小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障研究

杜若飛 李光 李敏

摘要：分析了以大眾捷達(dá)轎車和速騰轎車為典型代表的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)上的異同，分析了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器、電子控制系統(tǒng)等部分容易發(fā)生的常見故障。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);故障

一般汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，主要由方向盤、轉(zhuǎn)向柱、十字萬向節(jié)、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向輔助控制單元組成。小齒輪電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的常見故障有轉(zhuǎn)矩傳感器故障、電子控制單元故障和機(jī)械系統(tǒng)故障。以下將對(duì)小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行具體分析。

1、轉(zhuǎn)矩傳感器的故障

導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩傳感器測量不準(zhǔn)的原因有很多，主要原因有以下幾點(diǎn)：

從轉(zhuǎn)矩傳感器內(nèi)部來看，軸承是非常精密的零件，加工處理不好就會(huì)產(chǎn)生生銹的情況，并且還會(huì)過度磨損。由于現(xiàn)在的轉(zhuǎn)矩傳感器大多是非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，所以大大提高了傳感器的耐磨性。同時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器左右轉(zhuǎn)向角的配置和角度的不同也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生故障。轉(zhuǎn)矩傳感器需要與電子控制單元（ECU）進(jìn)行通信，如果電子控制單元無法及時(shí)獲得并準(zhǔn)確解析轉(zhuǎn)矩傳感器輸送來的信號(hào)，就會(huì)導(dǎo)致方向盤轉(zhuǎn)角與實(shí)際汽車轉(zhuǎn)角不匹配的問題出現(xiàn)。由于一些不可抗拒因素的發(fā)生例如車禍、水淹等，轉(zhuǎn)矩傳感器會(huì)被意外損毀，導(dǎo)致其無法測量方向盤的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。

2、電子控制單元的故障

電動(dòng)機(jī)通過接收電子控制單元給出的電信號(hào)進(jìn)行工作，進(jìn)而帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，若電子控制單元沒有運(yùn)算則電動(dòng)馬達(dá)就不會(huì)工作，或者由于電子控制單元工作異常，不能根據(jù)車速和轉(zhuǎn)角的變化實(shí)時(shí)改變助力電流的大小，也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電控單元與汽車電控單元通過藍(lán)牙進(jìn)行配對(duì)連接共享數(shù)據(jù)，若兩個(gè)電控單元無法匹配，便會(huì)造成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作。在突發(fā)情況下如強(qiáng)烈撞擊時(shí)，車載電子控制單元會(huì)輸入大電流而使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)停止工作。此時(shí)，行車電腦也會(huì)報(bào)故障并點(diǎn)亮EPS故障報(bào)警燈[1]。

3、機(jī)械系統(tǒng)故障

小齒輪電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械故障主要發(fā)生在小齒輪與齒條上，若小齒輪與齒條的嚙合間隙不在規(guī)定的范圍內(nèi)，它在工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生咔咔的異響聲，同時(shí)也會(huì)對(duì)齒輪齒條造成磨損，這種損傷是不可逆的。齒輪軸承的磨損也是機(jī)械系統(tǒng)的一種常見故障，由于齒輪軸承裝配非常精密，一旦出現(xiàn)進(jìn)水或安裝出現(xiàn)偏差等情況就會(huì)產(chǎn)生磨損，最終導(dǎo)致齒輪齒條損壞[2]。

轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的本質(zhì)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上增加了一組電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向管柱、助力電機(jī)、電子控制單元（ECU）、蝸輪-蝸桿傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器等零部件組成。蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩傳遞到轉(zhuǎn)向管柱上，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高、扭矩小，為了達(dá)到降速增扭、傳動(dòng)平穩(wěn)的要求，在此系統(tǒng)中選擇了蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障大多與小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相同，但因在傳動(dòng)方面有所不同，如捷達(dá)汽車所使用的轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過蝸輪-蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，蝸輪-蝸桿傳動(dòng)雖然具備傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比大等特點(diǎn)，但在長時(shí)間工作中難免會(huì)產(chǎn)生齒面疲勞磨損等現(xiàn)象，而使傳動(dòng)效率降低，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)發(fā)出異響，久而久之造成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)損壞，出現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向角不足的情況。

方向盤回正性能差電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅可以在轉(zhuǎn)向時(shí)提供足夠大的轉(zhuǎn)向助力，也可以控制方向盤的回正性能，使得方向盤在回正時(shí)不會(huì)因?yàn)樗俣忍於a(chǎn)生打手的現(xiàn)象。汽車四輪定位參數(shù)不準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向球頭之間潤滑不好都會(huì)造成方向盤的回正性差的現(xiàn)象。

4、結(jié)論

根據(jù)上述分析可以總結(jié)出轉(zhuǎn)矩傳感器、電子控制單元、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中易發(fā)生故障的部位。其中轉(zhuǎn)矩傳感器的故障多發(fā)生在內(nèi)部軸承中，故障率較低。電子控制單元的故障主要發(fā)生在其控制系統(tǒng)中，有時(shí)候也和駕駛員的駕駛習(xí)慣有關(guān)，若電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)長期處于極限狀態(tài)，電控單元也會(huì)損壞。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障則主要發(fā)生在嚙合處，原因有嚙合間隙不合適、齒面潤滑不好等。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯曉東. 基于滑模觀測器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷研究[D].江蘇大學(xué)，2019.

[2]蔡小龍. 汽車轉(zhuǎn)向助力無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究[D].南昌大學(xué)，2019.

（杜若飛1998.09，山東交通學(xué)院本科學(xué)生，指導(dǎo)老師：李光、李敏）