C-型电动助力转向系统故障分析

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Ｃ一型 电动助力转 向系统故障分析
张 博
（ 沈阳理工 大学 ， 辽 宁 沈阳 １ １ ０ １ ５ ９ ） 摘 要： 电动助 力转向 系统在 如今 的汽车市场 中越来越 多的被 应用 ， 转向 系统故 障对驾驶安全造成 隐患， 通过分析故 障成 因可有效 规避 故障风 险及发现故 障并及 时排除故障， 进而保障驾驶 安全 。 关键词 ： 电动助力转向 ； 故障 ； 分析 ； 驾驶安 全 转 向系统作为汽车整体 的一部分 ，给驾驶员最 直接的驾驶感 小不 同，转 向角度正负值不 同所需要提供 的转 向助力方 向也不 同 ， 受。 随着工业科技的飞速发展 ， 机械与电子电器的有效结合 ， 人们对 所 以若 出现输出反向助力 的情况 ， 主要是 由于转角信号正负值错误 汽 车驾乘感受的要求越来越高。 因此作 为提升驾驶安全性与舒适性 造成输 出力方向错误 ， 因此产生了反向助力 。 的电动助力转 向系统 （ Ｅ Ｐ Ｓ ） 代 替传统机械转 向（ Ｍ Ｓ ） 和液压助力转 ２ ． １ ． ２ 无 助力 ，由于 Ｅ Ｃ Ｕ的功能除 了控制电机助力以外还有保 向系统 （ Ｈ Ｐ ｓ ） 应运而生（ 在这里其工作原理就不赘述 ） 。 ２ ０ １ ３年各类 护 和 自我诊断功能 ， 因此产生无助力 故障的原 因有很多 ， 由于某种 型 转 向 系 统 所 占市 场 份 额 ： ＭＳ 一 ８ ％、 Ｅ Ｈ Ｐ Ｓ 一 ５ ％、 ＨＰ Ｓ 一 ３ ５ ％、 必要信号的丢失 ， 而造成 自我诊 断功 能启动 ， 助力机构不 再提供助 Ｅ Ｐ Ｓ 一 ５ ２ ％； ２ ０ １ ４年 各 类 型转 向 系统 所 占市 场 份 额 ： Ｍ Ｓ 一 ６ ％、 Ｅ Ｈ — 力 。而最 为常见 的无助力故障的原 因为热保护 ， 由于 Ｅ Ｃ Ｕ为电子元 Ｐ Ｓ 一 ５ ％、 Ｈ Ｐ Ｓ 一 ３ １ ％、 Ｅ Ｐ Ｓ 一 ５ ８ ％。 ［ １ ｌ 而在 ２ ０ １ １ 年 电动助力转 向系统的市 件 ， 此对工作环境要求较高 ， 在炎热 的夏天 ， 长期停放在露天不避 场份额还 只为 ２ ４ ． ８ ％远 远落后于液压助力转向系统的 ５ ６ ． ６ ％。 由此 光的环境 中的车辆 ， 车 内温度 可达到 ６ ０ — ８ ０摄 氏度 ， 启动 汽车后若 可见 ， 电动助力转向系统 正以非 常迅猛 的发 展速度抢 占着转向系统 快 速频繁 的使用转 向功能 ， 造成控 制器温度迅速升 高 ， 热保 护功能 市场 ， 而电动助力转 向系统 的广泛应用 ， 也使得其故障 的发生 、 分析 自然启动 ， 则会 造成助力消失 的情况 。还可能 由于接插件接触不 了 与解决成为人们更加关注 的问题。 本文对 Ｃ型电动助力转 向系统在 造 成 电路 断 开 造 成 助 力 失 效 。 实 车应用 中常见 的以及可能出现的故障进行 了详细 的阐述和分析 ， ２ ． １ ． ３助力大小异常 ， 该种故障成 因多源 自信号异常 。Ｅ Ｐ Ｓ主要 因此对 于完善 电动助力转 向系统 和对其故障进行排 查有相应 的参 应 用的信号包括转 角信 号 、 车速信 号 、 扭矩 信号 、 发 动机转速信号 ， 考 价值 。 其中转 角信号丢失和车速信号丢失都会使得 Ｅ Ｐ Ｓ只提供部分助力 ， １ 故 障 类 型概 述 若 扭矩信号丢失则无法判断此 事扭 矩大小 冒然提供助力会 很危险 ， ｌ － １ 电动助力失效 故此时不助力 。 电动助力的作用是在驾驶员转 向时通过 电机接收 Ｅ Ｃ Ｕ指令输 ２ ． ２转 向异响故障形成机理分析 出相应 的扭力从 而使驾驶员不 用使出足够 的力量 就能达 到转 向的 转 向系统异 响的主要 根源基本都 源 自机械部 分部件磨 损造 成 目的。然而这个过程的实现不是看上去 的那么简单 。 首先要有相配 配合间隙变 大产生 了异响 。 如蜗轮蜗杆 啮合 的涡轮材料磨损造成间 合的转 角传感器来测量方 向盘转动角度 和方 向 ， 还要有发动机转速 隙过大产生异响 、 中间传 动轴 上下 节叉 长期受力 造成间隙变大产生 传感器 和车速传感器等提供相应 的发动机转速信号 和车速信号 ， 将 异响 、 齿轮齿条转 向时中心距 在实 时发 生变化使 支撑 弹簧变形造成 众多信号传输给 Ｅ Ｃ Ｕ， 通过预先在 Ｅ Ｃ Ｕ中设定好的程序 ， Ｅ Ｃ Ｕ将计 间隙变大且齿 条轴 向移动造成支撑座磨损产生异响 。 【 ２ 】 这些异响的 算出对电机 的输 出结果 ， 即使 电机提供多大助力和助力方 向如何等 形成机理基 本相同 ， 众 所周知机械磨损是在所 难免的 ， 只有 当磨损 指令。Ｅ Ｃ Ｕ通过控制输 出电流 的大小来控制 电机的助力 大小 ， 电流 达到一定程度时 ， 机械配合间隙变大到一定值 ， 异响产生。由于异响 越大助力越大。 本身是一个主观评价 的概念 ， 故现如今对各部件磨损造成间隙会产 因此在执行 助力的单元每 一个 环节 的失效 都可能导 致助力失 生异响的这个临界值并没有准确 的定义 ， 各生产厂商根据各 自产品 效 。包括电机提供 的助力方 向与实 际驾驶员转 向方向相反 、 转 向时 实际情况 自行制定 。 中间轴上 、 下节叉都有螺栓孔 ， 用螺栓拧紧后可 无助力 、 转 向时有 助力但助力 大小异常 、 非 转 向时 电机 提供转 向力 使 中间轴与转 向管柱下端 （ 输 出端 ） 花键 以及转 向器小齿 轮轴紧密 等情况都属于电动助力转 向失效 。 配合 ， 若螺栓松动导致 以上配合不 紧密 ， 则会 在转 向时产生异响 。 １ ． ２电动助力转 向系统异响 ３ 故 障避 免 或 排 除 措 施 整个 Ｃ型电动助力转 向系统包括 电动转 向管柱 、中间传动轴 、 根据上 文所述 ， 关 于助力控制单元所 产生 的故 障 ， 一般在 设计 机械转 向器三部分。 当今世 界主要 的转 向系统生产厂商德国的采埃 研发 阶段规避 ，如传感器信号丢失后是否助力或怎样助力 的问题 ， 孚（ Ｚ Ｆ ｆ ｉ ｆ ｅ ｄ ｅ ｉ ｆ ｃ ｈ ａ ｆ ｅ ｎ ） ３本 的捷 太格 特（ １ 儿Ｅ Ｋ Ｔ） 、 美 国的天 河（ Ｔ Ｒ Ｗ） 在设计研发阶段 ， 要根据调试情况和实际使 用情况合理设 计此时的 等都有各 自的转 向系统结构特 点 ， 但在 总体上转 向系统的机械结构 控制逻辑 。 对于机械部件异 响问题 ， 应提 高加工精度完善设 计结构 ， 都大 同小异 。主要产生异响的部件 减速机构 中的蜗轮蜗杆 、 中间轴 在 发生异响后 ， 首先判断是否是 紧固螺栓 松动造成 ， 若是螺 栓松动 节叉 、 转向器 的齿轮齿条 。 造成 的， 应拧 紧螺栓 ， 或将松动 螺栓替换 ， 使用新的带有防滑胶的相 产生异响的具体部位情况 如下 ： ａ ． 减速器蜗轮蜗杆经长时间磨 同螺栓拧紧 。 若非螺栓松动造成 ， 应判断出具体异响部件予 以更换。 损造成 啮合 时若 间隙过大 ， 在转 向时产生 “ 移” 的响声 ； ｂ ． 中间轴 ４ 结 论 上下节叉 与管柱 和转 向器小齿轮轴 配合 处异响 Ｉ ｃ ． 中间轴滑动部 分 转 向系统故 障在 实际使用 中出现 的频率并 非很高 ， 可 是一旦 出 和 上下节叉部 分间 隙过 大 ， 转 向时会产 生异 响 ； ｄ ． 转 向器 齿轮齿 条 现了故 障尤其是在行驶中会对 驾驶安全造成极大 的危 害 ， 因此防患 啮合间隙过大会在转 向时发生异响。 转 向系统故障尤为重要。关于控制单元 问题所 引起 的故 障或异 常 ， ２故 障形成机理分析 大部分可 以在设计阶段避免 ， 而机械部分的异响问题应及时发现并 ２ ． １ 电动助力失效故 障形成机理分析 排除， 因为其 不但影响驾驶舒适性 ， 长期 的异响还可能造 成机械损 电动助 力失效故 障的主要 根源应源 于控制单元 的故障而非 机 坏等更严重 的故 障发生 。通过对转 向系统几种 常见故 障形 式的分 械部分 的故障 。助力控制 的关键在 于整个助力 系统 的 “ 大脑 ” —— 析 ，了解故障形成 机理可以有效 的避免故 障恶化进而影 响驾驶安 Ｅ Ｃ Ｕ。 一套 电动助力转 向系统开发最基本 的需要扭矩信号转角信号 全 。 和 车速信号等 ， Ｅ Ｃ Ｕ再 根据设定 的程序结合这些信号发出对电机的 参考 文献 助力 电流。而在此过程 中可能 出现 的失效情况有输 出反 向助力 、 无 『 １ １ ２ ０ １ ４ — ２ ０ １ ８年全球及 中国汽 车转 向系统行业研 究报 告．水清木 华 助力 、 助力大小异常等情况 。 研 究 中心 ， ２ ０ １ ４ ， ３ ． ２ ． １ ． ｔ 输 出反 向助力 ， 在 预设 的程序无误 的情况下 ， 主要是 转角 ［ ２ 】 周鹤 ， 戴峻 ， 侯宇， 吴兆 东． 汽车助力转 向 系统异响 问题 分析研 究 信号错误造成 的。正常情况下 ， Ｅ Ｃ Ｕ根据转角信号判断此时转向工 ［ Ａ 】 ． 华晨汽车工程研 究院论文集第二期『 Ｃ １ ， ２ ０ １ ３ ， ５ ． 况下方 向盘转动的角度 ， 由于转 向角度不 同需要