汽车助力转向系统的发展趋势,转向助力系统的特点

汽车电动助力转向系统具有传统液压动力转向系统无法比拟的优势，是汽车动力转向发展的必然趋势。电动助力转向采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元（ECU）控制。它能节约能量，提高安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。然而其发生故障时，它的检修难度较大。本文主要通过1辆卡罗拉车的电动转向系统发生故障的检修案例来说明如何准确和高效地检修电动助力转向。

一、故障现象

有1辆2010款丰田卡罗拉轿车，行驶里程12.8万km，在停放一个月后P/S灯长亮，转向沉重。

二、故障原因分析

接车后，我查阅了丰田车的维修资料和卡罗拉车的维修手册，得知丰田车的电动转向系统（EPS ）一共有4大类：转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式、直接助力式。该车的电动转向系统是采用了转向柱助力式，转向柱助力式转向系统（C-EPS ）的特点是助力电机固定在转向柱的一侧，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。

（一）卡罗拉转向柱助力式的结构．

这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。其结构示意图见图1。

1．转向电机，它安装于转向管柱的中部，是助力转向的动力来源。

2．转向扭矩传感器，它通过检测弹性扭转杆因方向盘的扭矩所产生的变形角度来测量方向盘操纵力矩，并将其转变为电子信号输出至EPS ECU，ECU据此决定对EPS电机提供多大的电压。这是转向控制的重要信号。

3．转角传感器，它向EPS ECU反馈转向助力电机的转角大小和方向，以便EPS ECU对整个转向过程进行准确控制。

4．减速装置，它采取与电机转子内壳配套的循环滚珠式减速机构，将电机传来的转速降低，获得更大的转动扭矩，以便驱动车轮转向。

S.EPS ECU，它是整个EPS系统的核心部分，其接收相关转向传感器的信号，然后控制转向助力电机动作，从而实现转向轻便。

（二）工作原理

EPS是通过助力控制单元（EPS ECU）来控制转向助力电机工作从而实现助力的转向系统。转矩传感器检测转角差和大小并转化为电信号输送给EPS ECU控制单元模块；EPS ECU控制单元根据转矩大小输出不同驱动电压，以驱动转向助力电机产生助力，转矩越大输出的驱动电压越高，马区动电压在27～34 V变化。转向助力电机的电流由EPS ECU控制。同时转角传感器反馈电机的转动角度和大小给EPS ECU进行修正助力转向。但当驾驶员未打方向或车辆直线行驶时，助力电机不运转，此时助力电机的电压为0V。助力转向是随车速变化而变化的，EPS ECU根据转向力矩值及车速大小计算所需输出电流并控制电机运转。车速越高，转向助力电机的电流越小；车速越低，转向助力电机的电流越大。因此，转向助力的大小由两个因素决定，即方向盘输入扭矩与车辆的行驶速度。

（三）卡罗拉车P/S灯亮的主要原

通过对上述结构、原理的了解，可知造成电动转向P/S灯长亮的故障原因主要有：

1．转向扭矩传感器损坏或其相关电路故障；

2．转角传感器损坏或其电路故障；

3．车速信号输入异常；

4．转向助力电机故障或其相关电路故障；

5．电动转向电源输入异常引起的P/S灯长亮；

6．电动转向系统的ECU发生故障；TABS系统与电动转向ECU之间的通信数据发生故障；

8．转向扭矩传感器和转角传感器的初始化未完成或不合要求。

三、故障诊断

1．接车后，首先将前轮撑起离地，然后起动车辆，转动方向盘，发现转向较沉重，同时仪表上的P/S灯一直亮起，说明电动转向系统EPS发生故障，用诊断仪读取故障码，读出4个故障码，分别是C1515、 C1522、 C1525、C 15320这4个故障码的含义见表1。

根据故障码的含义可以看出该电动转向系统电路存在故障的可能性较大，于是用解码器进行清码后，再使用丰田专用IT- II对转向系统进行初始化操作，经过一系列的操作后，再起动发动机、转动方向盘试验，转向依旧沉重，P/S灯还是亮起，再用诊断仪读取故障码，还是上述4个故障码。

2．检查相关的保险丝和继电器，打开保险丝盒，找到电动转向系统的保险丝，见图2，该车的电动转向系统主要有2条保险丝，分别是20A和60A 、60A是主要用于电机的保险，20A是其用电电源专用的保险丝，经检查上述保险丝是正常的，主继电器也是工作正常的。

3．于是举升车辆，首先检查转向机械机构和主转向器的转角传感器连接线路和连接器的连接情况，因为根据以往的修理经验可知，该传感器的线束和连接器在底盘下方，易受振动和沾水的影响，是发生故障的最常见元件之一，检查转角传感器连接器和相关线束没有发现连接器有松脱和氧化等故障现象，线束也没有断裂等情况。

4．再拆下仪表周围的连接件（见图3），拆下后整个系统的主要大构件都可以清楚看到，包括助力系统的ECU、助力电机、减速机构、扭矩传感器等。拆下助力电机的插头，测量电机的电阻为35Ω，在正常的范围内。测量电机连接器上端子的线路至助力ECU线路端子之间的导通情况，经测量线路正常。再检查助力ECU的线路输入及连接器，没有发现有松动等异常。图4为检查助力系统ECU的连接器情况。再检查扭矩传感器的连接器，没有发现松脱及连接不良的情况，图5为检查扭矩传感器的连接线路情况。再用万用表导通挡测量扭矩传感器至助力ECU的连接器端子导通情况。经测量发现有2根线不导通，分别是白色线和**线，于是顺着线束查找，发现扭矩传感器至助力ECU的线束，在中间位置发现这2根线断开，故障位置见图6。通过细心观察，这2根线是被老鼠咬断的，奇怪的是，汽车密封这么好，怎么有可能有老鼠进入呢？于是用手电筒认真查找每一个可能进入的位置。最后发现在后备箱与后翼子板处有一空隙，刚好能让老鼠通过。

5．故障排除

将2根线剪开，因为后方有很多相关的线束和其它电器元件，于是在故障线的后方垫上布条，找出断开的线，用电烙铁上锡焊牢。并包好胶布和绝缘套管。最后将所有的拆出件装上。并将后备箱与后翼子板处的空隙用硬胶补上。用丰田专用诊断仪进行初始化设置后，起动车辆，转动方向盘试验，转向轻便，P/S灯熄灭。外出路试，一切正常，说明故障排除了。

通过分析，电动转向系统发生故障一般都以电路故障最为常见。这些传感器的损坏或线路故障都会引发多个故障码，它们之间是相互关联的，并不会因为某个传感器坏了就只显示1个故障码。本案例中虽然是扭矩传感器线束发生故障，但同时出现2个传感器未初始化的故障码以及助力ECU信号不良的故障码，同时由于助力电机不工作，也会提示关于助力电机的故障码。我们在修理电动转向系统故障时必须加以注意。

四、结束语

从本例电动转向系统的故障检修，可以看出电动转向系统的修理必须在修理过程中作全面的分析，同时借助电脑检测手段来排除故障，通过经验与技术诊断结合来检修故障。根据上述案例可知，当遇到电动转向系统故障时，并不提倡一味地更换电动方向机和控制器，要彻底地找出故障根源所在，同时在检查电路问题时，一定要有耐心和细心才能发现问题，如果发现有线束异常断裂，应查明其最终原因，并作处理。

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本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

汽车在行驶中，经常需要改变行驶方向。转向系统作为整车的一个重要总成，是影响汽车操纵稳定性、舒适性和行驶安全性的关键系统之一。在转向系统的设计中，为缓和汽车转向轻便性和转向灵敏性之间的矛盾，大多数商用汽车及50%的轿车都采用动力转向系统[1]。20世纪50年代以来，动力转向系统经过了常规液压动力转向系统 (hydraulic power steering,简称HPS)、电液动力转向系统 (electro-hydraulic power steering,简称EHPS)、电动助力转向系统(Electrical Power Assisted Steering,简称EPS或EPAS)三个发展阶段，并有继续向电子化和智能化发展的趋势。EPAS由于其技术先进，性能优越，未来将取代其它动力转向技术，成为动力转向技术的主流。EPAS主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元（ECU）、电动机、减速机构及离合器等组成.其转向的基本原理为：当驾驶员转动方向盘时，与转向柱连接在一起的扭矩传感器把输入扭矩作用下扭杆的相对转动角位移变成电信号传给ECU。 ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号，通过助力特性曲线，控制电动机的旋转方向和助力电流的大小，完成转向助力。因此它可以很容易地实现在不同车速时提供给电动机不同的助力效果，保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时具有足够的路感，且稳定可靠。