1、BMW電動機械式助力轉向系統原理一、液壓式和電動機械式助力轉向系統的區別液壓式和電動機械式助力轉向系統的主要區別在于產生助力力矩的方式不同。液壓轉向系統的特點在于通過內燃機 的皮帶傳動機構或電氣方式驅動助力泵。助力泵在液壓系統內形成用于產生轉向助力的壓力或體積流量。電動機械式助力轉向系統（EPS）直接通過一個電機產生轉向助力，電機將其力矩施加到轉向柱或轉向器上。因此 該系統通常還需要附加的齒輪傳動機構來連接電機和現有的轉向組件。如圖1、2所示。在其它方面，保留了轉向系統的基本結構，例如用于液壓式、也用于電動機械式助力轉向系統的齒輪齒條式轉向器。1-齒輪齒條式轉向器2-轉向力矩傳感器3-轉向柱4

2、-轉向橫拉桿5- EPS控制單元6-帶有電機位置傳感器的電機7-減速器 圖1 電動機械式助力轉向系統構成圖二、電動機械式助力轉向系統的特點.改善了行駛動力性（1）根據車型精確調整轉向特性；（2）主動回位（定中心）；（3）最高2kW的縱向動力學優勢。.提高了行駛舒適性（1）在將相關路面信息（不同的路面狀態）傳遞給駕駛員的同時阻止車橋振動傳遞到轉向系統上；（2）更好地隔絕來自路面的干擾（轉向沖擊減小）；（3）根據車速以電子方式控制轉向助力大小（例如停車入位時）。1-球螺紋驅動裝置（減速器的組成部分）2-齒條3-小齒輪4-轉向力矩傳感器5-橡膠防塵套6-轉向橫拉桿7-壓塊8-轉向力 矩傳感器的信號和

3、供電導線9- EPS控制單元10-電機11-齒形皮帶傳動機構（減速器的組成部分）12-減速器殼體圖2電動機械式助力轉向系統剖視圖.提高了行駛安全性（1）EPS輔助駕駛員保持行駛方向，特別是在車速較高的情況下，提供比車速較低時更小的轉向助力；（2）取決于車速的主動緩沖功能降低了方向盤自行移動情況，此外還能減少因駕駛員突然轉動方向盤造成車輛左右擺 動的情況。減少了對環境的危害（1）每100km節省燃油約0.2L；（2）不會出現液壓回路泄漏問題。1-帶有電子分析裝置的傳感器元件2-扭力桿（頂端）3-輸入軸4-卷簧5-磁環圖3轉向力矩傳感器三、EPS組成及功能根據車速傳感器信號和駕駛員施加的轉向力矩，

4、EPS在低速行駛時（和車輛靜止時）提供較大的轉向助力（最舒適的感 覺）；車速較高時EPS則會減少轉向助力，因此要求駕駛員施加更大的轉向力，這樣有助于保持行駛方向。為了滿足上述要求該系統必須具備以下組件：（1）轉向力矩傳感器；（2） EPS控制單元；（3）帶 有電機位置傳感器的電機；（4）減速器；（5）齒輪齒條式轉向器。轉向力矩傳感器EPS根據駕駛員的要求控制提供的轉向助力。駕駛員的要求體現在駕駛員施加到方向盤上的力或力矩上，轉向力矩傳感 器負責準確提供該信號，為此該傳感器安裝在下部轉向柱和齒輪齒條式轉向器之間的焊縫位置處。如圖3所示，傳感器 元件1對輸入軸3和磁環5的扭轉進行探測和電子分析。所

5、采用的測量原理為霍爾效應。由于巳知輸入軸內部的扭力桿 2剛度，因此電子裝置可根據扭轉程度計算出轉向力矩的大小，隨后通過導線以數字形式將轉向力矩發送至EPS控制單 元。該傳感器采用雙傳感器結構，因此可在出現故障時提高使用效率。如果在運行過程中識別出2個傳感器信號的偏差 超過允許限值，系統就會根據2個傳感器信號中更可靠的信號繼續計算并確保整個EPS功能正常運行。如果直到行駛循 環結束時仍存在故障狀態，就會產生1條故障代碼存儲記錄，并且在下次開始行駛循環時EPS不再運行。EPS 控制單元EPS控制單元如圖4所示。除電子控制裝置外，EPS控制單元還帶有控制電機的供電電子裝置，供電電子裝置包括1個斷路繼

6、電器，借助該繼電器可在出現故障時使電機繞組電路斷路。電路斷路時電機軸可自由轉動，即可以 防止出現電機電動卡止的故障情況。在控制單元內集成有1個溫度傳感器，該傳感器用于識別電機過載情況。帶有電機位置傳感器的電機電機的主要任務是產生EPS控制單元計算的力矩。電機采用無電刷式直流電機。雖然電機用直流電來驅動，但其工作原 理以交流同步電機為基礎。EPS控制單元的供電電子裝置將供電電壓（直流電壓）轉化為相電壓，以便在電機相繞組上產生一個旋轉磁場。根據需要控制電機是促使EPS車輛耗油量比液壓轉向助力車輛大約降低0.2L/100km的主要原因。而以往用于持續驅動轉 向助力泵的功率現在則幾乎完全用于驅動車輛。

7、根據具體情況，可以獲得最高2kW的縱向動力。另一個重要的結構元件雖然安裝在EPS控制單元的印刷電路板上，但其緊靠在電機軸旁：電機位置傳感器。這樣，電機 位置傳感器可向EPS控制單元發送有關電機轉子準確位置的信息。由于電機通過減速器與齒條固定相連，因此EPS控 制單元可根據電機轉子位置確定車輪位置和轉向角。通過轉向角傳感器信號校正過一次直線行駛位置后，EPS控制單元（例如“方向盤主動回位”）就會利用電機位置傳感器信號。因為電機位置傳感器信號的分辨率很高。電機位置傳感器 的測量原理與轉向力矩傳感器相同。這2種傳感器都由霍爾傳感器元件組成，霍爾傳感器元件與轉動的磁輪相鄰。轉向 力矩傳感器設計用于探測

8、較小的扭轉角度，而電機位置傳感器設計用于探測較大的扭轉角度。電機位置傳感器也采用雙 傳感器結構，但2個傳感器的分辨率不同，以便能夠有效探測出快速和緩慢的移動情況。1-電機殼體2-轉向力矩傳感器導線接口3-總線連接接口4-連接轉向力矩傳感器的導線5-供電接口6-隔膜7- EPS控制單 元殼體圖4 EPS控制單元1-用于取出滾珠的機械機構2-滾珠的返回通道3-用于放入滾珠的機械機構4-球螺紋驅動裝置的螺母5-齒條的球形螺紋6-齒形皮帶7-減速器殼體8-小齒輪9-大齒輪圖5 減速器4.減速器減速器將電機產生的扭矩傳輸到齒條和前車輪上，使得總傳動比大約為電機轉動20圈時方向盤轉動1圈。這種大傳動比 結

9、合電機的高扭矩可產生所需的轉向橫拉桿作用力。這種大傳動比結合電機的轉動質量還能對路面和車輪的干擾起到緩 沖作用。減速器由2個子單元組成：齒形皮帶傳動機構；球螺紋驅動裝置。如圖5所示，電機軸直接驅動齒形皮帶傳動機構的小齒輪8通過齒形皮帶6和大齒輪9,使球螺紋驅動裝置的螺母4進 行轉動。該螺母帶有1個滾珠返回通道2,在通道兩端分別有1個向齒條的球形螺紋5放入滾珠的機械機構3和從中取出 滾珠的機械機構1。因此滾珠在1個封閉的“循環回路”內移動。由于螺母無法沿齒條方向移動，因此在球形螺紋內移動 的滾珠會向齒條施加1個縱向方向的作用力。減速器與電機固定連接在一起，無法對其單個部件進行維修和調整工作。減速

10、器及其部件（以及齒形皮帶）的設計使用期限與車輛使用壽命相等。如果齒條端部的防塵套損壞，水可能會進入減 速器殼體內繼而進入轉向器內。水會造成部件腐蝕，長時間會在車輛轉向時發出較大噪音。但在出現這種情況時EPS仍 會提供轉向助力。為了防止轉向器內積水過多（例如涉水行駛后），在減速器最深的部位裝有1個排水閥。齒輪齒條式轉向器EPS轉向系統的齒輪齒條式轉向器功能與液壓轉向系統的齒輪齒條式轉向器相同。齒輪齒條式轉向器將駕駛員的轉向要求以及EPS的助力力矩轉化為施加給轉向橫拉桿的作用力，最終促使前車輪轉動方向。因此同車型無論車輛安裝哪種轉向系統，轉向器總傳動比都相同。四、典型故障分析有1輛BMW轎車，客戶

11、反映該車主動轉向和DSC報警燈亮，同時行駛中方向不正。經過試車確實如客戶所說，使用ISID 檢測，有轉向角未匹配的故障代碼。故按照檢測計劃執行轉向角的匹配，多次匹配未成功。ISID提示如多次匹配未成 功需更換主動轉向（AL）控制單元。圖6拔掉轉向器插頭X13373后測得的F-CAN波形如上所述則需要更換AL模塊，我們進行了進一步的確認，發現AL模塊的數據流總轉向角總是為零，在轉向時也無變化， 所以檢查AL的供電、搭鐵、以及到總轉向角傳感器的通斷，結果都正常。因此初步判斷為AL模塊有問題。為了安全起 見對調了相同車型的AL模塊觀察數據流變化，總轉向角有顯示且隨轉向的變化而有變化，所以確定更換新的

12、AL模塊。 但更換完新的AL模塊并編程、設碼后發現故障依舊。隨后懷疑總線是否出現了信號失真，導致AL不能正常工作。因此接 下來我們對該車總線進行了測量，在進行波形檢測時發現FCAN確實不正常。據此，我們分析總線上有問題的原因有2個， 一個是模塊給予錯誤信息，另一個就是總線本身有短路、斷路等現象。通過對總線波形的仔細分析更像是模塊內部有分 壓現象，所以用了脫模塊的方法來觀察總線波形是否恢復正常。于是分別拔下DSC傳感器X1653、X13721、AL轉向模塊， 發現波形依舊不正常，但當拔下轉向器插頭X13373后F-CAN-H、L恢復了正常，如圖6所示。隨后拆下EPS轉向器總成， 發現防塵罩巳破裂