电控动力转向系统的故障诊断与排除论文.docx

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电控动力转向系统的故障诊断与排除论文

引言

转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进方向，从而实现自己的驾驶意图。

一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。

到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。

汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。

传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。

汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。

液压助力系统HPS（HydraulicPowerSteering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。

该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。

由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。

这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。

第一章转向器的简要

转向器定义

　全液压转向器全液压转向器广泛应用于车辆转向和船舶液压舵。

驾驶人员通过它可以用较小的操纵力实现较大的转向力控制，并且在性能上安全、可靠、操纵上灵活、轻便。

　　转向器的操纵是全液压式，也就是说在转向柱和转向轮之间没有机械连接，在转向器与转向油缸之间是液压管或软管链接。

　　当转动，转向器根据方向盘转动比例输送相对的油量，该油量直接流到操纵缸相应一侧，同时另一侧的油量回到油箱。

　　BZZ转向器是一种转阀式全液压转向器，具有以下特点：

消除机械式联动装置，可以降低主机成本，提供可靠轻便的结构，操纵灵活轻便，安全可靠，可以很小的力矩进行连续无级控制转动，提供给控制回路以及主机尺寸广泛的选择面，能和多种转向油泵及液压供应系统连接。

转向器分类

　　转向器按结构形式可分为多种类型。

历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。

其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。

如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。

1）齿轮齿条式转向器

齿轮齿条式转向器

1—间隙调整压块2—调整弹簧3—调整弹簧压块4—压块塞

　　它是一种最常见的转向器。

其基本结构是一对相互啮合的和齿条。

转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。

有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。

所以，这是一种最简单的转向器。

它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。

在上得到广泛应用。

2）蜗杆曲柄销式转向器

　　它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。

蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。

转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。

这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。

3）循环球式转向器

循环球式转向器

　　循环球式：

这种转向装置是由将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。

这是一种古典的机构，现代已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。

它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋内循环滚动，循环球式故而得名。

4）齿轮齿条液压助力转向器

　　齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置。

国内经过10多年来的发展，已经形成成熟的研发和制造技术的厂家有转向器有限公司等企业。

转向系统发展

　　随着汽车工业的飞速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高，转向系统也随着科技的发展日新月异。

就目前而言，是转向行业前沿研究项目，按照其布局形式，可以分为助力、齿轮助力、齿条助力、拉杆助力、电液助力等形式。

以前在一些科幻电影中才能出现的无人飞机、等现在已经成为现实，转向系统也在朝着更加先进的方向发展，比如由JTEKT研究开发出来的先进线控转向系统等。

第二章电控动力转向系统的故障的现象

转向系常见的故障部位

转向系用来改变或回复汽车的行驶方向，它有机械转向系和动力转向系之分。

这里仅介绍动力转向系，动力转向系则是在机械转向系的基础上，增加了一套转向油泵，转向控制阀和转向动力缸组成的转向助力装置。

转向系出现故障，会影响汽车行驶方向和行驶稳定性，还关系汽车的行驶方向

动力转向系故障的主要现象

转向系常见的故障为转向沉重，转向不灵敏，前轮摆震等。

动力转向系助力不足或转向沉重的主要现象是：

装有液压助力转向器的车辆，转向时转向盘沉重或者存在忽轻忽重的现象。

转向不灵敏的现象：

汽车行驶转向时，需用较大幅度转动方向盘才能控制汽车的行驶方向，感到转向盘松旷量很大，有明显的间隙感，且在行驶时汽车方向不稳定。

前轮摆震的现象主要是：

汽车在中高速或者是某一个较高速运行时，转向轮绕主销摆振，汽车行驶不稳，严重时转向盘抖动，有振手的感觉。

动力转向器装置噪声的主要现象是：

发动机启动后或者车辆行驶过程中，液压助力装置发出不正常的响声。

第三章电控动力转向系统的故障对行驶性能的影响

近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。

相应的就出现了电液助力转向系统。

电液助力转向可以分为两大类：

电动液压助力转向系统EHPS（electro-hydraulicpowersteering）、电控液压助力转向ECHPS（electronicallycontrolledhydraulicpowersteering）。

EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。

ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。

电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。

现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。

为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。

但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够“灵”。

机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。

但是机械式转向器的结构特点注定“轻”与“灵”矛盾的存在（包括变传动比机械转向器），而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。

EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。

但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。

电动转向系统EPS（ElectricPowerSteering）把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。

与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。

作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。

通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。

根据助力位置不同分为三种形式：

1、转向柱助力式.2、小齿轮助力式.3、齿条助力式.由于EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。

电动助力转向最早应用在微型汽车上，1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展]。

其优点有：

1.EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。

并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。

2.EPS只在转向时电动机才提供助力（不像HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转），因而能减少燃料消耗。

3.由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。

4.EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。

5.EPS没有液压回路，比HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。

6.EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，改善了环保性。

7.EPS比HPS具有更好的低温工作性能。

电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。

电子转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。

电子转向系统SBW（Steer-By-Wire）是汽车转向方面最为先进和前沿的技术之一，具有很多优点：

1.取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。

同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力脑力负荷，提高“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。

同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。

2.电子转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。

3.电子转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。

4.电子转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。

要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的快速调整。

另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。

因此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。

5.与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。

6.对汽车生产商的好处。

传统转向系中转向柱安装要求提供足够的空间（左手或右手驾驶），而电子转向严格的控制了转向柱在发动机间隔内的自由度，表明了机械式的转向柱没有很好的利用发动机的空间。

7.对将来的好处：

提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有有用的信息才提供给驾驶员；方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件不断的调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环境进行调整，而不需要对系统进行重新设计；没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危险；·转向行为（减速、加速、自动转向）都被软件记录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。

SBW可以追溯到二十世纪六十年代末，当时德国Kasselmann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线连接，由于电子和控制技术的制约，一直无法在实车上实现，到1990年左右，世界上各大汽车厂商、研发机构等先后对SBW深入研究，到目前为止，在一些概念车上安装了改系统，SBW预示着未来汽车的一个发展方向。

目前应用广泛的助力转向器是传统液压助力系统、电液助力系统和电动助力系统。

数据表明，在世界范围内，电动转向器和电液转向器的使用会增加很快，2001年大约%的安装在新车中的转向器是这种节能型的。

即使是保守的估计，到2006年欧洲市场中电动转向器和电液转向器的份额会达到56%。

由于电动助力系统不仅可以提供汽车在高速下的操纵稳定性，还能减小转向系统的质量并节省能源，因而迎合了下一代汽车对环保的要求。

根据汽车车型的不同，使用电动助力系统能够降低燃油费用达5%～10%。

但是由于目前汽车电源和电机本身的一些原因，限制了电动助力在大型汽车上的应用。

随着未来技术的不断发展和进步，这一问题将会得到解决。

未来转向系统将会是以电动助力为主导，其他形式为辅。

第四章广州本田雅阁动力转向故障检测与分析

广州本田雅阁轿车采用常流式液压动力转向系统，该系统主要由动力转向装置、转向操纵机构和转向传动机构三部分组成。

动力转向装置包括动力转向器、动力转向油泵、储油罐、油液软管和管路等。

转向操纵机构包括转向盘（含驾驶席安全气囊总成）和转向轴等。

转向传动机构包括转向垂臂、转向拉杆、减振器及转向节臂等。

动力转向装置的转向器为齿轮齿条式，转向油泵为转子式。

动力转向系统的故障主要有一般故障、转向噪声和油液渗漏等。

一般故障主要包括转向沉重、转向冲击、转向不灵和转向回跳等。

这些故障有些可能与动力转向装置、转向操纵机构和转向传动机构均有关。

下面主要介绍因动力转向装置不良而引起的故障，对于转向操纵机构与转向传动机构引起的故障请参照一般车辆的故障进行分析。

转向沉重

1．故障现象：

行车转向时，转动转向盘感到沉重费力。

检查转向盘的转动力时，其值大于30N。

2．故障分析

（1）检查储油罐是否缺油，动力转向油泵驱动带是否打滑，同时应确认系统内无空气。

（2）检查动力转向油泵的压力。

在压力控制阀和截流阀全开情况下测量怠速时的静态油压，油压值应等于或略小于1500kPa，否则应检查动力转向器与动力转向油泵之间的进油和回油管路及软管是否堵塞、老化或变形。

若油管正常，则说明转向器转阀故障。

（3）若被测动力转向油泵的压力正常，则在压力控制阀和截流阀全闭的情况下，测量怠速时的油泵卸荷压力，其值应为7200～7800kPa。

若卸荷压力过低，则应检查流量控制阀与油泵总成是否正常。

（4）若上述检查的卸荷压力正常，则检查转向盘向左与向右转动时的转动力，两者的差值应≤，否则应检查油缸管路A与B是否变形或安装不当。

若油缸管路正常，则检查齿条轴是否弯曲变形。

齿条导向螺塞调整是否过紧。

若齿条导向螺塞调整正常，则说明转向控制阀故障。

（5）若左右两方向转向盘转向力的差值正常，则应检查并调整齿条导向螺塞，若通过调整齿条导向螺塞不能消除上述故障，则应更换动力转向器，若齿条导向常，则应检查动力转向装置以外的下列零部件是否存在下述故障：

①转向轴相关零部位卡滞、转动不自如；

②转向轴万向节故障；

③各球头销装配过紧或缺油；

④转向系统内机件相互干涉。

转向冲击或振动

1．故障现象：

当前轮达最大转向角时，车辆出现冲击或振动。

2．故障分析

（1）检查齿条导向螺塞的调整是否正确，并视情调整。

若经调整无效，则更换动力转向器。

（2）若齿条导向调整正确，则应检查动力转向油泵驱动带是否打滑，必要时进行调整其预紧力或予更换。

转向不灵、操纵不稳

1．故障现象：

要较大幅度地转动转向盘，才能控制汽车的行驶方向；汽车直线行驶时感觉行驶不稳定。

2．故障分析

（1）检查齿条导向螺塞的调整是否正确，并视情进行调整；

（2）检查动力转向油泵驱动皮带是否打滑，并视情调整其预紧力，必要时更换驱动带；

（3）检查怠速转速是否过低或怠速不稳。

在发动机怠速或车辆低速行驶时转动转向盘，若发动机熄火，则说明发动机怠速不正常，应予调整；

（4）检查储油罐是否缺油、动力转向系统内是否有空气。

转向回跳

1．故障现象：

车辆转弯时，转向盘有生硬、回跳现象。

2.故障分析

（1）检查动力转向油泵驱动带是否因打滑致使油泵瞬时停止工作而失去助力作用。

若是，则调整驱动带预紧力，必要时更换驱动带。

（2）安装动力转向压力表，在压力控制阀和截流阀完全关闭的情况下测量油泵压力。

若油泵压力超过500kPa,则应检查流量控制阀是否正常。

若该阀正常，则应更换动力转向油泵总成。

转向噪声

为便于故障分析，我们将转向系统的噪声分为系统噪声（除动力转向油泵以外）和动力转向油泵噪声两种

系统噪声

1．故障现象一：

转向时，动力转向系统有嗡嗡声。

故障分析如下：

（1）检查噪声是否因油液脉动而引起（原地转向时噪声将更明显）。

若是，则属正常现象。

（2）检查噪声是否因液力变矩器或ATF油泵工作不良而引起。

检查时可通过暂时拆下动力转向油泵驱动皮带来判断。

若拆下皮带后，噪声仍存在，则说明液力变矩器或判断。

若拆下皮带后，噪声仍存在，则说ATF油泵工作不良。

（3）检查出油（高压）软管是否与其他机件相碰擦。

若是，则重新固定出油软管。

2．故障现象二：

转向时，动力转向系统有咔嗒声或震颤声。

故障分析如下：

（1）检查转向轴万向节，横拉杆或球头销是否松旷。

必要时拧紧松动的紧固件或更换不良的零部件。

（2）检查转向轴是否有明显的摆动。

若有，则更换转向轴总成。

（3）检查齿条导向螺塞调整是否正确，并视情进行调整。

（4）若在发动机停熄时，左右转动转向盘有咔嗒声或震颤?

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常噪声。

动力转向油泵噪声

1.故障现象一：

转向时，动力转向油泵有摩擦噪声

故障分析如下：

此噪声是由于油液中有空气而引起。

故应进下列检查：

（1）检查储油罐的液位，同时检查是否有油液渗漏（空气侵入）现象。

必要时加注油液或实施紧固、更换作业。

（2）检查油泵轴油封是否损坏，并视情予以更换。

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2．故障现象二：

转向时，动力转向油泵发出吱吱声。

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故障分析如下：

此噪声是由于动力转向油泵驱动带打滑所致。

此时应调整驱动带张紧力或更换驱动带。

3．故障现象三：

转向时，动力转向油泵发出咔嗒声或震颤声。

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故障分析如下：

此噪声是由于动力转向油泵皮带轮松动而引起。

此时应拧紧该带轮固定螺栓或更换带轮，若带轮轴太松，则应更换动力转向油泵总成。

4．故障现象四：

动力转向油泵工作时，出现工作噪声。

故障分析如下：

（1）若在低温条件下起动车辆2~3分钟后油泵出现工作噪声，属正常现象。

（2）若在正常温度下油泵工作噪声仍较高（可与另一同类车辆相比），则应拆下油泵，检查其是否磨损或损坏。

油液渗漏

检查转向油罐、动力转向器、动力转向油泵、油泵进出油软管及其接头、动力缸管路A（B）及其接头等处是否有油液渗漏现象。

检查时，循油迹即可查明具体渗漏部位，必要时进行紧固作业或更换密封元件。

结论

经过这么多天辛苦的搜集资料，对汽车电动控制系统的故障诊断与排除有了深刻的理解和领悟，终于使论文得以定稿。

目前电子转向系统的可靠性和成本是阻挠其发展的主要因素。

主要表现在如果微控制器出现问题，转向系统将完全失灵，其不像电动助力转向系统、电液助力转向系统，在电机或者液压系统出现问题时，还可以以人力来控制汽车。

电子转向系统的微控制器出现故障的话，因为没有机械系统能连接方向盘和转向器，因此根本不可能控制汽车的转向。

但是尽管如此电子转向系统依然是未来转向系统的发展方向之一。

致谢

在本论文定稿之际，我要感谢三年来曾经帮助我的各位老师、同学，以及教务领导和班主任，谢谢大家的关爱、理解、肯定和支持！

在此，我尤其要对热情关心、悉心指导论文的导师王治平老师致以敬意，表示我衷心的感谢！

回顾这么多天的写作历程,我遇到了很多写作上的困惑和疑问。

我的导师王治平老师在百忙之中不但没有心生烦意，而是更加兢兢业业地为我的论文做着修改和指导，使我的毕业论文在质量上得到了本质的飞越。

因此，我借此机会向我亲爱的导师王治平老师致以最真挚的谢意，您的学生将永远铭记您的教诲！

对于这次论文的设计我的室友在这个过程也给予了我无私的帮助，我希望借此机会表达我最诚挚的谢意。

我相信通过这次论文的写作不仅对我所学过的知识进行了进一步的加强和巩固，也对我以后的人生和工作产生积极的意义。

最后，我谨向在百忙中评审本文的各位专家老师致敬，表示衷心的感谢！

参考文献

[1]张钱斌.汽车故障与诊断技术.安徽：

安徽机电职业技术学院课程教改课题组，2010

[2]张子波.汽车故障诊断技术.北京：

机械工业出版社，2007

[3]郭新华.汽车构造.北京：

高等教育出版社，2004

[4]网络和书籍等相关资料

[5]相关汽车维修手册