豐田銳志電動助力故障檢測與排除

銳志電助力

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    新款銳志乘用車裝備的是目前較新型的電動轉向裝置。現代汽車的動力轉向，有液壓式和電動式兩種類型，絕大多數汽車采用液壓動力轉向。由于電動助力轉向系統(tǒng)具有一系列的優(yōu)點，所以在現代汽車上使用日益增多。電動助力轉向有兩種基本形式，即電液轉向系統(tǒng)和電動助力轉向系統(tǒng)。銳志乘用車電動轉向助力系統(tǒng)由電機提供動力。該電動轉向的結構比較復雜，技術含量較高。本文對該系統(tǒng)的結構及基本原理及其常見故障進行分析，希望對同行能有所幫助。

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    一、銳志乘用車電動助力轉向系統(tǒng)的基本組成

    電動助力轉向系統(tǒng)是由轉向控制單元控制轉向電機工作來實現助力的轉向系統(tǒng)（如圖1所示）。駕駛員操縱方向盤的轉向力矩，通過轉向齒輪和轉向拉桿傳到汽車的轉向輪上；與此同時，電子控制單元再根據目前駕駛員操縱方向盤的轉向力矩、當時行駛的車速和一定的設計要求，計算出所需要的轉向助力。而所需的轉向助力是通過調整電機的電壓和電流來實現的，所以轉向輪上最終得到的轉向力矩，是駕駛員轉向力矩和轉向電動助力之和（后者遠大于前者）。電動轉向助力系統(tǒng)直接使用電源，它不消耗發(fā)動機的機械動力，故不會直接影響發(fā)動機的運轉，從而比傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)節(jié)省燃油。

    二、轉向助力系統(tǒng)的主要部件

    該電動助力轉向系統(tǒng)主要包括：由方向盤直接驅動的轉矩傳感器，其下部的小齒輪驅動齒條；轉向電機，裝于轉向管柱的中部；減速裝置，采取與電機轉子內殼配套的循環(huán)滾珠式減速齒輪；轉角傳感器，反映助力電機的轉角和轉向；齒條軸的外殼及左右橫拉桿。其結構如圖2所示。

    1.轉向扭矩傳感器結構與工作原理

    轉向扭矩傳感器包括兩部分，分別安裝在方向盤的輸入軸和轉向小齒輪的輸出軸上。

    (1)轉子部分由上下兩層構成，且均裝有轉矩傳感器（如圖2所示）。輸入軸和輸出軸是由一根細金屬銷連接成一體，轉子部分上方有銷孔（如圖3所示）。輸入軸和輸出軸兩者上部是鋼性連接，由汽車方向盤的轉軸即輸入軸驅動。其下層轉子帶動小齒輪推動齒條的平移，驅動轉向輪左右轉向。

    轉向扭矩傳感器的上層部分由方向盤直接驅動，由于下端沒有負載，所以它的轉動量與方向盤轉軸完全同步。但轉矩傳感器的下層部分帶有轉向小齒輪（有一定阻力），中間通過細扭桿驅動，導致下層轉子的轉動量相對較小，這就造成上、下層轉子在機械上會產生相對角位移差。當汽車轉向時，在不同的道路條件遇到不同的轉向阻力時，輸入軸與輸出軸這兩個轉軸會產生與轉向轉矩大小相應的角度差。

    (2)定子部分亦有上下兩層線圈，分別對應轉子的上下部。定子線圈部分有兩種線圈分布，分別是勵磁線圈和檢測線圈（如圖4所示），其上共有七根不同顏色的細導線與外界聯(lián)系。其勵磁線圈對轉子部分的線圈通過電磁感應起勵磁作用；檢測線圈則將輸入、輸出軸的上下角差（轉向轉矩）檢測出來，向電子控制單元輸送電信號，這個電信號是以定子線圈上的兩列正弦波的相位差，反映此時轉矩傳感器檢測到的轉矩大小。

    2.助力電機及減速器的結構與工作原理

    在轉向器中部柱管內壁，安裝有助力電機及減速器（如圖2所示）。

    助力電機為無電刷的三相交流電機，定子線圈為三相雙星形連接（如圖5所示），電機轉子是強永磁式的。此電機設計的轉動慣量較小，便于汽車行駛時靈活的變轉向操作。該電機的改變旋轉方向極方便，只是將三相電源任意兩相間進行換接即能實現迅速的轉向助力操作。而且此電機具有低噪聲、高轉矩的特點，能克服行駛各種道路時的轉向阻力，進行靈活轉向操作。

    (2)供給助力電機的電源為27~34V的三相交流電壓。此電動助力轉向控制單元中，還專門設置有提升電壓的逆變器和電感儲能線圈，由類似三相橋式、能將蓄電池的電壓轉為27~34V的電路完成。當駕駛員操縱方向盤時，則會自動根據轉向阻力大小，輸出27~34V之間的可變電壓；當駕駛員未打方向或車輛直線行駛時，電機不運轉，此時電機的電壓為0。

    (3)通過控制助力電機的電流，來控制轉向助力的大小。電動助力轉向裝置的控制單元接收轉矩傳感器和車速傳感器的信號，并且根據轉角傳感器的數據判斷當前車輛行駛狀況，決定施加給轉向電機的助力電流大小（如圖6所示）。

    轉向電機還有過熱保護功能，當溫度超過規(guī)定值，為保護電源和電機不致過載，此時應限制電機的助力電流，直至溫度下降規(guī)定的允許值為止。

    (4)采用循環(huán)滾珠式減速機構。為降低轉向電機的轉速，以獲得更大的力矩，采取了與電機轉子內殼配套的循環(huán)滾珠式減速裝置。極小的鋼珠在四個極光滑的槽內循環(huán)滾動減速（如圖2所示），將動力傳遞給齒條軸作直線運動，推動兩個轉向輪左右擺動，以驅動汽車進行轉向。由于鋼珠極小，在精細加工的導槽內循環(huán)滾動，故傳動噪聲極微。

    3.轉角傳感器的結構與工作原理

    該傳感器屬于電磁感應式傳感器，能將轉向電機的轉向角度信號輸出到控制單元。這個傳感器轉子為凸極式，轉子與電機轉子是連成一體的。定子線圈呈圓環(huán)狀，套在轉子外，通過電磁感應原理，檢測出轉子的轉角。在拆檢時不能單獨取下此轉角傳感器，只能通過解體轉向器總成時，才能拆檢。但可通過定子上的電路接插件進行檢測。

    轉向控制單元安裝在蓄電池的下方，除有處理傳感器信號功能外，控制單元還有提升蓄電池電壓、逆變?yōu)槿�相電流電的功能。亦縮短了控制單元與動力轉向機總成之間的電纜長度，可減小線路的電壓降。

    三、電動助力轉向系統(tǒng)的基本工作原理

    1.轉向助力的控制信號流程

    轉向助力的控制信號流程如圖7所示。

    2.轉向初始化的功能

    當更換或檢拆方向盤、轉向柱、轉向控制單元等部件時，應對轉向的電氣控制系統(tǒng)進行初始化設定，可用檢測儀或手工設定，手工初始化的具體方法是：

    (1)用導線短接Tc和底盤的搭鐵線CG端子，

    (2)將點火開關接通；

    (3)再用線短接Ts和CG端子；

    (4)在20s內斷開/連接Tc端子20次；

    (5)確認P/S警告燈點亮；

    (6)關閉點火開關，完成電氣初始化工作。

    電動轉向初始化接插件如圖8所示。

    四、電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點

    1.可有效地提升全車的經濟性

    電動轉向只是在駕駛員操縱汽車轉向時才消耗電力，而車輛90%以上的行駛過程不需要轉向，不轉向時不消耗電力。而液壓助力轉向系統(tǒng)的油泵直接由發(fā)動機的皮帶傳動，即使汽車不轉向時，液壓泵亦運轉，從而消耗發(fā)動機的動力。有資料統(tǒng)計，兩者相比，電動轉向系統(tǒng)比液壓轉向系統(tǒng)節(jié)油3%。

    2.使汽車轉向控制更加靈活

    方向盤的轉向特性、轉向手感和汽車的穩(wěn)定特性，可以通過軟件來進行調節(jié)和優(yōu)化，而不受發(fā)動機轉速和功率的影響，其功能顯然優(yōu)于傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)；可配合車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)，在不同車速下可實現最佳的轉向響應和轉向力。

    3.路感強、控制響應快

    低速行駛時，電動系統(tǒng)提供較大的助力，助力程度隨車速提高而逐漸降低。為了改善行駛的舒適性，大多數現代汽車裝有較寬的低壓輪胎，這樣增加了輪胎與路面的接觸面積，行駛阻力變大時能獲得更大的轉向助力。即使發(fā)動機熄火，電動助力轉向系統(tǒng)還能照常工作，因此很適用于電動汽車或混合動力汽車。

    4.外圍結構簡單

    整個轉向裝置的質量實現輕量化，結構更緊湊。由于沒有液壓系統(tǒng)，可省去漏油、換油、換皮帶等維護工作。

    五、銳志轉向沉重故障一例

    故障現象

    一輛2006款銳志乘用車，在行駛過程中，發(fā)現轉向異常沉重，同時P/S燈點亮（如圖9所示）。

    故障診斷與排除

    讀取故障代碼為C1525、C1526、C1528。其含義是轉角傳感器初始化未完成；以及電動機旋轉角度傳感器故障。維修資料指出，當出現C1528故障代碼時，系統(tǒng)進入失效保護狀態(tài)，動力轉向系統(tǒng)停止工作。

    用豐田專用檢測儀IT-II清除故障代碼，C1528可以清除，而C1525、C1526始終無法清除。再對轉角傳感器進行初始化，結果檢測儀顯示初始化失敗，說明電動機旋轉角度傳感器確實存在故障。在拔下轉角傳感器接插頭時發(fā)現其內部有進水的痕跡，線插已覆蓋了一層綠色的銅銹，出現電腐蝕現象。插頭進水使傳感器信號發(fā)生短路，電動轉向控制單元接收不到角度傳感器信號，使電動助力轉向系統(tǒng)進入保護狀態(tài)，轉向助力停止工作，控制單元同時記錄故障代碼C1528。故障排除非常簡單，清除插頭內的水分和銅銹，再用IT-II對馬達轉角傳感器進行初始化，故障徹底排除。P/S燈不再點亮，方向盤轉動輕松靈活，故障排除。

    維修小結

    電氣接插件的防水問題應得到足夠的重視。銳志轉向系統(tǒng)使用了全電動方式，使轉向系統(tǒng)結構大為簡化，徹底解決了液壓泵和方向機漏油這一傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的弊端。但隨之而來的是電氣系統(tǒng)的防水問題。轉向機安裝在車輛的最底部，在大雨天或浸水的路面上行駛可能使轉向機的插頭進水而使系統(tǒng)無法正常工作。雖然插頭已經作了防水措施，但當其完全浸入水中時仍有進水的可能。該車的故障就是在雨天發(fā)生的，這一現象提醒我們的車主朋友在大雨天或涉水行駛時要特別小心，盡量躲開深水區(qū)，防止轉向系統(tǒng)的電氣插頭進水而引起故障。(汽車維修與保養(yǎng))