汽车修理技师手册：电动电控动力转向系统

电动式电控动力转向系统，是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电动机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。另外，该系统由于利用电控单元控制，为转向系统提供了较高的自由度，同时还降低了成本和重量。

（一）结构与工作原理

电动式电控动力转向系统主要由转矩传感器、车速传感器、电控单元、电动机和减速机构组成，如图7-15所示。

图7-15 电动式电控动力转向系统的组成

1—转向盘 2—输入轴 3—电控单元 4—电动机 5—电磁离合器 6—转向齿条 7—横拉杆 8—转向轮 9—转向器 10—扭杆 11—转向齿轮 12—转矩传感器

在操纵转向盘时，转矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力。

1.转矩传感器

转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相对转矩，以此作为电动助力的依据之一。

图7-16为无触点式转矩传感器的结构及工作原理图。在输出轴的极靴上分别绕有A、B、C、D四个线圈，转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴AC、BD的对称面上。当在U、T两端加上连续的输入脉冲电压信号U_i时，由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在V、W两端检测到的输出电压信号U_o=0转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴A、D之间的磁阻增加，B、C之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，于是在V、W之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压U_i成正比。

图7-16 无触点式转矩传感器的结构及工作原理图

a）结构 b）工作原理图

所以，通过测量V、W两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，于是也就知道转向盘施加的转矩。

图7-17为滑动可变电阻式转矩传感器的结构。它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化，并经集电环传递出来作为转矩信号。

2.电动机

电动式电控动力转向系统上所采用的电动机，是在一般汽车用电动机基础上加以改进后得到的。

转向助力用直流电动机需要正反转控制，图7-18为一种比较简单适用的控制电路。a₁、a₂为触发信号端。当a₁端得到输入信号时，晶体管VT₃导通，VT₂得到基极电流而导通，电流经VT₂、电动机、VT₃搭铁而构成回路，于是电动机正转。当a₂端得到输入信号时，电流则经VT₁、电动机、VT₄搭铁而构成回路，电动机则因电流方向相反而反转。只要控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。

图7-17 滑动可变电阻式转矩传感器的结构

1—小齿轮 2—集电环 3—轴 4—扭杆 5—输出端 6—外壳 7—电位器

图7-18 电动机正反转控制电路

3.离合器(www.xing528.com)

图7-19为单片干式电磁离合器的工作原理图。当电流通过集电环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。

4.减速机构

减速机构有多种形式，图7-20为蜗轮蜗杆组成的减速机构。蜗杆的动力来自于电磁离合器和电动机，经蜗轮蜗杆减速增扭后，传送给转向轴，然后再通过其他部件传送给转向轮，以实现转向助力。

（二）电动式电控动力转向系统的控制

1.控制电路

控制电路框图如图7-21所示。控制电路的中心是8位的单片微型计算机，内装256字节的RAM，4K位的ROM和8位的A-D变换器。

图7-19 单片干式电磁离合器的工作原理图

1—集电环 2—线圈 3—压板 4—花键 5—从动轴 6—主动轮 7—滚动轴承

图7-20 减速机构

1—转矩传感器 2—控制臂 3—输入轴 4—扭杆 5—滑块 6—球槽 7—集电环 8—钢珠 9—蜗轮 10—蜗杆 11—电磁离合器 12—电动机

图7-21 控制电路框图

1—主转矩传感器 2—辅助转矩传感器 3—车速传感器 4—交流电动机 5—发动机转速 6—电流监视电路 7—放大电路 8—继电器 9、10—驱动电路 11—离合器 12—电动机

主传感器和辅助传感器的转矩、电动机的信号及电动机的电流信号，通过A-D变换器输入到微型计算机中，而车速信号、发动机转速、蓄电池电压和起动机开关的通断状态、交流发电动机的L端子电压则通过接口电路输入到微型计算机中。

转矩信号通过A-D变换器输入到计算机后，计算机根据车速范围按照规定的转矩——电动机电流变换值，确定出电动机的电流指令值，把电流指令值输入到D-A变换成模拟信号，之后输入到电流控制电路中去；同时，计算机还输出电动机的旋转方向指示信号，这个信号输入电动机的驱动电路后，便决定了电动机的旋转方向。

电流控制电路，把上述的已成为模拟信号的电流指令与电动机的实际电流相比较后，产生二者幅度相同的斩波信号。驱动电路收到斩波信号与旋转方向指令信号之后，则输出指令，驱动功率MOS-FET电路，控制电动机的电流，使其按规定的方向旋转。

当超过规定的车速时，离合器的驱动信号被切断，电动机与减速机构分离，同时电动机也停止工作。

2.故障诊断与安全保护

控制元件具有故障自我诊断功能，当发生电气系统故障时，能自动停止助力。同时，计算机可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮。维修时可读取故障码，找出故障原因。

出现电气故障后，控制电路停止向电动机供电，在装有离合器的电控动力转向系统上，离合器脱开，恢复到手动控制转向。