汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用及維護(hù)

汪鋒

（安徽獵豹汽車有限公司，安徽 滁州 239000）

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用及維護(hù)

汪鋒

（安徽獵豹汽車有限公司，安徽 滁州 239000）

介紹電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及原理；根據(jù)EPS控制盒具有的自我診斷功能，提出汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷流程及注意事項；闡述常見的故障現(xiàn)象及排除方法。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；故障診斷；排除方法

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

EPS是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向輔助力，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱，并獲得最佳的轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS的優(yōu)點是：效率高、能耗少、質(zhì)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(qiáng)。

1 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

EPS系統(tǒng)由管柱、ECU控制器、扭矩角度傳感器、無刷電機(jī)等部件組成，其基本結(jié)構(gòu)見圖1。管柱起到轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)的連接作用，同時它又是無刷電機(jī)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(jī)助力的大小及方向；扭矩角度傳感器主要采集轉(zhuǎn)向盤所受力矩的大小與方向以及轉(zhuǎn)向盤角度；無刷電機(jī)是力矩輸出的直接執(zhí)行者。

圖1 EPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

EPS工作的基本原理是利用無刷電機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力。一旦裝向盤有轉(zhuǎn)向動作發(fā)生，扭矩傳感器可以根據(jù)轉(zhuǎn)向軸的扭轉(zhuǎn)變形量，迅速測出轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)信號。根據(jù)這些信號，ECU中的控制程序會按預(yù)先設(shè)計好的助力特性確定電動機(jī)電流的大小，進(jìn)而確定電動機(jī)的輸出力矩，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。

3 安全保護(hù)

3.1 自檢

EPS控制盒具備完善的自我診斷功能。當(dāng)點火開關(guān)置于ON位置時，ECU開始對系統(tǒng)的各個模塊進(jìn)行自檢，并且點亮EPS指示燈。當(dāng)發(fā)動機(jī)點火后，如果自檢一切正常，EPS指示燈將會在大約2s內(nèi)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(dāng)EPS指示燈熄滅后，EPS即進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，EPS就進(jìn)入助力狀態(tài)開始助力。EPS可以根據(jù)當(dāng)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(zhuǎn)向和低速行駛時具有轉(zhuǎn)向的輕便性；高速行駛時具有轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。

3.3 安全保護(hù)

當(dāng)EPS系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，EPS控制器將根據(jù)當(dāng)前故障的嚴(yán)重程度選擇合理的安全保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時，將切斷EPS系統(tǒng)電源，自動轉(zhuǎn)換為無助力的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且EPS指示燈點亮；當(dāng)出現(xiàn)一般的故障時，將進(jìn)入小助力模式并且EPS指示燈點亮。EPS出現(xiàn)故障時失效保護(hù)一覽表見表1。

表1 EPS出現(xiàn)故障時失效保護(hù)一覽表

注意：當(dāng)車輛停止或低速行駛時，連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向盤長時間處于全鎖位置，助力大小將減小，以防止電動機(jī)和ECU過熱。在這種情況下，如果使用發(fā)動機(jī)怠速將近10min不轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，助力大小將恢復(fù)85%；使用發(fā)動機(jī)怠速將近20 min不轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，助力大小將恢復(fù)到正常狀態(tài)（100%）。

4 故障診斷

4.1 診斷故障代碼

可直接通過診斷儀進(jìn)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(yīng)的車型并找到EPS診斷選項。選擇讀取故障代碼，當(dāng)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(dāng)點火開關(guān)接通，發(fā)動機(jī)不起動時，顯示DTC22（無發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號）。當(dāng)發(fā)動機(jī)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(jìn)行零位標(biāo)定的條件

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

2）將鑰匙轉(zhuǎn)到IGON擋。

3）角度標(biāo)定時轉(zhuǎn)向盤保持靜止，標(biāo)定過程中角度變化不超過5°。

4）角度標(biāo)定工位必須在汽車前束調(diào)整工位之后。

5）機(jī)械管柱若進(jìn)行拆裝，必須重新進(jìn)行角度零位標(biāo)定。

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

5.2 所需設(shè)備

UDS診斷儀（或者與整車下線診斷設(shè)備整合），目前測試為X431。

5.3 工序位置

在轉(zhuǎn)向盤調(diào)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(shè)備，并運行診斷程序。

2）選擇目標(biāo)車型。

3）選擇“電動助力系統(tǒng)”。

4）選擇“角度傳感器置零”。

5）按“執(zhí)行”進(jìn)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(fā)動機(jī)不需要起動（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(jìn)行角度置零：①拆裝或更換EPS控制單元；②拆裝或更換轉(zhuǎn)向機(jī)；③拆裝或更換轉(zhuǎn)向柱。

6 檢查維護(hù)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(jī)。如果這些部件跌落或遭受嚴(yán)重撞擊，則應(yīng)換新。②不要將任何電子部件暴露在高溫或潮濕環(huán)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(zhuǎn)向機(jī)總成時：①避免撞擊轉(zhuǎn)向機(jī)總成，特別是電機(jī)或扭矩傳感器。如果這些部件跌落或遭受嚴(yán)重撞擊，則應(yīng)換新。②當(dāng)移動轉(zhuǎn)向機(jī)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(guān)置于ON（IG）位置，使轉(zhuǎn)向盤回正，并在斷開電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)連接器前，再次將點火開關(guān)置于OFF位置。②在重新連接電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)連接器前，確保點火開關(guān)置于OFF位置。重新連接后，將轉(zhuǎn)向盤回正，并將點火開關(guān)置于ON（IG）位置。當(dāng)轉(zhuǎn)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(xiàn)偏離，可能會導(dǎo)致左、右轉(zhuǎn)向力矩之間出現(xiàn)差異。如果左、右轉(zhuǎn)向力矩之間有差別，需進(jìn)行轉(zhuǎn)向零點校正。

4）點火起動和行駛時，盡量不要來回劇烈轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤。否則會造成電機(jī)功率消耗增加，電流增大會造成電機(jī)發(fā)熱。當(dāng)控制裝置檢測到電機(jī)熱量增大時，它會逐漸降低低級的電流，以保護(hù)系統(tǒng)。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(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向管柱或調(diào)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(zhuǎn)動轉(zhuǎn)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(hù)

6.2.1 轉(zhuǎn)向盤自由間隙的檢查

通過在軸方向和橫方向移動轉(zhuǎn)向盤，檢查轉(zhuǎn)向盤是否松動或發(fā)生吱吱聲。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，維修或更換。在發(fā)動機(jī)停止，汽車固定在地面朝前方的狀態(tài)下，檢查轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤自由間隙的范圍是0～30mm。如果轉(zhuǎn)向盤運動不在規(guī)定自由間隙的范圍內(nèi)，按流程進(jìn)行檢查：轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭是否磨損→下部球接頭是否磨損→轉(zhuǎn)向軸接頭是否磨損→轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)缺陷，更換。

6.2.2 轉(zhuǎn)向力的檢查

1）汽車停放在水平路面上，轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)。在發(fā)動機(jī)怠速時，通過相反方向鉤住轉(zhuǎn)向盤上的彈簧秤測量轉(zhuǎn)向力，轉(zhuǎn)向力至少35N（約3.5kg）。

6.3 EPS控制器拆裝

拆卸：斷開蓄電池負(fù)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(jìn)行安裝。

6.4 常見故障現(xiàn)象及排除方法

常見故障現(xiàn)象及排除方法見表2。

表2 常見故障現(xiàn)象及排除方法

（編輯張每文）

表1 溫度電壓與溫度的關(guān)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(bǔ)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(diào)整溫度補(bǔ)償曲線。經(jīng)過幾輪調(diào)整，最終確認(rèn)的溫度電壓如表2所示。

調(diào)整后的溫度電壓更加平穩(wěn)，電壓補(bǔ)償部分較之前的偏低。為了防止在同一個溫度點發(fā)生反復(fù)判斷現(xiàn)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(zhǔn)電壓、溫度傳感器誤差處理、溫度補(bǔ)償頻率方面進(jìn)行了優(yōu)化處理。①基準(zhǔn)電壓調(diào)整：為了避免單件的差異，在制造過程中，對每個零件進(jìn)行調(diào)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(nèi)變化過大的電壓［3］（1 s內(nèi)超過±5℃的信號）；③減小溫度補(bǔ)償頻率：實際的環(huán)境溫度不可能很快變化，所以將溫度補(bǔ)償周期由100 ms更改為1 s，減少不必要的補(bǔ)償。

通過以上措施，優(yōu)化了設(shè)計方案，徹底解決了液晶顯示屏的閃爍故障。

表2 調(diào)整后的溫度電壓表

［1］一汽轎車奔騰B70車型產(chǎn)品手冊［Z］.2013.

［2］王曉光，高茹，王亮，等.某車型調(diào)光開關(guān)設(shè)計改進(jìn)［J］.汽車電器，2015（11）：17-19.

［3］汽車溫度傳感器產(chǎn)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(shè)計工作。