汽車電動助力轉向系統使用及維護

汪鋒

（安徽獵豹汽車有限公司，安徽 滁州 239000）

汽車電動助力轉向系統使用及維護

汪鋒

（安徽獵豹汽車有限公司，安徽 滁州 239000）

介紹電動助力轉向系統結構以及原理；根據EPS控制盒具有的自我診斷功能，提出汽車電動助力轉向系統故障診斷流程及注意事項；闡述常見的故障現象及排除方法。

電動助力轉向系統；故障診斷；排除方法

電動助力轉向系統（Electric Power Steering，簡稱EPS）是近年來出現的新型動力轉向系統，它由直流電機、扭矩傳感器、電子控制單元、助力機構等組成。汽車電動助力轉向系統運用了最新的電子控制技術和高性能的電機控制技術，明顯改善了汽車動態性能和靜態性能；提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性，減少對環境的污染，并有效地解決了液壓動力轉向系統在能耗、環保等方面的不足。

EPS是在機械轉向系統的基礎上根據作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產生相應大小和方向的轉向輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱，并獲得最佳的轉向特性的伺服系統。與液壓動力轉向系統相比，EPS的優點是：效率高、能耗少、質量輕、可控性高、有較好的“路感”、回正性好、操作可靠性好、維修方便、制造成本低、競爭力強。

1 電動助力轉向系統結構

EPS系統由管柱、ECU控制器、扭矩角度傳感器、無刷電機等部件組成，其基本結構見圖1。管柱起到轉向盤與轉向機的連接作用，同時它又是無刷電機和扭矩傳感器的承載體；ECU控制器主要通過采集扭矩傳感器的扭矩值大小和方向，控制電機助力的大小及方向；扭矩角度傳感器主要采集轉向盤所受力矩的大小與方向以及轉向盤角度；無刷電機是力矩輸出的直接執行者。

圖1 EPS系統基本結構圖

2 電動助力轉向系統工作原理

EPS工作的基本原理是利用無刷電機提供轉向助力。一旦裝向盤有轉向動作發生，扭矩傳感器可以根據轉向軸的扭轉變形量，迅速測出轉向力矩的大小。同時將該扭矩信號傳遞給ECU，ECU會接收到來自整車的車速信號和發動機信號。根據這些信號，ECU中的控制程序會按預先設計好的助力特性確定電動機電流的大小，進而確定電動機的輸出力矩，實現轉向助力。

3 安全保護

3.1 自檢

EPS控制盒具備完善的自我診斷功能。當點火開關置于ON位置時，ECU開始對系統的各個模塊進行自檢，并且點亮EPS指示燈。當發動機點火后，如果自檢一切正常，EPS指示燈將會在大約2s內熄滅。如果自檢到任一模塊存在故障，EPS指示燈將常亮。

3.2 助力

當EPS指示燈熄滅后，EPS即進入待機狀態。轉動轉向盤時，EPS就進入助力狀態開始助力。EPS可以根據當前的路面狀況和行駛速度智能選擇合理的助力大小，使用戶有較好的駕駛手感。原地轉向和低速行駛時具有轉向的輕便性；高速行駛時具有轉向的穩定性。

3.3 安全保護

當EPS系統出現異常時，EPS控制器將根據當前故障的嚴重程度選擇合理的安全保護。當出現嚴重的故障時，將切斷EPS系統電源，自動轉換為無助力的機械轉向系統，并且EPS指示燈點亮；當出現一般的故障時，將進入小助力模式并且EPS指示燈點亮。EPS出現故障時失效保護一覽表見表1。

表1 EPS出現故障時失效保護一覽表

注意：當車輛停止或低速行駛時，連續轉動轉向盤或轉向盤長時間處于全鎖位置，助力大小將減小，以防止電動機和ECU過熱。在這種情況下，如果使用發動機怠速將近10min不轉動轉向盤，助力大小將恢復85%；使用發動機怠速將近20 min不轉動轉向盤，助力大小將恢復到正常狀態（100%）。

4 故障診斷

4.1 診斷故障代碼

可直接通過診斷儀進行診斷。找到汽車上的診斷插座（一般在儀表下方），將診斷儀連接好，選擇對應的車型并找到EPS診斷選項。選擇讀取故障代碼，當前的故障代碼及其定義說明將會顯示在屏幕上；選擇清除故障代碼，控制器存儲的故障代碼即可清除。診斷流程見圖2。

圖2 診斷流程圖

4.2 診斷故障中的注意事項

1）當點火開關接通，發動機不起動時，顯示DTC22（無發動機轉速信號）。當發動機起動時，不顯示DTC22表示正常。

2）EPS指示燈開始顯示所有故障代碼。故障代碼（DTC）從最小的代碼號開始依次顯示，每種代碼顯示1次。

3）記下顯示的故障代碼。診斷流程見圖2。

5 角度置零

5.1 控制器進行零位標定的條件

1）汽車必須完成四輪定位，且轉向盤打到中間位置。當處于該情況下的零位標定，控制器獲得的絕對角度值是汽車直線行駛時，轉向盤出于中間位置時的角度，可以避免出現一些異常的駕駛手感。

2）將鑰匙轉到IGON擋。

3）角度標定時轉向盤保持靜止，標定過程中角度變化不超過5°。

4）角度標定工位必須在汽車前束調整工位之后。

5）機械管柱若進行拆裝，必須重新進行角度零位標定。

6）每個上電周期，只允許標定一次；若標定不成功，請斷電4s后重新上電再次標定。

5.2 所需設備

UDS診斷儀（或者與整車下線診斷設備整合），目前測試為X431。

5.3 工序位置

在轉向盤調中、燈光、前束完成后。

5.4 操作過程

汽車停在臺架上后，將診斷儀接口插入整車OBD接口。

1）連接車診斷設備，并運行診斷程序。

2）選擇目標車型。

3）選擇“電動助力系統”。

4）選擇“角度傳感器置零”。

5）按“執行”進行操作。

6）等待屏幕顯示“置零成功”完成置零工作。

7）如果置零沒有成功或長時間顯示等待，請檢查如下部件或信號：①診斷儀選型是否正確；②插頭是否連接良好；③汽車是否起動電源（鑰匙在ACC擋才能置零）；④發動機不需要起動（發動機轉速在儀表盤上顯示0）。

5.5 注意事項

在如下情況下必須重新進行角度置零：①拆裝或更換EPS控制單元；②拆裝或更換轉向機；③拆裝或更換轉向柱。

6 檢查維護及注意事項

6.1 操作注意事項

1）處理電子部件時：①避免撞擊電子部件，如ECU和電機。如果這些部件跌落或遭受嚴重撞擊，則應換新。②不要將任何電子部件暴露在高溫或潮濕環境中。③不要觸碰連接器端子，以防變形或因靜電而引起故障。

2）處理轉向機總成時：①避免撞擊轉向機總成，特別是電機或扭矩傳感器。如果這些部件跌落或遭受嚴重撞擊，則應換新。②當移動轉向機總成時，不要提拉線束。

3）斷開和重新連接控制器時：①將點火開關置于ON（IG）位置，使轉向盤回正，并在斷開電動助力轉向系統相關連接器前，再次將點火開關置于OFF位置。②在重新連接電動助力轉向系統相關連接器前，確保點火開關置于OFF位置。重新連接后，將轉向盤回正，并將點火開關置于ON（IG）位置。當轉向盤未回正時，不要將點火開端置于ON（IG）位置。③如果不正確完成以上操作，零點將出現偏離，可能會導致左、右轉向力矩之間出現差異。如果左、右轉向力矩之間有差別，需進行轉向零點校正。

4）點火起動和行駛時，盡量不要來回劇烈轉動轉向盤。否則會造成電機功率消耗增加，電流增大會造成電機發熱。當控制裝置檢測到電機熱量增大時，它會逐漸降低低級的電流，以保護系統。因此，動力助力操作受到限制，最終造成ECU助力失效。

5）每次更換控制器、轉向機、轉向管柱或調整前輪前束時，都要用診斷儀重新角度置零。角度置零需注意：①每一次點火只能置零一次，置零時不能轉動轉向盤。②角度置零成功以后，需重新點火起動（第二次起動時間間隔不能小于5s），置零才有效。

6.2 檢查維護

6.2.1 轉向盤自由間隙的檢查

通過在軸方向和橫方向移動轉向盤，檢查轉向盤是否松動或發生吱吱聲。如果發現缺陷，維修或更換。在發動機停止，汽車固定在地面朝前方的狀態下，檢查轉向盤。轉向盤自由間隙的范圍是0～30mm。如果轉向盤運動不在規定自由間隙的范圍內，按流程進行檢查：轉向橫拉桿球頭是否磨損→下部球接頭是否磨損→轉向軸接頭是否磨損→轉向小齒輪或齒輪齒條是否磨損或破裂→其他部件是否松動。如果發現缺陷，更換。

6.2.2 轉向力的檢查

1）汽車停放在水平路面上，轉向盤放置在平直向前位置。

2）檢查輪胎充氣壓力是否符合指定要求。

3）起動發動機。在發動機怠速時，通過相反方向鉤住轉向盤上的彈簧秤測量轉向力，轉向力至少35N（約3.5kg）。

6.3 EPS控制器拆裝

拆卸：斷開蓄電池負極電纜→松開EPS控制器螺釘→拆卸插頭→拆卸EPS控制器。

安裝：按拆卸過程的相反步驟進行安裝。

6.4 常見故障現象及排除方法

常見故障現象及排除方法見表2。

表2 常見故障現象及排除方法

（編輯張每文）

表1 溫度電壓與溫度的關系

4 解決措施

基于以上排查及分析，制訂了如下解決措施。

1）針對溫度補償電壓過高的問題，重新分析液晶顯示屏的背光顏色及工作頻率，調整溫度補償曲線。經過幾輪調整，最終確認的溫度電壓如表2所示。

調整后的溫度電壓更加平穩，電壓補償部分較之前的偏低。為了防止在同一個溫度點發生反復判斷現象，在軟件處理中增加了滯回處理邏輯。

2）為提高液晶顯示屏的顯示效果，筆者在基準電壓、溫度傳感器誤差處理、溫度補償頻率方面進行了優化處理。①基準電壓調整：為了避免單件的差異，在制造過程中，對每個零件進行調整；②溫度傳感器誤差處理：對溫度傳感器反饋的電壓作防錯處理，濾掉短時間內變化過大的電壓［3］（1 s內超過±5℃的信號）；③減小溫度補償頻率：實際的環境溫度不可能很快變化，所以將溫度補償周期由100 ms更改為1 s，減少不必要的補償。

通過以上措施，優化了設計方案，徹底解決了液晶顯示屏的閃爍故障。

表2 調整后的溫度電壓表

［1］一汽轎車奔騰B70車型產品手冊［Z］.2013.

［2］王曉光，高茹，王亮，等.某車型調光開關設計改進［J］.汽車電器，2015（11）：17-19.

［3］汽車溫度傳感器產品手冊［Z］.

（編輯 心翔）

Operation and Maintenance of Vehicle Electrical Steering System

WANG Feng

（Anhui Cheetah Automobile Co.，Ltd.，Chuzhou 239000，China）

This article introduces structure and principals of electric power assisted steering system.Based on the self-diagnosing function of EPS control tool，the steering system's troubleshooting procedures and notice point are proposed，as well as common issues and relevant solutions.

electric power assisted steering system；fault diagnosis；troubleshooting

U463.234.8

A

1003－8639（2017）02－0023－04

2016-07-15；

2016-12-08

汪鋒（1987-），男，安徽池州人，助理工程師，主要從事汽車電器線路設計工作。