丰田锐志电动助力转向剖析

丰田锐志电动助力(图)
新款锐志乘用车装备的是目前较新型的电动转向装置。

现代汽车的动力转向，有液压式和电动式两种类型，绝大多数汽车采用液压动力转向。

由于电动助力转向系统具有一系列的优点，所以在现代汽车上使用日益增多。

电动助力转向有两种基本形式，即电液转向系统和电动助力转向系统。

锐志乘用车电动转向助力系统由电机提供动力。

该电动转向的结构比较复杂，技术含量较高。

本文对该系统的结构及基本原理及其常见故障进行分析，希望对同行能有所帮助。

一、锐志乘用车电动助力转向系统的基本组成
电动助力转向系统是由转向控制单元控制转向电机工作来实现助力的转向系统（如图1所示）。

驾驶员操纵方向盘的转向力矩，通过转向齿轮和转向拉杆传到汽车的转向轮上；与此同时，电子控制单元再根据目前驾驶员操纵方向盘的转向力矩、当时行驶的车速和一定的设计要求，计算出所需要的转向助力。

而所需的转向助力是通过调整电机的电压和电流来实现的，所以转向轮上最终得到的转向力矩，是驾驶员转向力矩和转向电动助力之和（后者远大于前者）。

电动转向助力系统直接使用电源，它不消耗发动机的机械动力，故不会直接影响发动机的运转，从而比传统的液压助力转向系统节省燃油。

二、转向助力系统的主要部件
该电动助力转向系统主要包括：由方向盘直接驱动的转矩传
感器，其下部的小齿轮驱动齿条；转向电机，装于转向管柱的中部；减速装置，采取与电机转子内壳配套的循环滚珠式减速齿轮；转角传感器，反映助力电机的转角和转向；齿条轴的外壳及左右横拉杆。

其结构如图2所示。

1.转向扭矩传感器结构与工作原理
转向扭矩传感器包括两部分，分别安装在方向盘的输入轴和转向小齿轮的输出轴上。

(1) 转子部分由上下两层构成，且均装有转矩传感器（如图2所示）。

输入轴和输出轴是由一根细金属销连接成一体，转子部分上方有销孔（如图3所示）。

输入轴和输出轴两者上部是钢性连接，由汽车方向盘的转轴即输入轴驱动。

其下层转子带动小齿轮推动齿条的平移，驱动转向轮左右转向。

转向扭矩传感器的上层部分由方向盘直接驱动，由于下端没有负载，所以它的转动量与方向盘转轴完全同步。

但转矩传感器的下层部分带有转向小齿轮（有一定阻力），中间通过细扭杆驱动，导致下层转子的转动量相对较小，这就造成上、下层转子在机械上会产生相对角位移差。

当汽车转向时，在不同的道路条件遇到不同的转向阻力时，输入轴与输出轴这两个转轴会产生与转向转矩大小相应的角度差。

(2) 定子部分亦有上下两层线圈，分别对应转子的上下部。

定子线圈部分有两种线圈分布，分别是励磁线圈和检测线圈（如图4所示），其上共有七根不同颜色的细导线与外界联系。

其励磁线圈对转子部分的线圈通过电磁感应起励磁作
用；检测线圈则将输入、输出轴的上下角差（转向转矩）检测出来，向电子控制单元输送电信号，这个电信号是以定子线圈上的两列正弦波的相位差，反映此时转矩传感器检测到的转矩大小。

2.助力电机及减速器的结构与工作原理
在转向器中部柱管内壁，安装有助力电机及减速器（如图2所示）。

助力电机为无电刷的三相交流电机，定子线圈为三相双星形连接（如图5所示），电机转子是强永磁式的。

此电机设计的转动惯量较小，便于汽车行驶时灵活的变转向操作。

该电机的改变旋转方向极方便，只是将三相电源任意两相间进行
换接即能实现迅速的转向助力操作。

而且此电机具有低噪声、高转矩的特点，能克服行驶各种道路时的转向阻力，进行灵活转向操作。

(2) 供给助力电机的电源为27~34V的三相交流电压。

此电动助力转向控制单元中，还专门设置有提升电压的逆变器和电感储能线圈，由类似三相桥式、能将蓄电池的电压转为27~34V的电路完成。

当驾驶员操纵方向盘时，则会自动根据转向阻力大小，输出27~34V之间的可变电压；当驾驶员未打方向或车辆直线行驶时，电机不运转，此时电机的电压为0。

(3) 通过控制助力电机的电流，来控制转向助力的大小。

电动助力转向装置的控制单元接收转矩传感器和车速传感器的信号，并且根据转角传感器的数据判断当前车辆行驶状况，决定施加给转向电机的助力电流大小（如图6所示）。

转向电机还有过热保护功能，当温度超过规定值，为保护电源和电机不致过载，此时应限制电机的助力电流，直至温度下降规定的允许值为止。

(4) 采用循环滚珠式减速机构。

为降低转向电机的转速，以获得更大的力矩，采取了与电机转子内壳配套的循环滚珠式减速装置。

极小的钢珠在四个极光滑的槽内循环滚动减速（如图2所示），将动力传递给齿条轴作直线运动，推动两个转向轮左右摆动，以驱动汽车进行转向。

由于钢珠极小，在精细加工的导槽内循环滚动，故传动噪声极微。

3.转角传感器的结构与工作原理
该传感器属于电磁感应式传感器，能将转向电机的转向角度信号输出到控制单元。

这个传感器转子为凸极式，转子与电机转子是连成一体的。

定子线圈呈圆环状，套在转子外，通
过电磁感应原理，检测出转子的转角。

在拆检时不能单独取下此转角传感器，只能通过解体转向器总成时，才能拆检。

但可通过定子上的电路接插件进行检测。

转向控制单元安装在蓄电池的下方，除有处理传感器信号功能外，控制单元还有提升蓄电池电压、逆变为三相电流电的功能。

亦缩短了控制单元与动力转向机总成之间的电缆长度，可减小线路的电压降。

三、电动助力转向系统的基本工作原理
1.转向助力的控制信号流程
转向助力的控制信号流程如图7所示。

2.转向初始化的功能
当更换或检拆方向盘、转向柱、转向控制单元等部件时，应对转向的电气控制系统进行初始化设定，可用检测仪或手工设定，手工初始化的具体方法是：
(1) 用导线短接Tc和底盘的搭铁线CG端子，
(2) 将点火开关接通；
(3) 再用线短接Ts 和 CG 端子；
(4) 在 20 s内断开/连接 Tc 端子 20 次；
(5) 确认 P/S 警告灯点亮；
(6) 关闭点火开关，完成电气初始化工作。

电动转向初始化接插件如图8所示。

四、电动助力转向系统的优点
1.可有效地提升全车的经济性
电动转向只是在驾驶员操纵汽车转向时才消耗电力，而车辆90%以上的行驶过程不需要转向，不转向时不消耗电力。

而液压助力转向系统的油泵直接由发动机的皮带传动，即使汽车不转向时，液压泵亦运转，从而消耗发动机的动力。

有资料统计，两者相比，电动转向系统比液压转向系统节油3%。

2.使汽车转向控制更加灵活
方向盘的转向特性、转向手感和汽车的稳定特性，可以通过软件来进行调节和优化，而不受发动机转速和功率的影响，其功能显然优于传统液压助力系统；可配合车身稳定控制系统，在不同车速下可实现最佳的转向响应和转向力。

3.路感强、控制响应快
低速行驶时，电动系统提供较大的助力，助力程度随车速提高而逐渐降低。

为了改善行驶的舒适性，大多数现代汽车装有较宽的低压轮胎，这样增加了轮胎与路面的接触面积，行驶阻力变大时能获得更大的转向助力。

即使发动机熄火，电动助力转向系统还能照常工作，因此很适用于电动汽车或混合动力汽车。

4.外围结构简单
整个转向装置的质量实现轻量化，结构更紧凑。

由于没有液压系统，可省去漏油、换油、换皮带等维护工作。

五、锐志转向沉重故障一例
故障现象
一辆2006款锐志乘用车，在行驶过程中，发现转向异常沉重，同时P/S灯点亮（如图9所示）。

故障诊断与排除
读取故障代码为C1525、C1526、C1528。

其含义是转角传感器初始化未完成；以及电动机旋转角度传感器故障。

维修资料指出，当出现C1528故障代码时，系统进入失效保护状态，动力转向系统停止工作。

用丰田专用检测仪IT-II清除故障代码，C1528可以清除，而C1525、C1526始终无法清除。

再对转角传感器进行初始化，结果检测仪显示初始化失败，说明电动机旋转角度传感器确实存在故障。

在拔下转角传感器接插头时发现其内部有进水的痕迹，线插已覆盖了一层绿色的铜锈，出现电腐蚀现
象。

插头进水使传感器信号发生短路，电动转向控制单元接收不到角度传感器信号，使电动助力转向系统进入保护状态，转向助力停止工作，控制单元同时记录故障代码C1528。

故障排除非常简单，清除插头内的水分和铜锈，再用IT-II 对马达转角传感器进行初始化，故障彻底排除。

P/S灯不再点亮，方向盘转动轻松灵活，故障排除。

维修小结
电气接插件的防水问题应得到足够的重视。

锐志转向系统使用了全电动方式，使转向系统结构大为简化，彻底解决了液压泵和方向机漏油这一传统转向系统的弊端。

但随之而来的是电气系统的防水问题。

转向机安装在车辆的最底部，在大雨天或浸水的路面上行驶可能使转向机的插头进水而使系
统无法正常工作。

虽然插头已经作了防水措施，但当其完全浸入水中时仍有进水的可能。

该车的故障就是在雨天发生的，这一现象提醒我们的车主朋友在大雨天或涉水行驶时要特别小心，尽量躲开深水区，防止转向系统的电气插头进水而引起故障。

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