小齿轮式电动助力转向系统常见故障研究

杜若飞 李光 李敏

摘要：分析了以大众捷达轿车和速腾轿车为典型代表的电动助力转向系统的工作原理及结构上的异同，分析了电动助力转向系统在转向驱动装置、传感器、电子控制系统等部分容易发生的常见故障。

关键词：电动助力;转向系统;故障

一般汽车的电动助力转向系统结构采用的转向控制系统是小齿轮式电动助力转向控制系统，主要由方向盘、转向柱、十字万向节、转矩传感器、转向器及转向辅助控制单元组成。小齿轮电动助力转向系统的常见故障有转矩传感器故障、电子控制单元故障和机械系统故障。以下将对小齿轮式电动助力转向系统出现的常见故障进行具体分析。

1、转矩传感器的故障

导致转矩传感器测量不准的原因有很多，主要原因有以下几点：

从转矩传感器内部来看，轴承是非常精密的零件，加工处理不好就会产生生锈的情况，并且还会过度磨损。由于现在的转矩传感器大多是非接触式转矩传感器，所以大大提高了传感器的耐磨性。同时，转矩传感器左右转向角的配置和角度的不同也会导致电动助力转向系统产生故障。转矩传感器需要与电子控制单元（ECU）进行通信，如果电子控制单元无法及时获得并准确解析转矩传感器输送来的信号，就会导致方向盘转角与实际汽车转角不匹配的问题出现。由于一些不可抗拒因素的发生例如车祸、水淹等，转矩传感器会被意外损毁，导致其无法测量方向盘的转矩信号。

2、电子控制单元的故障

电动机通过接收电子控制单元给出的电信号进行工作，进而带动小齿轮转动，若电子控制单元没有运算则电动马达就不会工作，或者由于电子控制单元工作异常，不能根据车速和转角的变化实时改变助力电流的大小，也会导致电动助力转向系统发生故障。

电动助力转向系统的电控单元与汽车电控单元通过蓝牙进行配对连接共享数据，若两个电控单元无法匹配，便会造成电动助力转向系统不工作。在突发情况下如强烈撞击时，车载电子控制单元会输入大电流而使电动助力转向系统停止工作。此时，行车电脑也会报故障并点亮EPS故障报警灯[1]。

3、机械系统故障

小齿轮电动助力转向系统的机械故障主要发生在小齿轮与齿条上，若小齿轮与齿条的啮合间隙不在规定的范围内，它在工作时就会产生咔咔的异响声，同时也会对齿轮齿条造成磨损，这种损伤是不可逆的。齿轮轴承的磨损也是机械系统的一种常见故障，由于齿轮轴承装配非常精密，一旦出现进水或安装出现偏差等情况就会产生磨损，最终导致齿轮齿条损坏[2]。

转向柱式电动助力转向系统的本质是在机械转向系统上增加了一组电动驱动装置，转向柱式电动助力转向系统主要由转向管柱、助力电机、电子控制单元（ECU）、蜗轮-蜗杆传动装置、转矩传感器、车速传感器等零部件组成。蜗轮蜗杆传动机构需要将电动机产生的力矩传递到转向管柱上，由于电动机的转速高、扭矩小，为了达到降速增扭、传动平稳的要求，在此系统中选择了蜗轮蜗杆转动。

转向柱式电动助力转向系统的故障大多与小齿轮式电动助力转向系统的相同，但因在传动方面有所不同，如捷达汽车所使用的转向柱式电动助力转向系统主要通过蜗轮-蜗杆机构进行传动，蜗轮-蜗杆传动虽然具备传动效率高、传动比大等特点，但在长时间工作中难免会产生齿面疲劳磨损等现象，而使传动效率降低，在转向系统工作时会发出异响，久而久之造成电动助力转向系统损坏，出现汽车转向角不足的情况。

方向盘回正性能差电动助力转向系统不仅可以在转向时提供足够大的转向助力，也可以控制方向盘的回正性能，使得方向盘在回正时不会因为速度太快而产生打手的现象。汽车四轮定位参数不准确、转向横拉杆和转向球头之间润滑不好都会造成方向盘的回正性差的现象。

4、结论

根据上述分析可以总结出转矩传感器、电子控制单元、转向传动机构是電动助力转向系统中易发生故障的部位。其中转矩传感器的故障多发生在内部轴承中，故障率较低。电子控制单元的故障主要发生在其控制系统中，有时候也和驾驶员的驾驶习惯有关，若电动助力转向系统长期处于极限状态，电控单元也会损坏。转向传动机构的故障则主要发生在啮合处，原因有啮合间隙不合适、齿面润滑不好等。

参考文献：

[1]汤晓东. 基于滑模观测器的电动助力转向系统故障诊断研究[D].江苏大学，2019.

[2]蔡小龙. 汽车转向助力无刷直流电机控制系统的研究[D].南昌大学，2019.

（杜若飞1998.09，山东交通学院本科学生，指导老师：李光、李敏）