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1、河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目 电控动力转向系统的故障诊断与排除 系（分院）汽 车 工 程 系 学生姓名 学 号 专业名称 汽 车 电 子 技 术 指导教师 年 月 日河南职业技术学院汽车工程系毕业设计（论文）任务书姓 名专 业汽车电子技术班 级毕业设计（论文）题 目电控动力转向系统的故障诊断与排除毕业设计（论文）选题的目的与意义目的：通过对电控动力转向系统的了解可以清楚的对汽车安全方面的故障进行排除，提高汽车行驶安全方面的认识。意义：发现问题、研究问题、提出方案、解决问题，以培养自己亲身实践能力。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）1、张钱斌：汽车故障与诊断技术，安徽机电
2、职业技术学院课程教改课题组，20102、张子波：汽车故障诊断技术，机械工业出版社，20073、郭新华：汽车构造，高等教育出版社，20044、网络和书籍等相关资料5、相关汽车维修手册毕业设计（论文）工作进度计划1、2011年10月25日：指导老师布置编写课题与编写要求；2、2011年11月18日12月15日：前期论文初步检查；3、2012年3月初步答辩；4、2012年3月论文收缴；5、2012年4月集中答辩。接受任务日期 2011年10月25日要求完成日期2012年3月 10日学生签名： 2011年 11月20日指导教师签名： 2011年 10 月 25日系（分院）主任（院长）签名：年 月 日毕
3、业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名学 号性 别男专 业汽车电子技术班 级毕业设计（论文）题 目电控动力转向系统的故障诊断与排除评阅意见成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名学 号性 别男专 业汽车电子技术班 级毕业设计（论文）题 目电控动力转向系统的故障诊断与排除答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见答 辩 成 绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日电控动力转向系统的故障诊断与排除 摘要：随着汽车技术的进步和科学的飞速发展，汽车产品已走入家庭，并且作为一种代步工具，逐渐进入民化，而作为汽车的一个重要组成部分转向系统，也越来越被人
4、们重视起来。本文首先介绍一下汽车电控动力转向系统的结构，组成和类型，然后再介绍一下电控动力转向系统的故障现象与产生故障的原因，最后再对故障的解决方法做一下阐述。让人们对汽车动力转向系统有个更深刻的了解。 关键词：电控转向 故障诊断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。 一、动力转向系统的简要概述电控动力转向系统(Electric Power System)用电能取代液压能，减少了发
5、动机的能量消耗，该系统将转向控制器、转向油泵和储罐集成于一体，其特点是转向助力性能与转向速度和行车速度密切相关。速度越低，转向速度越高，助力性能越强。动力转向装置是现代汽车的重要装备之一。随着汽车电子技术的快速发展，研究成功了多种电控动力转向系统。该系统能在低速时减轻操舵力，以提高汽车操纵稳定性。当汽车由低速挡换入高速挡时，电控系统能够保证提供最优传动比稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的稳定性。（一）、电控动力转向系统的组成电控式电动助力转向系统(以下简称电动助力转向系统)，是在机械转向机构的基础上，增加信号传感器，电控ECU和转向助力机构。信号传感器包括转矩传感器、车速传感器与转向角传感器
6、等。通过这几个传感器，获取作用在转向盘上的操纵力、转向角与汽车车速信号，从而为确定助力控制命令提供信息；电控ECU包括检测电路、微处理器、控制电路等。检测电路将传感器的信号进行整形放大后输入微处理器，然后微处理器计算出最优化的助力转矩。控制电路将来自微处理器的电流命令输送到电机驱动电路；转向助力机械包括助力电动机、电磁离合器与减速传动机械。助力电动机一般采用直流电动机，其电流大小由微处理器来控制，可根据不同的车速得到相应的助力特性。通过减速传动机构，将电动机的动力传给转向器。电磁离合器则作为安全装置确保系统在发生故障时，断开电动机与减速传动机构，中断动力传递，使系统从电动助力转向状态转入到人力
7、一机械转向状态。（二）、电控动力转向系统的类型电控动力转向系统，根据转向助力机构的安装位置不同，其类型有三种1、转向轴助力式，如图1所示。转向助力机械安装在转向轴上。当驾驶员转动转向盘时，控制单元接受转矩、转动方向、车速等信号，控制直流助力电机的电流。电机的动力经离合器、电机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节与中间轴传给转向器。图1 转向柱助力式转向系统2、转向器小齿轮助力式，如图2所示。转向助力机械安装在转向器小齿轮处。与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。其助力控制特性方面增加了难度。3、齿条助力式，如图3所示。转向助力机械安装在转向齿条处。电动机通过减速传动机构直接驱动
8、转向齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车。对原有的转向传动机械有较大改变。图2 转向器小齿轮助力式电动转向助力系统图3 齿条助力式电动助力转向系统 （三）、电动助力转向系统的特点电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在以下几点：1、降低了燃油消耗。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，
9、使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且，能量的消耗与转向盘的转向与当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小与方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统。2、增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动助力机构与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减
10、振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。 3、改善了转向回正特性。直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限，电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速与不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能
11、力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。 4、提高了操纵稳定性。通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。5、提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，
12、而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。 6、采用“绿色能源”，适应现代汽车的要求。电动助力转向系统应用“最干净”的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了绿色化的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。 二、电控动力转向系统的故障的现象（一）、转向系常见的故障
13、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，还关系汽车的行驶安全。（二）、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。1、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。2、转向不灵敏的现象：汽车行驶转向时，需要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
14、不稳定。3、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。4、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。 三、电控动力转向系统的故障产生的原因与解决的方法（一）、动力转向系转向不足或转向沉重1、转向油泵驱动皮带松弛或者损坏，转向油泵工作不良，油泵压力过低。2、储油罐油面过低，液压助力系统内有空气或者泄露液压管路扭曲，折皱或者破裂漏油。3、压力流量限制阀弹簧弹力下降或者密封不良，转向控制阀，助力缸工作不良；转向器润滑不良或者轴承齿间隙调整不当。4、转向柱弯曲变形，转向
15、器或者转向柱的轴轴承损坏，齿条弯曲变形或者与衬套配合过紧横直拉杆球头润滑不良或者调整不当。5、转向主销转向节润滑不良，轮胎气压过低等等。故障诊断与排除：检查转向油泵驱动皮带，损坏或者断裂应更换；若皮带过松，应调整驱动皮带张紧度；检查储油罐液面高度，过低应与时添加补充；检查液压管路有无扭曲、折皱或者断裂，各连接处有无漏油现象，并视情况予以恢复；排除液压系统中的空气；检查液压泵的泵油压力，不符合要求时应对液压泵与压力流量限制阀进行修复或者更换；检查转向控制阀和助力缸，若工作不良或者损坏应维修或者更换转向器。（二）、怠速原地转动转向盘，转向盘抖动，或停车的骤间转向盘抖动该故障主要是工作油压过低造成的
16、，而油压过低的故障原因有下列几种。1、油液液面过低；油液内存有空气，储液罐内有气泡；液泵皮带过松或沾有油液（快速转向时有较大的皮带尖叫声，转向盘阻力陡增）；溢流阀被卡滞。2、溢流阀应在泵体内滑动自如，要注意溢流阀端部的防松螺栓是否有松动，弹簧是否过软；安全阀失效（弹簧坏或阀球被粘在开放状态）；滑阀磨损，更换控制阀总成。3、泵压不足或转向机构外部泄漏；检查动力转向机构外部泄漏点时，擦干净动力转向系统外部的油迹，检查并拧紧所有软管的接头，启动发动机，并使其快怠速运转，支起前桥将转向盘以一个止端打到另一个止端，打到止端时停留时间不要超过5s。随着油压的升高就能较快地查到漏油部位。（三）、转向盘自由行
17、程过大液压系统中有空气（油液中有乳化气泡）；动力转向系统内部泄漏，溢流阀或安全阀失效；出现这种故障，汽车无论是低速行驶还是中高速行驶，若工作油压不足，均会使转向沉重；左右转向轻重不同；助力缸活塞一侧有空气；滑阀通往助力缸侧的油管堵塞或高压油管接头有漏损。（四）、行驶中动力转向泵内有异响声1、液压泵内有空气或形成真空。如油液液面过低，油中有气泡，都会造成泵内有空气。2、油滤器堵塞，中高速时供油不足，在泵内会形成真空；皮带打滑，过松或沾有油污，快速转向时会发出尖叫声。3、转向盘回位差；液压控制阀调整不当，油液严重氧化，滑阀被粘住或发生卡滞，定位弹簧过软或损坏。4、动力转向系统转向盘转矩的检查，转向
18、盘转距检查的前提条件：储液罐的液面高度正常、无气泡，皮带的张力正常，汽车停在平坦干燥的路面上。让车辆怠速运转，向左右止端打几次转向盘，然后田到直线行驶的位置，用弹簧秤沿切线方向拉动转向盘，转向轮刚开始转动时的拉力应少于或等于30N。否则应检查转向油泵的压力是否正常。（五）、前轮摆振1、转向减震器失效，前架减震器弹簧或者减震器损坏；车轮不平衡或者轮毂变形；前轮定位失准。2、转向器齿合间隙过大；转向传动机构磨损松旷或者连续松动；轮毂轴承松旷；传动轴不平衡。故障诊断排除：转动转向盘检查其自由行程，若自由行程过大，应查明原因予以排除；检查转向减震器，若有漏油现象应更换，拆下减震器用手拉，若阻力过小或者
19、出现空行程应进行更换；检查前悬挂减震器有无漏油现象，推压车身检查前悬挂架的减震性是否良好，前悬架连接有无松动现象，减震器漏油或减震弹簧弹力过弱应更换新件，连接松动则重新紧固；检查和调整转向轮定位参数；进行车轮平衡检测校正。 （六）、转向不灵敏故障原因：转向器主动齿轮与齿条齿轮间隙过大、轴承松旷；横拉杆与各链接件松旷；轮毂轴承调整不当或者磨损松旷；转向主销磨损松旷。故障诊断排除：转动转向盘，转向器齿条立即随之运动，表明齿条与主动齿轮条间隙过大，可通过补偿机构进行调整，消除转向器的齿合间隙；若齿条随转向盘运动而横拉杆不动，应更换横拉杆内端连接孔出的缓冲衬套，并检查齿条与连接板与转动支架的连接情况，
20、松动应与时紧固；横拉杆随转向盘转动而转向臂不动，应对横拉杆外端球头进行检修与调整；若转向臂随之灵活转动，可支起前桥晃动前轮检查，轮毂轴承松旷时，应进行调整和更换；对于其他类型的转系统，还应检查与调整转向器的轴承预紧度、齿合间隙、调整、紧固各连接件球头销等。结 论经过这么多天辛苦的搜集资料，并在指导老师殷勤的指导下，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。参考文献： 张钱斌：汽车故障与诊断技术，安徽机电职业技术学院课程教改课题组，2010 张子波：汽车故障诊断技术，机械工业出版社，2007 郭新华：汽车构造，高等教育出版社，2004 网络和书籍等相关资料 相关汽车维修手册