◆文/遼寧 陳兆俊

轉(zhuǎn)速傳感器在現(xiàn)代汽車維修中的應(yīng)用

◆文/遼寧 陳兆俊

傳感器技術(shù)在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用，推動著汽車控制技術(shù)的不斷發(fā)展。為了監(jiān)控汽車各個系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)，如各系統(tǒng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)的速度監(jiān)測，采用轉(zhuǎn)速傳感器，曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、變速器輸入/輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器等。通過這些轉(zhuǎn)速傳感器的監(jiān)測信息可以準(zhǔn)確地掌握汽車動力傳遞及牽引力控制等方面的工作狀態(tài)。對汽車運(yùn)行過程進(jìn)行有效及時控制，對汽車運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)警和保護(hù)。

一、汽車常用轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器是汽車運(yùn)動部件位置狀態(tài)檢測傳感器中的一種，用于檢測汽車上各類轉(zhuǎn)動部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況。其功能主要包括兩個方面：一是檢測運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角；二是判定運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動位置。汽車上最常用的轉(zhuǎn)速傳感器有磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、磁阻效應(yīng)式三種類型。

(1)磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器

磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器是利用電磁感應(yīng)原理制成的，其工作原理如圖1所示。當(dāng)信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，信號轉(zhuǎn)子的凸齒與鐵芯的空氣隙發(fā)生變化，使通過傳感線圈的磁通發(fā)生變化，因此傳感線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)的交變電動勢。這個連續(xù)交變的電動勢屬于模擬信號，需要信號處理電路(A/D轉(zhuǎn)換)對其進(jìn)行信號處理，將其變成數(shù)字信號后，ECU就可以計算出轉(zhuǎn)速。磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器無需外供電源，因此，只需傳感線圈引出兩個端子即可。為了防止信號的相互干擾，會裝有屏蔽的金屬接地線，這樣的傳感器就有三個端子。

(2)霍爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器

霍爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的，霍爾效應(yīng)是當(dāng)磁場垂直施加于導(dǎo)線中流通的電流時，就會產(chǎn)生垂直于此電流和磁場的電壓差。而且，此電壓差所產(chǎn)生的電壓將和此施加的磁通量密度成正比例變化?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器工作原理如圖2所示，其工作磁鐵和霍爾集成電路間的運(yùn)動方式有對移、側(cè)移、旋轉(zhuǎn)和遮斷四種。在轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，通常采用開關(guān)型霍爾傳感器，工作磁鐵和霍爾集成電路間的運(yùn)動方式則多采用遮斷和旋轉(zhuǎn)兩種方式。

①采用遮斷運(yùn)動方式的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

采用遮斷運(yùn)動方式的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器由觸發(fā)葉片和霍爾傳感器組成。當(dāng)觸發(fā)葉片隨著主動元件運(yùn)轉(zhuǎn)時，不斷地在霍爾集成電路片與永久磁鐵之間穿過。當(dāng)葉片位于霍爾電路片和永久磁鐵之間時，切斷磁通，此時無霍爾電壓產(chǎn)生；當(dāng)葉片離開霍爾電路片和永久磁鐵之間的空氣隙時，磁通建立，霍爾電壓產(chǎn)生。

②采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，如圖3所示，當(dāng)觸發(fā)齒圈位于圖中(a)位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱。而當(dāng)齒輪位于圖中(b)位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動時，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化。

霍爾元件為一個毫伏級的準(zhǔn)正弦波電壓，由于輸出電壓比較小，其生成的霍爾電壓都要經(jīng)過放大才能應(yīng)用，通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上后，這樣就構(gòu)成一個霍爾傳感器。所以霍爾轉(zhuǎn)速傳感器需要外供電源，通過施密特觸發(fā)器對霍爾集成電路中的輸出極(開關(guān)三極管)進(jìn)行通斷控制，最終以數(shù)字方波的信號形式發(fā)送。

③二線制的智能集成電路式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

通常見到的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器都有由ECU提供的電源、搭鐵和信號三個端子。但只根據(jù)端子的型式來判定傳感器的類型是錯誤的，一種TLE4941型二線制的智能集成電路式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器就被應(yīng)用奇瑞A3的ABS系統(tǒng)中。其內(nèi)部電路圖如圖4所示，主要包括電源調(diào)節(jié)器、振蕩器、兩個霍爾傳感器、差分放大器、運(yùn)算器、比較器、可調(diào)電流源、可編程放大器、高速ADC、數(shù)字信號處理器(DSP)、偏置DAC。電源調(diào)節(jié)器起穩(wěn)壓作用，給各單元電路提供穩(wěn)定電壓。振蕩器為數(shù)字電路提供時鐘。差分放大器有兩個作用，一是對兩個霍爾傳感器所產(chǎn)生的信號進(jìn)行差分放大，二是利用自帶的低通濾波器濾除噪聲。差分放大器的輸出分成兩路，一路經(jīng)過比較器去控制輸出級可調(diào)電流源，另一路依次通過PGA和高速ADC，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送至DSP。利用DSP分別計算出輸入信號的最小值、最大值及算術(shù)平均值，進(jìn)而確定算術(shù)平均值的偏移量，然后送至偏置DAC轉(zhuǎn)換成模擬量，再通過運(yùn)算器完成失效校準(zhǔn)后才開始正常輸出。

(3)磁阻效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器

磁阻效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器利用磁阻效應(yīng)的原理，由外供電源、接地線路、信號感應(yīng)磁環(huán)、磁阻元件及集成電路組合而成。所謂磁阻效應(yīng)，就是指當(dāng)外加的磁場發(fā)生變化時，磁阻元件的阻值也會隨之變化的現(xiàn)象。傳感器的信號磁環(huán)在其圓周方向上交替均勻排列著若干組N、S磁極，當(dāng)磁環(huán)旋轉(zhuǎn)時，固定不動的磁阻元件所處空間的磁場發(fā)生周期性變化，這使得磁阻元件的電阻也隨之發(fā)生周期性變化(與轉(zhuǎn)速成正比)，變化的阻值通過外供電源和集成電路的共同作用，最終將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸出。數(shù)字信號波形的頻率由附裝于磁環(huán)的磁鐵極數(shù)確定。圖5中為20極型的磁環(huán)，可以產(chǎn)生20個周期的波形(磁環(huán)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生20個脈沖)，當(dāng)磁力方向根據(jù)附于磁環(huán)上的磁鐵的轉(zhuǎn)動而變化時，則MRE的輸出就成AC波形，傳感器內(nèi)的比較器將此AC波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。

二、轉(zhuǎn)速傳感器對汽車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測示例

在現(xiàn)代汽車的自動變速器維修過程中，很少出現(xiàn)自動變速器嚴(yán)重?fù)p壞的故障，自動變速器大修作業(yè)也越來越少了，其原因除了是現(xiàn)代自動變速器的質(zhì)量提升之外，另一個重要原因就是轉(zhuǎn)速傳感器在其運(yùn)行過程中的起到了狀態(tài)監(jiān)測及故障預(yù)警作用。現(xiàn)代自動變速器控制系統(tǒng)中至少采用三個轉(zhuǎn)速傳感器。

①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器：用來監(jiān)測發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，同時監(jiān)測自動變速器變矩器的輸入轉(zhuǎn)速(泵輪轉(zhuǎn)速)。

②變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器：用來檢測變速器的輸入轉(zhuǎn)速(變矩器渦輪轉(zhuǎn)速)，同時與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器信號進(jìn)行比較來監(jiān)測變矩器中泵輪、渦輪和鎖止離合器三者的工作狀態(tài)。

③變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器：用來檢測變速器的輸出轉(zhuǎn)速，同時與變速器輸入傳感器信號進(jìn)行比較來監(jiān)測變速器動力傳遞過程中傳動比是否準(zhǔn)確，進(jìn)而評價變速器的工作狀態(tài)。

示例一 變矩器工作故障狀態(tài)監(jiān)測

一輛4700Jeep，變速器的型號是545RFE，行駛里程為158,600km。用戶駕駛車輛在正常行駛時，故障燈時而點(diǎn)亮。在出現(xiàn)故障以后，加速不良，變速器進(jìn)入故障保護(hù)模式，尤其在高速行駛過程中故障出現(xiàn)頻繁。

用DRBⅢ檢測出變速器的故障碼為P0740——液力變矩器離合器(TCC)控制電路。設(shè)置故障碼的條件：變速器電控液力變矩器離合器(EMCC)工作狀態(tài)，輸入轉(zhuǎn)速1750r/min，TCC和低速擋/倒擋電磁閥達(dá)到最大占空比，不能使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速處在輸入速度的60r/min范圍內(nèi)。另外，當(dāng)變速器處于EMCC，發(fā)動機(jī)與TCC打滑速度大于100r/min并持繼10s。

維修手冊中描述的可能原因：①存在相關(guān)故障碼(DTC)P0750線束或插接器間歇性故障；②油液液位不正常；③變速器內(nèi)部故障(TCC超過范圍)；④低速擋/倒擋電磁閥不工作。

車輛進(jìn)行常規(guī)的檢查結(jié)果：①變速器的油位及顏色均在正常的范圍；②換擋拉線擋位指示正常；③輸入與輸出轉(zhuǎn)速傳感器插頭插接完好；④變速器電磁閥插接器無異現(xiàn)象(例如：插針腐蝕，退針)；⑤變速器無打滑現(xiàn)象。

清除故障碼后，車輛運(yùn)行正常。根據(jù)用戶反應(yīng)故障是在高速路上勻速行駛的過程中出現(xiàn)頻繁這一規(guī)律，進(jìn)行路試并作實(shí)測記錄發(fā)現(xiàn)：當(dāng)車輛行駛擋位升至5擋，車速110km/h勻速行駛，TCC電磁閥處于工作狀態(tài)，發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與變速器的輸入轉(zhuǎn)速差在50r/min以內(nèi)，在緩慢加速過程發(fā)現(xiàn)，TCC在保持結(jié)合的過程中，發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與變速器的輸入轉(zhuǎn)速差有時會超過100r/min，同時伴隨發(fā)動機(jī)故障燈報警，變速器鎖擋狀態(tài)。

拆卸變速器檢查過程中，發(fā)現(xiàn)變矩器的顏色灰暗，出現(xiàn)過熱變色現(xiàn)象，再仔細(xì)觀察變矩器泵輪軸的根部出現(xiàn)高溫過后的烤藍(lán)狀態(tài)，根據(jù)故障碼及數(shù)據(jù)流提供的變矩器工作狀態(tài)信息，分析出變矩器由于鎖止離合器工作過程中出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，造成過熱損壞。通過此案例分析發(fā)現(xiàn)使用轉(zhuǎn)速傳感器可以對變矩器的工作狀態(tài)，起到了狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警控制作用。

示例二 發(fā)動機(jī)燃油切斷控制

在現(xiàn)代汽車牽引力控制過程中，有一項(xiàng)控制環(huán)節(jié)就是降低發(fā)動機(jī)的動力輸出，以達(dá)到減小車輛扭矩輸出的目的。

例如，在日產(chǎn)車型中急加速發(fā)動機(jī)斷油控制，當(dāng)擋位從N擋變到D擋時，冷卻液溫度為35℃或更高，車速為8km/h或更低，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為大約2600r/min或更高，所有汽缸燃油供給被切斷。燃油供給將在轉(zhuǎn)速低于2200r/min時恢復(fù)。發(fā)動機(jī)燃油切斷控制轉(zhuǎn)速的設(shè)定就是由監(jiān)測車輛運(yùn)行狀態(tài)的多個轉(zhuǎn)速傳感器來實(shí)現(xiàn)的。通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、變速器輸入輸出傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器等轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)測的信號，根據(jù)車輛的總的傳動比及車輪尺寸等信息，計算出車輛在此狀態(tài)下發(fā)動機(jī)要求轉(zhuǎn)速與實(shí)際車速間的關(guān)系。

(2)固定傳動比與可變傳動比

轉(zhuǎn)向柱電動助力驅(qū)動式系統(tǒng)可分為固定傳動比與可變傳動比的方式，如比亞迪F3DM電動車和普通轎車就裝用固定傳動比電機(jī)助力方式，而寶馬轎車的所謂“主動式”助力轉(zhuǎn)向，用的就是可變傳動比的電機(jī)助力系統(tǒng)。普通轎車轉(zhuǎn)向傳動比一般在(16-18)∶1之間，即在車輛低速行駛時扳動方向盤約16度時，轉(zhuǎn)向輪可以偏轉(zhuǎn)1度；而在高速時方向盤需轉(zhuǎn)動18度才偏轉(zhuǎn)1度，低速與高速的相差不大。而可變傳動比的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如寶馬轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向的傳動比可在10∶1和20∶1之間變化，這么大的傳動比調(diào)節(jié)范圍，使得車輛在倒車進(jìn)庫或低速行駛時，操縱方向盤更省力輕松，而在高速行駛時，需要轉(zhuǎn)動方向盤更大的角度轉(zhuǎn)向輪才能轉(zhuǎn)向，這可極大的提高行駛的穩(wěn)定性和安全性。

寶馬的所謂“主動式”助力轉(zhuǎn)向顯然并不是會自動進(jìn)行轉(zhuǎn)向的操作，它只是一個輔助性的裝置，轉(zhuǎn)向還得按駕駛員的操作意圖來實(shí)現(xiàn)。

(3)轉(zhuǎn)向的“波齒輪”減速結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動式電動助力轉(zhuǎn)向裝置現(xiàn)也在高檔豪華車輛上使用，如雷克薩斯LS460系列轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，就用了一種“波齒輪”可變應(yīng)力減速方式，豐田車系稱之為“VGRS”，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的可變齒輪比，達(dá)到極佳的行駛穩(wěn)定性和操控性。圖2表示這種波齒輪減速結(jié)構(gòu)，圖中方向盤帶動紅色剛性的輸入齒轉(zhuǎn)動，與之并列的剛性綠色齒輪是輸出軸，再接后面的轉(zhuǎn)向器。中部藍(lán)色圓柱體代表驅(qū)動電機(jī)，它驅(qū)動一個外表光滑的橢圓形波形輪，波形輪上活套一個較寬的黑色柔性齒輪，它同時分別與紅色輸入齒及綠色輸出齒相嚙合。由于波形輪呈橢圓形，故黑色柔性齒輪也呈橢圓狀，形成橢圓的長軸齒和短軸齒，從圖中可見只有長軸齒才與紅輸入齒及綠輸出齒嚙合，而短軸齒則不被嚙合。

輸入紅齒有102齒，輸出綠齒有100齒，電機(jī)驅(qū)動的柔性齒也是100齒，這種不同齒數(shù)的特殊齒輪結(jié)構(gòu)，可獲得齒輪的傳動比達(dá)51∶1，而且能實(shí)現(xiàn)傳動比可變。在轉(zhuǎn)向控制ECU的作用下，在低速行駛時轉(zhuǎn)向能實(shí)現(xiàn)低減速比，減少駕駛員對方向盤的操控力；中速時可適度提高減速比，使車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)較靈敏；高速時不需要過高的轉(zhuǎn)向靈敏度，則大幅提高減速比，保證了高速行駛車輛的穩(wěn)定性和安全性。

二、齒條電動轉(zhuǎn)向驅(qū)動式REPS助力系統(tǒng)

圖3所示為齒條電動轉(zhuǎn)向驅(qū)動式助力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它由機(jī)械與電氣兩部分組成，機(jī)械部分主要有齒條軸、轉(zhuǎn)向驅(qū)動小齒輪、循環(huán)滾珠式減速裝置、左右兩邊的橫拉桿及車輪轉(zhuǎn)向節(jié)等；電氣部分包括助力驅(qū)動電機(jī)，轉(zhuǎn)矩傳感器及轉(zhuǎn)向傳感器、ECU電控模塊、電源變頻裝置及車速傳感器等幾種部件所組成，電機(jī)直接安裝在齒條軸上提供助力，形成齒條電機(jī)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

電動汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨車型會有差別，主是是采用不同的轉(zhuǎn)矩傳感器、不同的驅(qū)動電機(jī)、不同的布置形式，或采取不同的減速傳動裝置。但電動汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本工作原理是相同的，均是通過轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)向傳感器，檢測駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)矩大小及轉(zhuǎn)角方向，并轉(zhuǎn)化成電信號，傳輸?shù)睫D(zhuǎn)向控制單元ECU進(jìn)行分析，輸出一個與之相匹配的力矩信號，指令轉(zhuǎn)向的驅(qū)動電機(jī)工作，而產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力作用。

轉(zhuǎn)矩傳感器反映了駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)動的力矩的大小，轉(zhuǎn)矩傳感器通常有解角式、磁阻式及檢測環(huán)復(fù)合式等數(shù)種形式，其中解角式轉(zhuǎn)矩傳感器用得最普遍。圖3中的轉(zhuǎn)角傳感器是檢測轉(zhuǎn)向角度及轉(zhuǎn)動方向用的。

1.解角式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)

解角式轉(zhuǎn)矩傳感器通常安裝在方向盤轉(zhuǎn)向柱的中部或下端，串接在方向盤的轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向齒條之間，轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出裝置就是轉(zhuǎn)向驅(qū)動小齒輪，它與齒條直接嚙合使齒條作左右直線運(yùn)動，通過左右橫拉桿來驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)向節(jié)左右擺動而轉(zhuǎn)向。顯然轉(zhuǎn)矩傳感器在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，是極重要的一個部件，它檢測駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向力矩的大小，并將此力矩轉(zhuǎn)換成電信號，向轉(zhuǎn)向控制器ECU傳輸。

圖4是解角式轉(zhuǎn)矩傳感器的分解圖，圖中部為其轉(zhuǎn)子總成外形圖，右部圖是其定子結(jié)構(gòu)圖，定子分上下兩層分別嵌有上定子線圈1和下定子線圈2(用紅字標(biāo)注)。它安裝在轉(zhuǎn)向器外殼內(nèi)，是固定不動的，其上有七根不同顏色的細(xì)線，向轉(zhuǎn)向控制單元ECU輸出轉(zhuǎn)矩信號；定子的內(nèi)部是轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的上端與方向盤軸用花鍵鋼性連接，轉(zhuǎn)子軸有上下的內(nèi)外兩層。圖中用紅色線標(biāo)識轉(zhuǎn)子線圈1，用蘭色線標(biāo)識轉(zhuǎn)子線圈2。兩個定子線圈與兩個轉(zhuǎn)子線圈在位置上是分別對應(yīng)的。轉(zhuǎn)子線圈1是裝在轉(zhuǎn)子空心軸上，與方向盤同步旋轉(zhuǎn)。而轉(zhuǎn)子線圈2則與轉(zhuǎn)向小齒輪一起旋轉(zhuǎn)，小齒輪的上部有較細(xì)的扭桿，插入空心軸內(nèi)，細(xì)扭桿的上端與空心軸的上端用橫銷相連，有花鍵與方向盤的輸出轉(zhuǎn)軸連接，隨著方向盤一起轉(zhuǎn)動。扭桿下端是驅(qū)動小齒輪，直接與齒條相嚙合，驅(qū)動兩前輪左右擺動而轉(zhuǎn)向。

2.轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出電壓

轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出電壓反映了駕駛員操縱轉(zhuǎn)向力矩。當(dāng)駕駛操縱方向盤轉(zhuǎn)向時，方向盤軸帶動轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸的空心軸與扭桿軸隨之轉(zhuǎn)動。空心軸的下端只有轉(zhuǎn)子線圈1，而沒有其他的負(fù)載，所以空心軸完全與方向盤同步旋轉(zhuǎn)；而靈敏的細(xì)扭桿軸下端是驅(qū)動小齒輪，它與齒條嚙合以驅(qū)動左右前輪擺動。由于輪胎與路面有較大的摩擦力，反映扭桿軸上的驅(qū)動齒輪是有載荷阻力的。在這個阻力的作用下，會造成細(xì)扭桿產(chǎn)生一定的扭曲形變，扭曲形變量的大小直接反映轉(zhuǎn)子線圈2與轉(zhuǎn)子線圈1兩者間產(chǎn)生的“相位差”。兩個轉(zhuǎn)子線圈的轉(zhuǎn)角相位差可通過定子的上層和下層的線圈感應(yīng)，則定子線圈輸出轉(zhuǎn)向的感應(yīng)電壓信號到轉(zhuǎn)向ECU電控模塊，反映了駕駛員操縱方向盤的力矩，故這個裝置稱為轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)矩傳感器。

3.轉(zhuǎn)向助力電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向齒條軸橫置在駕駛室火墻的下方，其外殼內(nèi)裝有電機(jī)，向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力。電機(jī)有直接采取DC直流無刷電機(jī)式的，也有用三相永磁無刷電機(jī)式的，其共同特點(diǎn)是電機(jī)的體積小可直接安裝在轉(zhuǎn)向器的齒條軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量較小，轉(zhuǎn)向操縱十分靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲較低，輸出功率高。電機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下。

①為減少助力電機(jī)的體積和增大電機(jī)的輸出功率，有的電機(jī)的工作電壓提升到三相交流電30V左右，有的三相交流電壓提升得更高，遠(yuǎn)高于蓄電池的電壓，可有效地減小電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的工作電流。由于電機(jī)工作電壓提升的需要，為此必須增加一個電壓提升的電路，以及必須的電源逆變電路來產(chǎn)生三相交流電，供三相驅(qū)動電機(jī)使用。

②電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁材料，為使轉(zhuǎn)向齒條軸穿過電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所以轉(zhuǎn)子內(nèi)部是空心的，電機(jī)與齒條軸是同軸結(jié)構(gòu)。如圖3所示，電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子上還安裝有轉(zhuǎn)角傳感器的永磁轉(zhuǎn)子，與之相對應(yīng)的還有轉(zhuǎn)角傳感器的定子及其線圈，其信號傳給轉(zhuǎn)向ECU，反映了實(shí)際轉(zhuǎn)向及角度的大小。

③電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過減速裝置傳給齒條軸的，為高效傳遞轉(zhuǎn)矩減輕摩擦阻力，并減少運(yùn)動的噪聲，這里采取了循環(huán)滾珠式的減速裝置，如圖3所示。齒條軸的延伸是滾珠絲杠，外套有滾珠螺母，絲杠與螺母間有循環(huán)流動的滾珠。轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)通過外套的滾珠螺母，形成較大的減速比，并將滑動摩擦轉(zhuǎn)換成滾動摩擦，摩擦阻力異常輕巧，輕便的傳送給滾珠絲杠，使得齒條軸得以助力，整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得輕便靈活，響應(yīng)極迅速。

4.齒條平行軸式REPS電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

齒條驅(qū)動式電動助力轉(zhuǎn)向裝置，有同軸式和平行軸式兩種形式，同軸式REPS輔助系統(tǒng)是指電機(jī)的空心軸與轉(zhuǎn)向器絲杠軸兩者同為一根軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動絲杠螺母，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給絲杠螺母，絲杠螺母副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成齒條的直線運(yùn)動。本文前面所述的電機(jī)輔助助力系統(tǒng)就是同軸式的。

平行軸式REPS是指轉(zhuǎn)向器助力電機(jī)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向器絲杠軸兩者不同軸，而采用平行軸結(jié)構(gòu)，利用皮帶連接電機(jī)轉(zhuǎn)軸和絲杠螺母，滾珠絲杠上的循環(huán)滾珠作為減速機(jī)構(gòu)。平行軸式REPS主要由殼體、驅(qū)動電機(jī)、滾珠絲桿、輸入齒輪軸總成、扭矩傳感器、ECU和軸承等構(gòu)成。

現(xiàn)代歐美電動車型中多用平行軸式電動助力轉(zhuǎn)向，我國新投產(chǎn)的比亞迪“秦牌”混合電動汽車，大眾車系的“邁騰”轎車均采用了這種電動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，如圖5所示，這種齒條平行軸式REPS系統(tǒng)的驅(qū)動部分，與齒條驅(qū)動式電動助力轉(zhuǎn)向裝置一樣，它的轉(zhuǎn)向絲桿亦是采取十分省力靈活的滾珠結(jié)構(gòu)。

平行軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)，多用永磁式三相交流電機(jī)，工作電壓一般與動力電池的電壓相同，但也需要通過變頻器的轉(zhuǎn)換，將動力電池的直流電壓首先經(jīng)變頻器逆變?yōu)槿嘟涣麟姾?，再供給轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得以助力?？蓞⒁娤嚓P(guān)的電動汽車空調(diào)或電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的變頻器電路，了解其工作原理。

(作者楊樹嶺工作單位：中國北方車輛研究所)