汽车电动助力转向系统使用及维护

汪锋

（安徽猎豹汽车有限公司，安徽 滁州 239000）

汽车电动助力转向系统使用及维护

汪锋

（安徽猎豹汽车有限公司，安徽 滁州 239000）

介绍电动助力转向系统结构以及原理；根据EPS控制盒具有的自我诊断功能，提出汽车电动助力转向系统故障诊断流程及注意事项；阐述常见的故障现象及排除方法。

电动助力转向系统；故障诊断；排除方法

电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）是近年来出现的新型动力转向系统，它由直流电机、扭矩传感器、电子控制单元、助力机构等组成。汽车电动助力转向系统运用了最新的电子控制技术和高性能的电机控制技术，明显改善了汽车动态性能和静态性能；提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性，减少对环境的污染，并有效地解决了液压动力转向系统在能耗、环保等方面的不足。

EPS是在机械转向系统的基础上根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号，通过电子控制装置使电机产生相应大小和方向的转向辅助力，协助驾驶员进行转向操纵，并获得最佳的转向特性的伺服系统。与液压动力转向系统相比，EPS的优点是：效率高、能耗少、质量轻、可控性高、有较好的“路感”、回正性好、操作可靠性好、维修方便、制造成本低、竞争力强。

1 电动助力转向系统结构

EPS系统由管柱、ECU控制器、扭矩角度传感器、无刷电机等部件组成，其基本结构见图1。管柱起到转向盘与转向机的连接作用，同时它又是无刷电机和扭矩传感器的承载体；ECU控制器主要通过采集扭矩传感器的扭矩值大小和方向，控制电机助力的大小及方向；扭矩角度传感器主要采集转向盘所受力矩的大小与方向以及转向盘角度；无刷电机是力矩输出的直接执行者。

图1 EPS系统基本结构图

2 电动助力转向系统工作原理

EPS工作的基本原理是利用无刷电机提供转向助力。一旦装向盘有转向动作发生，扭矩传感器可以根据转向轴的扭转变形量，迅速测出转向力矩的大小。同时将该扭矩信号传递给ECU，ECU会接收到来自整车的车速信号和发动机信号。根据这些信号，ECU中的控制程序会按预先设计好的助力特性确定电动机电流的大小，进而确定电动机的输出力矩，实现转向助力。

3 安全保护

3.1 自检

EPS控制盒具备完善的自我诊断功能。当点火开关置于ON位置时，ECU开始对系统的各个模块进行自检，并且点亮EPS指示灯。当发动机点火后，如果自检一切正常，EPS指示灯将会在大约2s内熄灭。如果自检到任一模块存在故障，EPS指示灯将常亮。

3.2 助力

当EPS指示灯熄灭后，EPS即进入待机状态。转动转向盘时，EPS就进入助力状态开始助力。EPS可以根据当前的路面状况和行驶速度智能选择合理的助力大小，使用户有较好的驾驶手感。原地转向和低速行驶时具有转向的轻便性；高速行驶时具有转向的稳定性。

3.3 安全保护

当EPS系统出现异常时，EPS控制器将根据当前故障的严重程度选择合理的安全保护。当出现严重的故障时，将切断EPS系统电源，自动转换为无助力的机械转向系统，并且EPS指示灯点亮；当出现一般的故障时，将进入小助力模式并且EPS指示灯点亮。EPS出现故障时失效保护一览表见表1。

表1 EPS出现故障时失效保护一览表

注意：当车辆停止或低速行驶时，连续转动转向盘或转向盘长时间处于全锁位置，助力大小将减小，以防止电动机和ECU过热。在这种情况下，如果使用发动机怠速将近10min不转动转向盘，助力大小将恢复85%；使用发动机怠速将近20 min不转动转向盘，助力大小将恢复到正常状态（100%）。

4 故障诊断

4.1 诊断故障代码

可直接通过诊断仪进行诊断。找到汽车上的诊断插座（一般在仪表下方），将诊断仪连接好，选择对应的车型并找到EPS诊断选项。选择读取故障代码，当前的故障代码及其定义说明将会显示在屏幕上；选择清除故障代码，控制器存储的故障代码即可清除。诊断流程见图2。

图2 诊断流程图

4.2 诊断故障中的注意事项

1）当点火开关接通，发动机不起动时，显示DTC22（无发动机转速信号）。当发动机起动时，不显示DTC22表示正常。

2）EPS指示灯开始显示所有故障代码。故障代码（DTC）从最小的代码号开始依次显示，每种代码显示1次。

3）记下显示的故障代码。诊断流程见图2。

5 角度置零

5.1 控制器进行零位标定的条件

1）汽车必须完成四轮定位，且转向盘打到中间位置。当处于该情况下的零位标定，控制器获得的绝对角度值是汽车直线行驶时，转向盘出于中间位置时的角度，可以避免出现一些异常的驾驶手感。

2）将钥匙转到IGON挡。

3）角度标定时转向盘保持静止，标定过程中角度变化不超过5°。

4）角度标定工位必须在汽车前束调整工位之后。

5）机械管柱若进行拆装，必须重新进行角度零位标定。

6）每个上电周期，只允许标定一次；若标定不成功，请断电4s后重新上电再次标定。

5.2 所需设备

UDS诊断仪（或者与整车下线诊断设备整合），目前测试为X431。

5.3 工序位置

在转向盘调中、灯光、前束完成后。

5.4 操作过程

汽车停在台架上后，将诊断仪接口插入整车OBD接口。

1）连接车诊断设备，并运行诊断程序。

2）选择目标车型。

3）选择“电动助力系统”。

4）选择“角度传感器置零”。

5）按“执行”进行操作。

6）等待屏幕显示“置零成功”完成置零工作。

7）如果置零没有成功或长时间显示等待，请检查如下部件或信号：①诊断仪选型是否正确；②插头是否连接良好；③汽车是否起动电源（钥匙在ACC挡才能置零）；④发动机不需要起动（发动机转速在仪表盘上显示0）。

5.5 注意事项

在如下情况下必须重新进行角度置零：①拆装或更换EPS控制单元；②拆装或更换转向机；③拆装或更换转向柱。

6 检查维护及注意事项

6.1 操作注意事项

1）处理电子部件时：①避免撞击电子部件，如ECU和电机。如果这些部件跌落或遭受严重撞击，则应换新。②不要将任何电子部件暴露在高温或潮湿环境中。③不要触碰连接器端子，以防变形或因静电而引起故障。

2）处理转向机总成时：①避免撞击转向机总成，特别是电机或扭矩传感器。如果这些部件跌落或遭受严重撞击，则应换新。②当移动转向机总成时，不要提拉线束。

3）断开和重新连接控制器时：①将点火开关置于ON（IG）位置，使转向盘回正，并在断开电动助力转向系统相关连接器前，再次将点火开关置于OFF位置。②在重新连接电动助力转向系统相关连接器前，确保点火开关置于OFF位置。重新连接后，将转向盘回正，并将点火开关置于ON（IG）位置。当转向盘未回正时，不要将点火开端置于ON（IG）位置。③如果不正确完成以上操作，零点将出现偏离，可能会导致左、右转向力矩之间出现差异。如果左、右转向力矩之间有差别，需进行转向零点校正。

4）点火起动和行驶时，尽量不要来回剧烈转动转向盘。否则会造成电机功率消耗增加，电流增大会造成电机发热。当控制装置检测到电机热量增大时，它会逐渐降低低级的电流，以保护系统。因此，动力助力操作受到限制，最终造成ECU助力失效。

5）每次更换控制器、转向机、转向管柱或调整前轮前束时，都要用诊断仪重新角度置零。角度置零需注意：①每一次点火只能置零一次，置零时不能转动转向盘。②角度置零成功以后，需重新点火起动（第二次起动时间间隔不能小于5s），置零才有效。

6.2 检查维护

6.2.1 转向盘自由间隙的检查

通过在轴方向和横方向移动转向盘，检查转向盘是否松动或发生吱吱声。如果发现缺陷，维修或更换。在发动机停止，汽车固定在地面朝前方的状态下，检查转向盘。转向盘自由间隙的范围是0～30mm。如果转向盘运动不在规定自由间隙的范围内，按流程进行检查：转向横拉杆球头是否磨损→下部球接头是否磨损→转向轴接头是否磨损→转向小齿轮或齿轮齿条是否磨损或破裂→其他部件是否松动。如果发现缺陷，更换。

6.2.2 转向力的检查

1）汽车停放在水平路面上，转向盘放置在平直向前位置。

2）检查轮胎充气压力是否符合指定要求。

3）起动发动机。在发动机怠速时，通过相反方向钩住转向盘上的弹簧秤测量转向力，转向力至少35N（约3.5kg）。

6.3 EPS控制器拆装

拆卸：断开蓄电池负极电缆→松开EPS控制器螺钉→拆卸插头→拆卸EPS控制器。

安装：按拆卸过程的相反步骤进行安装。

6.4 常见故障现象及排除方法

常见故障现象及排除方法见表2。

表2 常见故障现象及排除方法

（编辑张每文）

表1 温度电压与温度的关系

4 解决措施

基于以上排查及分析，制订了如下解决措施。

1）针对温度补偿电压过高的问题，重新分析液晶显示屏的背光颜色及工作频率，调整温度补偿曲线。经过几轮调整，最终确认的温度电压如表2所示。

调整后的温度电压更加平稳，电压补偿部分较之前的偏低。为了防止在同一个温度点发生反复判断现象，在软件处理中增加了滞回处理逻辑。

2）为提高液晶显示屏的显示效果，笔者在基准电压、温度传感器误差处理、温度补偿频率方面进行了优化处理。①基准电压调整：为了避免单件的差异，在制造过程中，对每个零件进行调整；②温度传感器误差处理：对温度传感器反馈的电压作防错处理，滤掉短时间内变化过大的电压［3］（1 s内超过±5℃的信号）；③减小温度补偿频率：实际的环境温度不可能很快变化，所以将温度补偿周期由100 ms更改为1 s，减少不必要的补偿。

通过以上措施，优化了设计方案，彻底解决了液晶显示屏的闪烁故障。

表2 调整后的温度电压表

［1］一汽轿车奔腾B70车型产品手册［Z］.2013.

［2］王晓光，高茹，王亮，等.某车型调光开关设计改进［J］.汽车电器，2015（11）：17-19.

［3］汽车温度传感器产品手册［Z］.

（编辑 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

汪锋（1987-），男，安徽池州人，助理工程师，主要从事汽车电器线路设计工作。