14转向手册液压转向解读Word文件下载.docx
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而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。
因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。
与液压助力转向系统对比试验表明：
（1）在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；
在转向时，可以降低5.5%。
（2）电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。
在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；
随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。
电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时转向盘能够精确的回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能。
（3）结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养。
电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而且电机及减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养。
（4）通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。
由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的应用。
1.4.2电动助力转向系统的分类
电动助力转向系统利用电动机作为动力源，根据车速和转向盘矩阵等参数，由电子控制单元完成助力控制。
根据电动机布置位置不同，可分为转向柱助力式、齿轮助力式和齿条助力式三种类型。
如图1所示。
（a）转向轴助力（b）齿轮助力式（c）齿条助力式
图1电动助力转向系统类型
齿条助力式EPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。
齿轮助力式EPS的电动机和减速机构和小齿轮相连，直接驱动转向齿轮，实现助力转向。
转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱的一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。
1.4.3电助力转向系统结构组成
电动助力转向系统由转矩传感器、车速传感器（信号来自ABSECU）、发动机转速传感器（信号来自发动机ECU）、EPSECU、直流助力马达及减速机构、故障灯（位于仪表盘上）等组成。
如图2所示。
图2电动力转向系统
（1）电动助力转向控制模块（EPSECU）
电动助力转向电子控制模块接收来自各种传感器的信号，判断现行的车辆情况，决定施加到助力电机上电流的大小和方向。
（2）转矩传感器
当驾驶员操作方向盘时，转向转矩通过转向主轴把转向转矩施加到转矩传感器输入轴上。
转矩传感器如图3所示，检测圈1和2定位在输入轴（方向盘侧）上，而检测圈3则定位在输出轴（转向机侧）上。
输入轴和输出轴通过扭杆连接。
同时，检测圈外周上都有外接触检测线圈，以便形成激励电路。
当产生转向转矩时，扭转扭杆。
在检测圈2和3之间产生一个相位差。
根据这个相位差，把与输入转矩或正比的信号输出到电子控制模块。
根据这个信号，电子控制模块计算出当前车速下马达的辅助转矩并驱动马达。
图3转矩传感器
（3）直流马达和减速机构
直流马达是由转子、定子和电枢轴组成的；
减速机构是由蜗轮蜗杆装置组成的，如图4所示。
把由转子产生的转矩传送给减速机构。
然后，该把转矩传送给转向轴。
由轴承支撑的蜗轮蜗杆传动装置，以便减小噪声。
因此，即使直流马达断开与转向主轴连接或减速机构不固定，方向盘仍可以转向。
图4直流马达和减速机构
（4）ABS执行器和ABSECU
车辆速度信号输出到电动动力转向电子控制模块（EPSECU）
（5）发动机ECU
当ECU检测到发动机起动后，EPS系统才能进行助力控制。
（6）组合仪表
如果系统中有故障，接通警告指示灯。
（7）继电器
供给直流马达和电动动力转向电子控制模块（EPSECU）电源。
1.4.4电动助力转向系统的工作原理
电助力转向系统的工作原理如图5所示，首先，转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给ECU；
ECU根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；
然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大后作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的转向。
转矩传感器检测作用在输入轴的力矩，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动机的旋转方向和助力电流的大小，电动机的力矩通过减速机构作用到转向齿轮上，实现助力转向。
图5电助力转向系统的工作原理
1.4.5丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统
丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统主要有转向柱总成、动力转向ECU、发动机ECM、防滑控制ECU、发动机室接线盒和继电器盒、仪表板总成等组成，零件布置图如图6所示。
丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统如图7所示，通过安装在转向柱轴上的电动机和减速齿轮的运作，动力转向系统产生扭矩以增大转向力矩。
根据车速信号和内置于转向柱总成的扭矩传感器信号，动力转向ECU决定辅助动力的方向和大小。
从而在低速行驶时控制转向力矩变小，在高速行驶时控制转向力矩适度增大。
（1）动力转向ECU
根据来自扭矩传感器的转向扭矩信号和来自防滑控制ECU的车速信号，动力转向ECU计算辅助动力。
（2）扭矩传感器
扭矩传感器检测方向盘转动时产生的转向力矩，并将其转换为电信号。
（3）动力转向电动机
动力转向发动机由动力转向ECU的电流激活，并产生扭矩以辅助转向力矩。
图6卡罗拉动力转向系统零件位置图
图7丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统图
【拓展阅读】
1.4.6线控转向系统
汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器（ECU）三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。
方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。
方向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号，并传递给主控制器；
同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。
转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。
转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。
主控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。
同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。
当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。
自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。
电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有500-800W，加上汽车上的其它电子设备，电源的负担已经相当沉重。
所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。
线控转向系统优点如下：
（1）提高汽车安全性能。
去除了转向柱等机械连接，完全避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；
智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理，并做出相应的调整；
当汽车处于极限工况时，能够自动对汽车进行稳定控制。
（2）改善驾驶特性，增强操纵性。
基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化，低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；
高速行驶时，转向比率变大，获得更好的直线行驶条件。
（3）改善驾驶员的路感。
由于转向盘和转向车轮之间无机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。
可以从信号中提出最能够反应汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。
【实践技能】
电动助力转向系统由电子控制模块，车速传感器，发动机转速传感器和其它安装在转向柱上的扭矩传感器、电机等部件组成，系统控制模块根据扭矩传感器和汽车速度传感器传出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。
1.4.7电动助力转向系统常见故障
电动助力转向系统包括机械转向部分和电动助力部分，由机械部分和电动助力部分引起的故障很多，主要有方向跑偏，方向盘发抖，助力时有时无，行驶中发出异响，转向困难，左右转向力矩不同或转向力矩不匀，行驶时转向力矩不随车速改变或方向盘不能正确回正，动力转向工作时转动方向盘时出现敲击（或摇动）鸣响，车辆停止时缓慢转动方向盘时出现尖锐的声音（吱吱响），无助力且故障灯不亮、无法解读故障码，无助力且故障灯亮、但是无法解读故障码等。
1.4.8电动助力转向系统异常的故障原因
方向跑偏的原因有两前轮气压不标准、前束异常、扭矩传感器异常。
方向盘发抖的原因有电机故障、电机与蜗杆配合是否正常。
助力时有时无的原因有线束插头是否连结完好、电机是否故障。
行驶中发出异响的原因有万向节连接处是否松动或装不到位、万向节连接处是否松动、转向管柱是否故障。
转向困难的原因有前轮胎充气不当或磨损、前轮定位错误、转向机总成故障、前悬架（下球节）磨损、扭矩传感器损坏、动力转向电动机故障、蓄电池和电源系统故障、动力转向ECU电源电压和继电器损坏、动力转向ECU损坏。
左右转向力矩不同或转向力矩不匀的原因有转向中心点（零点）记录错误、前轮胎充气不当或磨损不均匀、前轮定位错误、前悬架（下球节）磨损、转向机总成故障、扭矩传感器损坏、动力转向电动机故障、动力转向ECU损坏。
行驶时转向力矩不随车速改变或方向盘不能正确回正的原因有前悬架（下球节）磨损、转速传感器故障、防滑控制ECU故障、扭矩传感器损坏、动力转向电动机故障、动力转向ECU损坏、CAN通信系统问题。
动力转向工作时转动方向盘时出现敲击（或摇动）鸣响的原因有转向中间轴损坏、前悬架（下球节）磨损、动力转向ECU损坏。
低速行驶期间，转动方向盘时出现噪音的原因有动力转向机故障、转向柱总成故障。
车辆停止期间，缓慢转动方向盘时出现尖锐的声音的原因有动力转向电动机故障。
无助力且故障灯不亮、无法解读故障码的原因保险丝熔断。
无助力且故障灯亮、无法解读故障码的原因线路问题、故障码对应的部件故障。
电动助力转向系统故障的故障原因图如图9所示。
ab
cd
e
f
g
h
i
j
k
l
图9电动助力转向系统故障的故障原因图
1.4.9电动助力转向系统异常的诊断
根据上述的故障现象和原因，故障诊断流程图如图10所述。
abc
def
gh
ij
kl
图10电动助力转向系统异常故障流程图
根据流程图以上各种故障的诊断步骤如下：
1．方向跑偏检查步骤
①首先检查两前轮轮胎气压是否标准,如果不一样先调整轮胎气压，试一试方向是否仍然跑偏，若仍然跑偏检查前束,如果异常,调整前束,再试一试方向是否仍然跑偏,如果仍然跑偏则进入步骤
②调整接触扭矩传感器，调整方法如下：
让车辆保持正前方停在原地，把电源开关打到ON的位置这时用万用表分别测出扭矩传感器上的绿色线和白色线、绿色线和黑色线之间的电压是否分别均为2.5V,如果两组数值相差较大,拆下扭矩传感器的防尘罩,松动固定扭矩传感器螺丝转动扭矩传感器,这时会看到万用表上的电压值在变化，进而调整电压使两组电压值均为2.5V,然后再试车若仍然跑偏此时再更换一个新的总成则此故障排除。
2．方向盘发抖处理方法
①更换一个电机、检查是否是由于电机与蜗杆配合不当引起。
②更换电机后若仍然发抖，则更换一个新的总成则故障排除
3．助力时有时无处理方法
①先检查各线束插头是否连结完好,如果接触不良使之接触良好便可。
②有可能是电机出现故障引起，车辆在使用过程中，故障灯亮,调取显示的故障码为。
消除故障后又重新出现、此时应更换电机即可。
4．车辆在行驶中发出异响处理方法
此故障较为复杂要综合多方面因素来考虑首先判断是哪种响声:
①当车辆行驶在平整路面上时没有异响,只是在连续不平整或较颠簸的路面上时发出轻微的响声此种情况属正常现象,也符合国家规定的标准,不能作为故障件更换,服务站要向用户做解释工作说明。
②当车辆无论行驶在何种路面响声明显特别大,此种情况则要从不同的方面来分析,先排除万向节连接处是否松动或装不到位所导致,然后再排除是否是由于电机与蜗杆配合不当所导致,最后再去更换转向管柱则故障排除。
5．无助力且故障灯不亮，无法解读故障码的处理方法
检查保险丝，如果损坏更换新的保险丝。
6．故障灯亮、无助力，但是无法解读故障码的处理方法
①检查线路是否通电。
②读取故障码。
③根据调取的故障码更换相应的故障件。
1.4.10电动助力转向系统各部件检修
丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统的电路图如图11所示。
图11丰田卡罗拉轿车电动助力转向系统的电路图
1.转矩传感器故障诊断
电动助力转向系统应用的是摆臂式的转矩传感器。
丰田卡罗拉的转矩传感器如图11中的“a1（C），其工作原理相当于一个电位计，它具有双回路输出，即主扭矩（对应IN+端电压值）、副扭矩（对应IN-端电压值）输出，其主、副扭矩输出特性所示，即当转矩传感器正常工作时，电位计的两个输出即主扭和副扭信号，理论上，正常工作范围在1V～4V，并且当转向盘处于中间位置时，转矩传感器的主扭和副扭的输出电压均为2.5V。
一旦其本身及信号采集电路出现异常，输入CPU的主、副扭矩信号将大于4V或小于1V或两信号之差超过3V。
但实际车辆行驶中，虽然硬件和软件设计中考虑了各种抗干扰措施，各种偶尔的噪声或振动还是或多或少的会引起转矩信号的暂时偏差，而这种偏离是暂时的且系统能自动修复，故将转矩信号的异常界限值设为0.9V-4.1V，并且只有当信号值超出其范围持续一定时间（如30ms），才判定转矩传感器有故障，这样可以减少因其它外界原因而引起对转矩传感器故障的误判。
此外，转矩传感器的信号检测是建立在+5V的稳压电源基础上的，稳压电源电路的正常与否将直接影响到主、副扭矩信号。
因此在检测转矩传感器主、副扭矩信号异常之前，首先判断转矩传感器电源电压是否在规定范围内。
考虑到三端稳压集成块在环境温度影响下其输出电压会有±
0.1V的偏差，因此我们规定其正常输出电压为5±
0.2V。
如果CPU检测到电源电压异常，此时就跳过对转矩传感器信号的检测，这样可以避免对转矩传感器本身故障的误判。
2.电机故障诊断
转向助力大小是通过控制电机电流来实现，丰田卡罗拉的转向电机如图11中的“a3（D）”，因此检测电机两端的实际控制电流就显得非常重要。
电机电流采集电路，通过测量串联在驱动回路中的精密电阻两端的电压，经过信号放大和适当的电容滤波，然后通过端口反馈给CPU，此时程序设计将此电压与理论计算电压进行比较，如果两者悬殊过大；
或者连续几分钟之内的平均电流消耗超过预先规定的数值，就判断电机及其线路有故障。
3.电磁离合器故障诊断
电磁离合器连接了助力电机和转向柱，它的分离与接合稳定与否将直接影响转向特性，因此系统工作时，其状态信号要及时反馈给CPU。
电磁离合器状态信号采集电路所示：
当离合器处于接合状态时，端口输出高电流；
反之，输出低电流。
因此离合器线路断开或短路可以通过端口反应。
4.控制单元电源线路故障诊断
当点火开关闭合时，蓄电池电压将通过端口送给CPU，因此当端口检测的电压信号低于10V，程序设计就可以控制故障灯显示蓄电池电压太低。
5.控制单元故障诊断
控制单元主要由电子元件和软件组成，其本身不易出现故障。
我们主要通过在硬件方面进行合理的布线和相应的滤波、抗干扰等措施来减少故障的发生；
软件上通过使用看门狗技术、容错技术和设置软件陷阱等处理程序运行时的“跑飞”和“死循环”等问题。
丰田卡罗拉的EPS控制单元如图11所示。
【情境分析】
1．故障现象
一辆2006款卡罗拉轿车，在行驶过程中，发现转向异常沉重，同时P/S灯点亮。
2．故障诊断与排除
（1）读取故障代码为C1525、C1526、C1528。
（2）用丰田专用检测仪IT-II清除故障代码，C1528可以清除，而C1525、C1526始终无法清除。
（3）再对转角传感器进行初始化，结果检测仪显示初始化失败，说明电动机旋转角度传感器确实存在故障。
（4）拔下转角传感器接插头时发现其内部有进水的痕迹，线插已覆盖了一层绿色的铜锈，出现电腐蚀现象，对腐蚀进行清除。
（5）清除插头内的水分和铜锈，再用IT-II对马达转角传感器进行初始化，故障彻底排除。
P/S灯不再点亮，方向盘转动轻松灵活，故障排除。
3.故障分析
电气接插件的防水问题应得到足够的重视。
转向机安装在车辆的最底部，在大雨天或浸水的路面上行驶可能使转向机的插头进水而使系统无法正常工作。
虽然插头已经作了防水措施，但当其完全浸入水中时仍有进水的可能。
该车的故障就是在雨天发生的，这一现象提醒车主在大雨天或涉水行驶时要特别小心，尽量躲开深水区，防止转向系统的电气插头进水而引起故障。
【学习小结】
1．电动助力转向系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境
2．电动式动力转向系统主要由组合仪表（报警灯）、转矩传感器、EPSECU、直流马达及减速机构等、ABS执行器和ABSECU组成。
3．电动助力转向系统包括机械转向部分和电动助力部分，故障现象主要有方向跑偏，方向盘发抖，助力时有时无，行驶中发出异响，无助力且故障灯不亮、无法解读故障码，无助力且故障灯亮、但是无法解读故障码等，故障原因主要有机械部分故障和电动助力部分的故障。
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