、根据转向力、发动机转速、车速、方向盘转角、方向盘转速以及存储在控制单元中的特性曲线图，控制单元计算出必要的助力力矩并控制电机开始工作。

5、由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生转向助力，电机是通过一

个蠕动齿轮驱动小齿轮，从而驱动转向齿条产生助力。

6、助力转向力矩和施加在方向盘上的力矩的总和是最终驱动转向齿条上的有效力矩（二）在停车时的转向操纵功能：

1、当车辆静止时，应保证驾驶员可以迅速的转动方向盘。

2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元，指示出一个大的转向力施加在方向盘上。

3、方向盘转角传感器将大的方向盘转动角度传给控制单元，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元。

4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为0km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=0km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“大”的助力力矩并控制电机开始工作。

5、这样在静止状态下，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“大”的转向助力，驱动转向齿条。

6、施加在方向盘上的力矩和“大”的助力转向力矩的总和是车辆在静止工况下最终驱动转向齿条上的有效力矩。

（三）在城市工况下的转向操纵功能：

1、当车辆城市工况下时，驾驶员转动方向盘。

2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元，指示出一个“中等”的转向力施加在方向盘上。

3、方向盘转角传感器将大的方向盘转动角度传给控制单元，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元。

4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为50km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=50km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“中等”的助力力矩并控制电机开始工作。

5、这样在此种工况下，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“中等”的转向助力，驱动转向齿条。

6、施加在方向盘上的力矩和“中等”的助力转向力矩的总和是车辆在城市工况下最终驱动转向齿条上的有效力矩

（四）在高速公路工况下的转向操纵功能：

1、在变换车道时，驾驶员对方向盘施加一个轻微的力。

2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元，指示出一个“小”的转向力施加在方向盘上。

3、方向盘转角传感器将大的方向盘转动角度传给控制单元，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元。

4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为100km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=100km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“小”的助力力矩并控制电机开始工作。

5、这样在高速公路上为实现变换车道，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“小”的转向助力，驱动转向齿条；或者根本就不助力。

6、施加在方向盘上的力矩和“最小”的助力转向力矩的总和是在高速公路上变换车道时最终驱动转向齿条上的有效力矩。

（五）主动回正功能：

1、如果驾驶员在转弯的过程中减少了施加在方向盘上的力，旋转杆上的扭转也相应减少。

2、转向力的减少的同时，包括转向角度和转向的速度都相应的减少，一个精确的回转速度也相应的计算出来。将其和转向角度和速度进行比较，其结果就是需要的回正力。

3、作用在方向盘上的转向回正力是由整个运动装置设计的结果，转向回正力经常很微弱，因为转向系统及悬挂系统的摩擦力就可以使车轮回到中心位置。

4、控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出电机需要的必要的回正力。

5、电机工作促使车轮回到直线向前行驶的方向，回到中心位置。

（六）直线行驶功能：

1、当车辆受到持续的侧向力时，如：侧向风。

2、驾驶员给方向盘一个力使车辆保持直线行驶状态。

3、控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出要保持直线行驶状态电机需要提供的必要力。

4、电机工作，车辆回到直线行驶状态，驾驶员不需要在用力保持方向盘了。

五、元件分析

（一）助力电机：

采用无电刷电机、无扭矩波动、低噪音，同时电机无磁性材料有抗泥污，此外电机无额外摩擦，有很宽的转速范围和温度范围。电机平均工作电流2.5 A最大电流80A。

（二）方向盘转角传感器：

安装在转向柱上，转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集成为一体。通过CAN 总线将方向盘转角信号传递给转向柱电控单元。控制单元分析转角信号。从而控制助力力矩。当信号失效后：转为应急运转模式起动，由替代值代替，电子助力转向依然起作用，只不过故障指示灯常亮。

（三）转向力矩传感器：

磁性转子和转向柱连接块为一体，磁阻传感元件和转向小齿轮连接块为一体，当转动方向盘时，转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即磁性转子和磁阻传感元件反向运动，因此转向力（矩）的大小可以被测量出来并传递给控制单元。

当信号失效后：转向助力系统将关闭，但并不是马上关闭，而是一个柔软的逐步的过程。在此过程中，助力转向力的大小是由控制单元通过电机转子角度和方向盘转角等信号计算出的值所代替。此时故障警报灯亮起。

（四）故障警报灯

故障警报灯会在转向助力< 60 %亮起!此时电动助力转向不会突然关闭，而是一个柔性的过程，这样不会使驾驶员产生过多的麻烦。

（五）控制单元

控制单元与电机直接相连，位于转向器上。当控制单元出现损坏后整体更换。若控制单元温度超过100 °C，电动助力转向会逐渐降低，当降低到60 %，警告灯会亮起，同时产生故障记忆。

故障实例：一辆速腾轿车在打方向时没有助力，电子助力泵不工作并拌有周性的“当当”的异响。

维修过程：

2.首先按照电路图，检查F2、F22保险丝正常完好；

3.检查电子助力泵模块插头，接触良好；

4.用试灯检查电子助力泵模块电源和搭铁，显示正常；

5.用X431读取故障码：B1900-20（电子助力泵模块无响应），故怀疑故障在电子助力泵模块，

更换新的模块后，故障依旧；

6.启动发动机后，检测电子助力泵模块的工作电压在9V - 12V之间频繁变动。检查电子助

力泵模块搭铁点（在变速箱的壳体上），怀疑搭铁接触不良，跨接一根线到蓄电池打铁点，电子助力泵开始工作。于是，拆下打铁点，打磨接触漆面后固定，重新启动发动机，故障排除。