小齒輪式電動助力轉向系統常見故障研究

杜若飛 李光 李敏

摘要：分析了以大眾捷達轎車和速騰轎車為典型代表的電動助力轉向系統的工作原理及結構上的異同，分析了電動助力轉向系統在轉向驅動裝置、傳感器、電子控制系統等部分容易發生的常見故障。

關鍵詞：電動助力;轉向系統;故障

一般汽車的電動助力轉向系統結構采用的轉向控制系統是小齒輪式電動助力轉向控制系統，主要由方向盤、轉向柱、十字萬向節、轉矩傳感器、轉向器及轉向輔助控制單元組成。小齒輪電動助力轉向系統的常見故障有轉矩傳感器故障、電子控制單元故障和機械系統故障。以下將對小齒輪式電動助力轉向系統出現的常見故障進行具體分析。

1、轉矩傳感器的故障

導致轉矩傳感器測量不準的原因有很多，主要原因有以下幾點：

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

2、電子控制單元的故障

電動機通過接收電子控制單元給出的電信號進行工作，進而帶動小齒輪轉動，若電子控制單元沒有運算則電動馬達就不會工作，或者由于電子控制單元工作異常，不能根據車速和轉角的變化實時改變助力電流的大小，也會導致電動助力轉向系統發生故障。

電動助力轉向系統的電控單元與汽車電控單元通過藍牙進行配對連接共享數據，若兩個電控單元無法匹配，便會造成電動助力轉向系統不工作。在突發情況下如強烈撞擊時，車載電子控制單元會輸入大電流而使電動助力轉向系統停止工作。此時，行車電腦也會報故障并點亮EPS故障報警燈[1]。

3、機械系統故障

小齒輪電動助力轉向系統的機械故障主要發生在小齒輪與齒條上，若小齒輪與齒條的嚙合間隙不在規定的范圍內，它在工作時就會產生咔咔的異響聲，同時也會對齒輪齒條造成磨損，這種損傷是不可逆的。齒輪軸承的磨損也是機械系統的一種常見故障，由于齒輪軸承裝配非常精密，一旦出現進水或安裝出現偏差等情況就會產生磨損，最終導致齒輪齒條損壞[2]。

轉向柱式電動助力轉向系統的本質是在機械轉向系統上增加了一組電動驅動裝置，轉向柱式電動助力轉向系統主要由轉向管柱、助力電機、電子控制單元（ECU）、蝸輪-蝸桿傳動裝置、轉矩傳感器、車速傳感器等零部件組成。蝸輪蝸桿傳動機構需要將電動機產生的力矩傳遞到轉向管柱上，由于電動機的轉速高、扭矩小，為了達到降速增扭、傳動平穩的要求，在此系統中選擇了蝸輪蝸桿轉動。

轉向柱式電動助力轉向系統的故障大多與小齒輪式電動助力轉向系統的相同，但因在傳動方面有所不同，如捷達汽車所使用的轉向柱式電動助力轉向系統主要通過蝸輪-蝸桿機構進行傳動，蝸輪-蝸桿傳動雖然具備傳動效率高、傳動比大等特點，但在長時間工作中難免會產生齒面疲勞磨損等現象，而使傳動效率降低，在轉向系統工作時會發出異響，久而久之造成電動助力轉向系統損壞，出現汽車轉向角不足的情況。

方向盤回正性能差電動助力轉向系統不僅可以在轉向時提供足夠大的轉向助力，也可以控制方向盤的回正性能，使得方向盤在回正時不會因為速度太快而產生打手的現象。汽車四輪定位參數不準確、轉向橫拉桿和轉向球頭之間潤滑不好都會造成方向盤的回正性差的現象。

4、結論

根據上述分析可以總結出轉矩傳感器、電子控制單元、轉向傳動機構是電動助力轉向系統中易發生故障的部位。其中轉矩傳感器的故障多發生在內部軸承中，故障率較低。電子控制單元的故障主要發生在其控制系統中，有時候也和駕駛員的駕駛習慣有關，若電動助力轉向系統長期處于極限狀態，電控單元也會損壞。轉向傳動機構的故障則主要發生在嚙合處，原因有嚙合間隙不合適、齒面潤滑不好等。

參考文獻：

[1]湯曉東. 基于滑模觀測器的電動助力轉向系統故障診斷研究[D].江蘇大學，2019.

[2]蔡小龍. 汽車轉向助力無刷直流電機控制系統的研究[D].南昌大學，2019.

（杜若飛1998.09，山東交通學院本科學生，指導老師：李光、李敏）