2012款?yuàn)W迪A4L車轉(zhuǎn)向沉重

龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校（518172） 易小彪

深圳市信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院（518172） 宋柱梅

2012款?yuàn)W迪A4L車轉(zhuǎn)向沉重

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故障現(xiàn)象一輛2012款?yuàn)W迪A4L車，轉(zhuǎn)向沉重，組合儀表提示助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有故障，且紅色助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)報(bào)警燈點(diǎn)亮。

故障診斷用故障檢測(cè)儀VAS5054檢測(cè)，在44—助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中讀得故障代碼C10F129，含義為“轉(zhuǎn)向力矩傳感器2 不可信信號(hào) 主動(dòng)/靜態(tài)”，嘗試清除故障代碼，發(fā)現(xiàn)故障代碼無(wú)法清除。推斷可能的故障原因有：轉(zhuǎn)向力矩傳感器及其線路故障；助力轉(zhuǎn)向控制單元損壞。

拆檢轉(zhuǎn)向力矩傳感器（圖1），其線路無(wú)異常；拆解轉(zhuǎn)向力矩傳感器，經(jīng)測(cè)量得知其電路板上各端子的含義如圖2所示，中間紅色曲線將線路板分成2個(gè)部分，左側(cè)為轉(zhuǎn)向力矩傳感器1電路，右側(cè)為轉(zhuǎn)向力矩傳感器2電路。進(jìn)一步測(cè)量得知，轉(zhuǎn)向力矩傳感器2的5 V供電線路斷路，懷疑斷路位置在電路板背面。

圖1 轉(zhuǎn)向力矩傳感器

拆下轉(zhuǎn)向力矩傳感器電路板的固定螺栓，用電熱風(fēng)焊槍吹焊電路板，取出電路板（拆焊時(shí)一定要小心，否則會(huì)損壞轉(zhuǎn)向力矩傳感器霍爾元件的端子），發(fā)現(xiàn)電路板背面進(jìn)水腐蝕，且轉(zhuǎn)向力矩傳感器2的5 V供電電路腐蝕斷路（圖3）。為什么轉(zhuǎn)向力矩傳感器會(huì)進(jìn)水呢？檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向力矩傳感器密封蓋上有裂縫，推斷車輛涉水較深時(shí)，水由此處滲入。

圖2 轉(zhuǎn)向力矩傳感器電路板

圖3 轉(zhuǎn)向力矩傳感器2的5V供電電路腐蝕斷路

故障排除轉(zhuǎn)向力矩傳感器與助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、助力轉(zhuǎn)向控制單元及轉(zhuǎn)向柱等集成為一體，無(wú)單獨(dú)配件供應(yīng)，若要更換轉(zhuǎn)向機(jī)總成需要幾萬(wàn)元，與客戶協(xié)商后決定對(duì)轉(zhuǎn)向力矩傳感器進(jìn)行修復(fù)。焊接轉(zhuǎn)向力矩傳感器2的5 V供電電路，并在轉(zhuǎn)向力矩傳感器密封蓋上涂抹密封膠后試車，轉(zhuǎn)向助力恢復(fù)正常，且助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)報(bào)警燈熄滅，故障排除。

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奧迪車電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解析

如圖4所示，奧迪車電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由助力轉(zhuǎn)向控制單元（J500）、助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)（V187）、轉(zhuǎn)向力矩傳感器（G269）及滾柱絲杠等部分組成。

圖4 奧迪車電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 助力轉(zhuǎn)向控制單元（J500）

J500根據(jù)V187轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)向力矩信號(hào)確定V187相電壓的狀態(tài)模型，由此設(shè)定的相電流使V187產(chǎn)生不同的力矩，這些匹配關(guān)系儲(chǔ)存在J500內(nèi)，J500通過(guò)FIexRay總線與其他控制單元進(jìn)行通信。J500外部導(dǎo)線連接器接口（圖5）分別為G269接口、15號(hào)供電及FIexRay總線接口、30號(hào)供電及31號(hào)搭鐵接口。

圖5 J500外部導(dǎo)線連接器接口

2 助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)（V187）

V187負(fù)責(zé)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助力所需的力矩，是一個(gè)永久勵(lì)磁式三相交流同步電動(dòng)機(jī)（圖6），其體積小、功率大。V187上帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，以便J500計(jì)算定子磁場(chǎng)所需的相電壓，另外，轉(zhuǎn)子位置傳感器的測(cè)量值還可以用于確定轉(zhuǎn)向止點(diǎn)。

3 滾珠絲杠

滾珠絲杠是將V187的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒條的直線運(yùn)動(dòng)。如圖7所示，滾珠絲杠類似于普通的螺栓與螺母系統(tǒng)，齒條相當(dāng)于螺栓，溝道相當(dāng)于螺距，齒條和球循環(huán)螺母通過(guò)溝道中的球連接。球循環(huán)螺母與轉(zhuǎn)子空心軸剛性連接在一起，V187激活時(shí)轉(zhuǎn)子空心軸帶動(dòng)球循環(huán)螺母旋轉(zhuǎn)，由于球循環(huán)螺母無(wú)法左右移動(dòng)，其內(nèi)部的球帶動(dòng)齒條左右直線運(yùn)動(dòng)。為了限制這些球相互之間接觸，球的循環(huán)通道越短越好，因此在球循環(huán)螺母中采用了2條分開(kāi)的循環(huán)通道。

圖6 助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)

圖7 滾珠絲杠

4 轉(zhuǎn)向力矩傳感器（G269）

要想計(jì)算所需轉(zhuǎn)向助力力矩大小，其基礎(chǔ)信息就是駕駛?cè)怂┘拥霓D(zhuǎn)向力矩大小。轉(zhuǎn)向主動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)向軸通過(guò)扭力桿連接，這與帶有轉(zhuǎn)向閥的普通液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)一樣。如果駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動(dòng)了轉(zhuǎn)向盤，那么扭力桿和轉(zhuǎn)向軸相對(duì)于轉(zhuǎn)向主動(dòng)齒輪就發(fā)生扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)的程度取決于駕駛?cè)苏f(shuō)施加的轉(zhuǎn)向力矩的大小，G269可以測(cè)量出該扭轉(zhuǎn)程度的大小。

如圖8所示，G269中有2個(gè)霍爾傳感器，其上下各有1個(gè)傳感器靶輪，傳感器靶輪與轉(zhuǎn)向主動(dòng)齒輪剛性連接；傳感器靶輪上各有8個(gè)齒，2個(gè)傳感器靶輪的齒錯(cuò)開(kāi)布置，即沿著轉(zhuǎn)向軸方向向下看，上部傳感器靶輪的齒處于下部傳感器靶輪的齒隙中；傳感器靶輪中部有8對(duì)環(huán)形磁鐵，環(huán)形磁鐵與轉(zhuǎn)向軸剛性連接。

如圖9所示，如果沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，每個(gè)傳感器靶輪上的齒都在環(huán)形磁鐵N極與S極的正中位置，因此這2個(gè)傳感器靶輪被磁力線所穿過(guò)的方式是一樣的，2個(gè)傳感器靶輪之間沒(méi)有磁場(chǎng)，2個(gè)傳感器輸出信號(hào)相同；如果轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，環(huán)形磁鐵與傳感器靶輪之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳感器靶輪上的齒離開(kāi)環(huán)形磁鐵N極與S極的正中位置，此時(shí)一個(gè)傳感器靶輪上的齒按比例會(huì)靠近環(huán)形磁鐵N極一些，而另一個(gè)傳感器靶輪上的齒會(huì)靠近環(huán)形磁鐵S極一些，這使磁路發(fā)生失調(diào)，產(chǎn)生的磁通量被霍爾傳感器測(cè)量到。

圖8 轉(zhuǎn)向力矩傳感器

圖9 未轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)傳感器靶輪的位置

5 電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

如圖10所示，電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理如下。

（1）打開(kāi)左前車門，F(xiàn)lexRay總線被喚醒，控制單元間開(kāi)始通信。

（2）接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，組合儀表控制單元（J285）短時(shí)激活助力轉(zhuǎn)向警告燈（紅色），若助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)故障，助力轉(zhuǎn)向警告燈熄滅。如圖11所示，若助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有故障但不嚴(yán)重，助力轉(zhuǎn)向警告燈呈黃色；若助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有故障且很嚴(yán)重，助力轉(zhuǎn)向警告燈呈紅色。

（3）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)500 r/min，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于激活狀態(tài)。若扭力桿未被轉(zhuǎn)向盤上的作用力扭動(dòng)（由G269感知），轉(zhuǎn)向角傳感器（G85）的信號(hào)與V187轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行同步。這2個(gè)測(cè)量值間的相互關(guān)系作為特性曲線存儲(chǔ)在J500中，在隨后的車輛行駛中，J500通過(guò)分析V187轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)感知轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

（4）在車輛行駛過(guò)程中，轉(zhuǎn)向助力的大小主要根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向角及車速來(lái)確定。V187的激活電流由J500計(jì)算，V187通過(guò)滾珠絲桿作用到齒條上的力增大駕駛?cè)耸┘釉谵D(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。

圖10 電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

圖11 助力轉(zhuǎn)向警告燈