,*,出版社 理工分社,汽车底盘故障综合检修,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式,1,工程16 汽车电子助力转向系统的诊断及检修,16.1,概述,汽车电控动力转向系统就是根据各传感器的信号判断驾驶意愿和车辆状态信息，借助于液压系统的液体压力或电动机驱动力来对车轮的转向实现不同程度的助力。,按照动力源不同，电控动力转向系统可以分为液压式和电动式两种。,液压式电控动力转向系统是在普通动力转向系统中增设了控制液体流量的电控系统，包括电磁阀、车速传感器以及电控单元ECU等。ECU通过传感器的信号控制电磁阀的开、闭，使得动力转向的助力程度连续可调，从而满足车辆在高、低速时的不同转向力要求。,电动式电控动力转向系统是采用电动机作为动力源，电控单元依据转向参数和车速传感器信号控制加在转向机构上的电动机转矩的大小和方向，得到一个相应的转向助力。,16.2,液压式电控助力转向系统的结构和工作原理,液压式电控动力转向系统EHPSElectronically Hydraulic Power Steering是在普通动力转向系统的根底上增设了控制液体流量的电磁阀、检测车辆信息的各种传感器、以及电控单元ECU。,根据控制方式不同，液压式电控动力转向系统分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。,流量控制式电控转向系统的工作原理如图16-1所示，在动力转向泵与转向控制阀之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通流量控制阀。系统工作时，ECU根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，给旁通流量控制阀通入如图16-2所示的不同占空比的信号，以控制其开启程度，进而控制供油和回油管路之间的旁通油量，从而调整供给转向器内部的转向液的流量。当车辆高速行驶时，流过旁通流量控制阀电磁线圈上的平均电流大，阀的开度大，旁路液压油量大，油泵向转向器供油量减少，动力转向控制阀灵敏度下降传力介质减少了，转向助力作用降低，操纵转向盘的转向力增加；反之，阀开度变小，旁路液压油量小，油泵向转向器供油量增多，转向助力作用提高，操纵转向盘的转向力减小。,2,3,如图16-3所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀2和稳压滑阀7，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞3连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔1的开口面积。调整调节螺钉4可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀7的作用是保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，那么阀芯左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，那么阀芯右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。,1-流量主孔；2-主滑阀；3-电磁线圈柱塞；4-调节螺钉；5-电磁线圈；6-节流阀；7-稳压滑阀,图16-3 旁通流量控制阀结构,4,在实际的转向操作中，驾驶员可以通过转换开关选择不同的转向模式：“H-高、“N-中、“L-低，得到三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图16-4所示。另外，ECU还可以根据转向角度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时按照特殊的转向力特性实施最优控制，如图16-5所示。,图16-4 三种不同的转向力特性曲线 16-5 汽车急转弯时的转向力特性,5,16.3,电动助力转向系统的结构和工作原理,16.3.1 概述,电动助力转向系统EPSElectronic Power Steering是在EHPS的根底上开展起来的新型电子控制动力转向系统。EPS是将最新的电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，其特点是显著改善汽车行驶性能、提高驾驶员的平安性和舒适性，减少油耗，减少对环境的污染，比EHPS结构更简单，更节能。,随着电子技术的进一步开展，目前越来越多的轿车上采用了电动式电控动力转向系统，它是一种直接依靠,EPS的主要优点有：,1采用电力作为转向动力，省去了油压系统，所以不需要给转向油泵补充油，也不必担忧漏油。,2没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。,3将各部件装配成一个整体，既无管道也无控制阀，其结构紧凑、质量减轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25%左右。,4电动机工作可用ECU进行控制，可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性，具有较好的兼容性。电动机提供辅助转矩的电控动力式转向系统。,6,EPS根据电动机对转向系统产生助力的部位不同，电动式电控动力转向系统有三种类型：,1转向管柱助力式；,2转向器小齿轮助力式；,3齿条助力式。,7,16.3.2,转向管柱助力式电动助力转向系统的结构和工作原理,转向管柱助力式电动助力转向系统被缩写为CEPS。其核心部件由扭矩传感器、电机助力系统和控制系统三大局部组成，如图16-8所示。,1扭矩传感系统由输入轴、输出轴、扭力杆、滑块、电位器等零部件组成；,2助力系统由电机、离合器、蜗杆和蜗轮等零部件组成；,3控制系统由微处理器、扭矩传感器信号处理模块、电源及电源控制模块、电磁离合器驱动模块、发动机转速信号处理模块、扭矩传感器信号处理模块等组成。,8,9,1-,转向盘；,2-,输入轴；,3-,扭力杆；,4-,控制模块；,5-,输出轴；,6-,离合器；,7-,电机；,8-,传动轴；,9-,转向轴；,10-,车轮；,11-,横拉杆；,12-,转向齿条,图,16-8 EPS,转向系统模型示意图,当转动方向盘，扭矩通过输入轴被传递到扭力杆，由于扭力杆为弹性轴，相对输出轴产生角向位移，输入轴和输出轴之间产生角向位移差，使滑块在输出轴轴向方向移动，而扭矩传感器与滑块相连，扭矩传感器将滑块位移量转换为电压信号。将扭矩大小变化转变为电压大小变化,并传送到ECU控制模块。ECU控制模块根据车速信号和扭矩信号的大小,按照一定的算法，控制电机电流大小,从而控制电机传给输出轴的扭矩大小,实现在不同扭矩和不同车速下的智能助力，获得最正确转向特性，协助驾驶员进行转向操纵。,10,16.3.3 EPS,控制单元的功能,11,控制功能模块,功能,转向盘扭矩传感器,安装在转向轴上，其安装位置如图,16-10所示。扭矩传感器用来检测转向盘上的转矩大小和方向的频率信号，其结构如图16-11所示。,信号处理及,A/D转换模块,对信号进行整形与隔离后通过频率一,电压转换模块，对信号进行线性变换后，再进行模拟信号数字信号的转换,ECU,控制器,是,ECU电子控制单元的心脏，,根据力矩传感器检测出的扭矩信号和来自总线的车速信号，采用一定的控制策略计算出电动机的目标电流。其输出通过,PWM（Pluse Width Modulation脉宽调制）得到较高品质的电流；,H,桥式驱动电路,是步进电机的驱动电路，为双极性电源供电，控制电动机转动,电流传感器,在电动机的驱动电路上，用来检测实际电动机的助力电流，并将其反馈到控制单元，控制器根据此电流完成电流的闭环控制,直流电动机,输出转矩。输出的转矩通过减速机构施加给转向柱输出轴，并经过转向机构的作用使车轮偏转一定的角度，从而起到对转向系统的助力作用。如图,16-12所示。,车速传感器,通过采集发动机转速，达到检测车速的目的。车速信号来自,CAN总线。,CAN,总线,Controller Area Network,，是,ISO国际标准化的串行通信协议，以固定的格式发送消息以传送数据信息。,12,16.3.4 EPS,的助力特性,1汽车在转向时，使汽车的运动状态与驾驶员手上的力有一种对应关系，这就是“路感。,2为了取得较好的“路感，转向力既不能太小，也不应太大，如果过大就会使得驾驶员感觉疲劳。,3良好的转向盘力矩特性可减轻驾驶员的疲劳，同时起到很好的控制汽车与反响信息的作用。,4在传统转向系中，助力特性主要由转向系结构决定，一般无法调整，不能随车速的变化而变化。,5EPS的助力特性曲线可作为电动助力转向的控制目标，由软件进行设置，这样可方便地对助力特性进行调节，从而提高汽车的路感特性，对改善转向系的转向特性具有重要的意义。,13,16.3.5 EPS,的转向性能评价,1. 转向轻便性评价,EPS的首要目标是提高汽车停车泊位和低速行驶时的转向轻便性。,在我国汽车行业标准QC/T480-1999中，采用了转向盘平均操舵力Fs(N)和最大操舵力Fm(N)两项指标来评价转向轻便性。此两项指标也适用于评价EPS的转向轻便性。现用Alto车原地转向的转向力比照曲线来评价转向的轻便性。表16-2为Alto车原地转向的输入参数。,14,Alto车原地转向的转向力比照曲线如图16-13所示：图中的横坐标表示方向盘转角，纵坐标表示转向盘操舵力。由图可知，装有EPS后无论是其转向盘平均操舵力还是最大操舵力都大为下降。,图16-13 Alto车原地转向的转向力比照曲线,15,2. 转向回正性评价,转向后转向盘应能自动回正，使汽车保持在稳定的直线行驶状态，这是汽车对动力转向的要求之一。转向机构中的摩擦力矩会降低转向盘的回正特性，常使驾驶员感到不舒适，动力转向在转向盘有转向力矩作用时才开始工作。除此之外，动力转向还必须满足在没有力矩作用在转向盘时的行驶要求，其一是在高速行驶时转向后松开转向盘的稳定性；其二是在高速行驶情况下微小的转向盘转动或车速相对较低情况下正常转向以后的转向盘回正特性。,根据我国汽车行业标准QC/T480-1999可采用松开转向盘3s时的残留横摆角速度绝对值r()/s)和横摆角速度总方差Er(s)两项指标来评价转向回正性，此两项指标也适用于评价EPS的转向回正性。,通过指定适宜的控制策略EPS能显著提高汽车转向盘的回正特性。图16-14是汽车在30km/h左右行驶时的回正特性试验结果。试验中，微小转动转向盘后松开。图16-14a和图16-14b分别是EPS采用两种不同控制策略时的转向盘回正性测试结果。图16-14a表示转向盘卡住，不能回到中间位置。图16-14b表示在松开转向盘后，转向盘能立刻回到中间位置。,16,17,3. 操纵稳定性评价,液压动力转向由于不能对助力进行实时调节与控制没有反响环节，所以协调转向力与路感的关系困难，特别是汽车高速行驶时，仍然会提供较大助力，使驾驶员缺乏路感。而EPS由于在电动机驱动电路与控制单元之间有一个反响回路，如图16-9所示，控制器根据此电流完成电流的闭环控制，其的助力大小可以实时调节与控制，能较好地解决上述矛盾，并减小不平路面对转向盘的冲击力和车轮不平衡质量引起的振动。,18,16.4 EPS的故障诊断及检修以某汽车公司乘用车为例,16.4.1 EPS控制器电气连接及端口定义,EPS的电器控制图如图16-15所示,：,19,图,16-15,为,EPS,控制单元信号连接器端子。端口,1-22,分别表示为：,1-,传感器电源,1,；,2-,方向盘转角信号,P,；,3-,方向盘扭矩信号,2,；,4-,传感器接地,2,；,6-EPS,指示灯；,7-,车速传感器信号；,10-,汽车点火信号；,11-,传感器电源,2,；,12-,方向盘扭矩信号,1,；,13-,方向盘转角信号,S,；,14-,传感器接地,1,；,15-CAN,高电平；,16-CAN,低电平；,19-,发动机信号；,20-K,线；,21-,电源；,22-,地线；,23-,电机输出信号；,24-,电机输出信号。位号,5,、,8,、,9,、,17,、,18,为空位。,16.4.2 EPS,故障的诊断流程,1诊断故障代码DTC的显示。,1当点火翻开时，解码仪与诊断端子相连。,2固定左右车轮，拉起停车制动。,3启动发动机,4读取并记录故障码,2. 去除诊断故障代码DTC,由于诊断故障代码DTC存储在EPS控制器的备份存储器中，所以在维修后，一定要在点火及发动机启动正常时，用解码仪读取故障码，去除所有故障码。,3. EPS诊断流程,1确定电源蓄电池电压11V。,2在点火开关翻开时，“EPS灯是否点亮大约2s。,3用连接线连接诊断端子与解码仪。,4固定车轮，置换挡控制杆到空挡位置并拉起停车制动。,5启动发动机。,6解码仪读取故障码。,7按照故障代码明细表对应代码检查和维修。,4. 完成检查和维修，再按以下步骤检查系统。,1当点火及发动机启动正常运行时，解码仪读取故障码，去除故障码。,2进行规定试验。,3再检查是否有故障码产生。,20,16.4.3 EPS,故障,1扭矩信号异常。扭矩信号 4.7V 或者扭矩信号 0.3V,建议更换扭矩传感器。,2扭矩传感器供电异常。检查线束是否破损，如果破损更换线束，否那么，更换控制器并重新测试。,3电机端电压异常。检查线束是否破损，如果破损更换线束，否那么，更换控制器并重新测试。,4电机实际电流过大或过小。检查线束是否破损，如果破损更换线束，否那么，更换控制器并重新测试。,5蓄电池欠压。测量蓄电池电压，假设正常，那么更换EPS控制器。,6传感器扭矩信号丧失。,7扭矩传感器的辅助线路断开或短路。,8扭矩传感器电源电压过低。,9没有发动机速度信号输入。,10汽车正常行驶过程中未检测到车速信号输入。,11没有车速信号输入。,12电机电压过高或过低，电机线束故障、电机故障或控制器故障。,13蓄电池故障。,14EPS控制器故障，更换EPS控制器。去除故障码，重新启动并检查。,15CAN总线关闭故障。,21,