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具有一系列的優點，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，即電液轉向系統和電動助力轉向系統。銳志乘用車電動轉向助力系統由電機提供動力。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的基本組成

    電動助力轉向系統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（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）。電動轉向助力系統直接使用電源，它不消耗發動機的機械動力，故不會直接影響發動機的運轉，從而比傳統的液壓助力轉向系統節省燃油。

    二、轉向助力系統的主要部件

    該電動助力轉向系統主要包括：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，直至溫度下降規定的允許值為止。

    (4)采用循環滾珠式減速機構。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滾珠式減速裝置。極小的鋼珠在四個極光滑的槽內循環滾動減速（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、逆變為三相電流電的功能。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、電動助力轉向系統的優點

    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的油泵直接由發動機的皮帶傳動，即使汽車不轉向時，液壓泵亦運轉，從而消耗發動機的動力。有資料統計，兩者相比，電動轉向系統比液壓轉向系統節油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定特性，可以通過軟件來進行調節和優化，而不受發動機轉速和功率的影響，其功能顯然優于傳統液壓助力系統；可配合車身穩定控制系統，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。即使發動機熄火，電動助力轉向系統還能照常工作，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，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，系統進入失效保護狀態，動力轉向系統停止工作。

    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進入保護狀態，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。銳志轉向系統使用了全電動方式，使轉向系統結構大為簡化，徹底解決了液壓泵和方向機漏油這一傳統轉向系統的弊端。但隨之而來的是電氣系統的防水問題。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，防止轉向系統的電氣插頭進水而引起故障。(汽車維修與保養)