电控动力转向系统的故障诊断与排除毕业论文.docx

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电控动力转向系统的故障诊断与排除毕业论文

长春汽车工业高等专科学校

毕业实践报告

题目/实践名称电控动力转向系统的故障诊断与排除

专业/班级汽车检测与维修技术三班

学生姓名

学号

企业指导教师

校内指导教师

起止时间2013.7.15—2014.3.25

实习单位

内容摘要

Abstract

4.2奔驰ML型车电控动力转向异常的故障诊断与检修11第五章结论13

致谢15

内容摘要

汽车转向器作为汽车的重要零部件，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性和可靠性,汽车转向系统已经从传统机械转向、液压助力转向、电控液压助力转向，发展到电动助力转向系统〔ElectricHydraulicPowerSteering，简称EPS〕，最终还将要过渡到线控转向系统。

汽车电动助力转向系统是现代汽车中比较常规的配置，主要是由于它的工作效率高，能量消耗少；系统内部采用刚性连接，反应灵敏，滞后小，驾驶员的“路感”好；结构简单，质量小；系统便于集成，整体尺寸减小，因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究。

本论文主要阐述了汽车电控助力转向系统在我们的生活当中汽车使用过程中带来的方便作用和它的工作原理以及维护维修方法。

关键词：

安全性；可靠性；效率高；反应快

Abstract

Automobileredirectorofcarpartsasimportant,theperformanceofadirectimpactonthesecurityandreliabilityofthecar.AutoSteeringsystemhavetraditionalmechanicalandHydraulicSteeringfromPowerSteering,ElectriccontrolHydraulicPowerSteering,thedevelopmentoftheElectricPowerSteeringsystem（ElectricHydraulicPowerSteering,theabbreviationEPS）,eventuallywilltransitiontothewirecontrolSteeringsystem.

Theautoelectricpowersteeringsystemisthemoderncarrelativelyroutineconfiguration，Ismainlyduetoitshighefficiency，lessenergyconsumption;Theinternalsystemrigidconnection，sensitivereaction,lag,thepilotofthesmall"wayfeeling";Simplestructure，qualityissmall;SystemcanreducetheoverallintegrationThe.Therefore,thesystemisputforward,gettheattentionofmanylargecarcompany,anddevelopmentandresearch.captionmainlyexpoundstheautoelectricpowersteeringsysteminourlifecaruseprocesstheconvenienceanditsroletheworkingprincipleandmaintenancemethod.

Keywords:

safety；reliability；efficiencyhighconsumptionsensitivereaction

第一章 绪论

1.1汽车转向系统

汽车转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进方向，从而实现自己的驾驶意图。

一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。

到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。

汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。

传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。

为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最正确值,在转向系统上采用了电子控制系统。

1.2实践单位的基本情况

一汽-大众汽车〔简称一汽-大众〕于1991年2月6日成立，是由中国第一汽车集团公司和德国大众汽车股份公司、奥迪汽车股份公司及大众汽车〔中国〕投资有限公司合资经营的大型乘用车生产企业，是我国第一个按经济规模起步建设的现代化乘用车工业基地。

经过多年的不断发展，一汽-大众在长春和成都，佛山四厂共有三大生产基地，包括轿车一厂、轿车二厂、轿车三厂〔成都分公司〕、轿车四厂〔佛山分公司〕和发动机传动器厂。

1.生产能力

一汽-大众拥有长春、成都、佛山三大生产基地。

长春基地位于中国长春西南部，已形成年产66万辆的生产能力。

成都基地位于成都市经济技术开发区内，2011年10月13日正式建成投产，设计产能35万辆，并到达了每分钟生产一辆轿车的能力。

佛山生产基地位于佛山市南海区，一汽-大众佛山分公司于2011年12月1日正式成立，并预计于2013年8月建成投产，首期产能将到达30万辆。

2.产品情况

一汽-大众主要生产大众集团旗下的大众和奥迪两大品牌，其中，大众品牌的产品有：

新捷达、宝来、高尔夫、高尔夫GTI、速腾、迈腾、CC,奥迪品牌的产品有：

奥迪A4L、奥迪Q3、奥迪Q5、奥迪A6L等系列车型。

第二章电控动力转向系统

电控动力转向系统（ElectricPowerSystem）用电能取代液压能，减少了发动机的能量消耗，该系统将转向控制器、转向油泵和储罐集成于一体，其特点是转向助力性能与转向速度和行车速度密切相关。

速度越低，转向速度越高，助力性能越强。

动力转向装置是现代汽车的重要装备之一。

随着汽车电子技术的快速发展，研究成功了多种电控动力转向系统。

该系统能在低速时减轻操舵力，以提高汽车操纵稳定性。

当汽车由低速挡换入高速挡时，电控系统能够保证提供最优传动比稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的稳定性。

目前奥迪A6豪华型轿车装备了这项技术。

2.1电控动力转向系统的组成

电控式电动助力转向系统（以下简称电动助力转向系统），是在机械转向机构的基础上，增加信号传感器，电控ECU和转向助力机构。

信号传感器包括转矩传感器、车速传感器及转向角传感器等。

通过这几个传感器，获取作用在转向盘上的操纵力、转向角及汽车车速信号，从而为确定助力控制命令提供信息。

电控ECU包括检测电路、微处理器、控制电路等。

检测电路将传感器的信号进行整形放大后输入微处理器，然后微处理器计算出最优化的助力转矩。

控制电路将来自微处理器的电流命令输送到电机驱动电路。

转向助力机械包括助力电动机、电磁离合器及减速传动机械。

助力电动机一般采用直流电动机，其电流大小由微处理器来控制，可根据不同的车速得到相应的助力特性。

通过减速传动机构，将电动机的动力传给转向器。

电磁离合器则作为安全装置确保系统在发生故障时，断开电动机与减速传动机构，中断动力传递，使系统从电动助力转向状态转入到人力一机械转向状态。

2.2电动助力转向系统的特点

电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善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、减少环境的污染等。

因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势表达在：

1.燃油消耗。

液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。

相反电动助力转向系统〔EPS〕仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。

而且，能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。

当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且,该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。

该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”〔on-demand〕系统。

汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。

由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40℃时也能工作，所以提供了快速的冷起动。

由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。

不使用液压泵，防止了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆比照实验说明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。

2.增强了转向跟随性。

在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。

该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。

因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。

3.改善了转向回正特性。

直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限，电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。

当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。

该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最正确的回正特性。

从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。

通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。

而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。

4.提高了操纵稳定性。

通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。

采用该方法，给正在高速行驶〔100km/h〕的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。

5.提供可变的转向助力。

电动助力转向系统的转向力来自于电机。

通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。

可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。

无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。

对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。

但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。

6.采用“绿色能源”，适应现代汽车的要求。

电动助力转向系统应用“最干净”的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了"绿色化"的时代趋势。

该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，防止了污染。

而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。

7.系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越。

由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等，不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。

由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和

齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。

该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。

许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。

装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。

实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%，如软管漏油和油泵漏油等。

8.生产线装配性好。

电动助力转向系统没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。

2.3电控动力转向系统的类型

电控动力转向系统，根据转向助力机构的安装位置不同，其类型有三种：

1.转向轴助力式，如图2.1所示，转向助力机械安装在转向轴上。

当驾驶员转动转向盘时，控制单元接受转矩、转动方向、车速等信号，控制直流助力电机的电流。

电机的动力经离合器、电机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转向器。

转向轴助力式转向系统其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。

其特点是结构紧凑，电动机助力的响应性较好。

但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪音的限制，电机的体积较小，输出扭矩不大，一般只用在小型及紧凑型车辆上。

转向轴助力式也有缺点，减速机构和转矩传感器安装在转向柱上，有限的空间可能会影响碰撞能量的吸收。

图2.1转向轴助力式转向系统图2.2转向器小齿轮助力式电动转向助力系统

2.转向器小齿轮助力式，如图2.2所示。

转向助力机械安装在转向器小齿轮处。

与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。

其助力控制特性方面增加了难度。

3.齿条助力式，如图2.3所示。

转向助力机械安装在转向齿条处。

电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。

与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车。

对原有的转向传动机械有较大改变。

图2.3齿条助力式电动转向助力系统

2.4电控动力转向系工作原理

微电脑控制单元根据转向传感装置和车速传感器传出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。

根据车速调整转向动力，即车速低时助力大，车速高时助力小，以提高驾驶的稳定性。

当代汽车广泛采用电控动力转向系统。

 EPS系统使用的机械部件与普通动力转向系统使用的部件基本相同,只是在转向器上安装了电磁阀，在收音机下部装有EPS控制单元控制单元。

根据汽车车速传感器信号控制电磁阔，不通电时电磁阀打开旁通阀，动力油泵输出高压油不进入动力油缸而经旁通阔全部流回贮油罐;电磁阀通人最大电流时，动力油泵输出的高压油全部进入动力油缸。

操纵转向盘时扭矩传感器根据输入力的大小产生相应电压信号，由此检测出操纵力大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机电流，形成适当转向助力，扭矩传感器—测量转向盘与转向器之间的相对转矩作为电动助力的依据之一〔如图2.4〕。

图2.4电控动力转向系工作原理图

电磁阀的作用是控制动力转向油量，电磁阀由弹簧、活塞、柱塞等组成。

EPS控制单元根据输入的车速信号进行流量控制。

当点火开关转到ON档，电磁阀工作，向上推动柱塞，与活塞相接触;当向上推力大于弹簧力时，活塞向上移；当车速上升时，通过电磁阀的电流减少，活塞被弹簧作用向下移动。

当活塞向上移动时，关闭回油孔，压力油全部进入转向器旋转阀中。

当活塞向下移动时，打开回油孔，部分压力油通过旋转阅旁通孔流回贮油罐。

动力转向油泵产生的压力油进入到旋转阀中，扭力杆被转向轮旋转时与产生的阻力作用下转动。

当汽车以高速行驶时，压力油通过电磁阀上油道和回油孔回油。

这时，由于弹簧力作用下活塞推动柱塞向下移动。

压力油从旋转阀流到电磁阀，再通过回油孔流盘旋转阀，并通过旋转阀与扭力杆形成的泄油孔流回油箱。

因此，由动力泵产生的油压不影响驾驶员的转向操作力。

 当车速下降时，电磁阀电流增加，柱塞和活塞克服弹簧力向上移动，关小回油孔，使动力油泵产生的压力油作用在转向控制阀中，减小驾驶员的操纵力。

第三章电控动力转向系统的故障诊断与检修

3.1电控动力转向系统故障的主要现象

转向不灵敏的现象：

汽车行驶转向时，需用较大幅度转动方向盘才能控制汽车的行驶方向，感到转向盘松旷量很大，有明显的间隙感，且在行驶时汽车方向不稳定。

前轮摆震的现象主要是：

汽车在中高速或者是某一个较高速运行时，转向轮绕主销摆振，汽车行驶不稳，严重时转向盘抖动，有振手的感觉。

动力转向器装置噪声的主要现象是：

发动机启动后或者车辆行驶过程中，液压助力装置发出不正常的响声。

3.2电控动力转向系统ECU端故障检查

PPS动力转向系统常见故障有：

低速或发动机怠速时转向沉重和高速行驶时转向过度灵敏。

在检查电控系统之前，应先观察胎压、悬架和转向杆件及球形接头的润滑情况，检查前轮定位、动力转向泵油压是否正常，各导线插接器是否连接牢靠，转向柱是否弯曲等。

3.2.1电控系统ECU端的一般检查方法

1.打开点火开关（ON），观察ECU—IC熔断丝是否正常。

如果烧毁，重新更换后又烧毁，说明此熔断丝与电控单元ECU的+B脚之间短路。

2.关断点火开关（OFF），从电控单元ECU上拔下导线连接器线束插座，将电压表正表笔接插接器。

+B脚，负表笔搭铁。

再打开点火开关（ON），电压表指示电压应为（11～14）V（蓄电池电压）。

如果无电压，说明ECU—IC熔断丝与ECU的+B脚之间有断路。

3.将电阻表正表笔接插接器插头的GND（搭铁）脚，负表笔仍接地，此时电阻值应为零，否则应对ECU的GND脚与车进行检查。

4.顶起一侧前轮，将电阻表的正表笔接插接器SPD脚，负表笔接GND脚。

然后转动支起的车轮，电阻表值应在0～∞之间交替地变化。

否则，说明ECU的SPD端与车速传感器之间有断路或短路，或车速传感器有故障。

5.将电阻表的正表笔接插接器的SOL（-）脚，负表笔接GND脚。

电阻表所显示电阻值应为∞（无穷大），否则说明电磁线圈与GND脚之间的线路有短路或电磁阀有故障。

6.将电阻表的正表笔接插接器的SOL（+）脚，负表笔接SOL（-）脚。

两脚之间的电阻应为（6～11）Ω，否则这两脚之间的线路有断路或电磁阀有故障。

3.2.2电控部件故障的诊断

1.电磁阀的检查

关断点火开关（OFF），拔下电磁阀（装在转向器处）上的线束插头，用电阻表测量电磁线圈的电阻（插座上两端子间），电阻应为（6～11）Ω。

从转向器内拆下电磁阀，将蓄电池正极接电磁线圈的SOL（+）脚，负极接SOL（-）脚，这时针阀应缩回约2mm，否则应更换电磁阀。

2.ECU的检查

顶起汽车，拆下ECU，但不拔下ECU上的导线插接器，然后启动发动机。

在发动机怠速运转的情况下，首先用电压表测量ECU的SOL（-）和GND两脚之间的电 压（电压表测笔从反面插入）。

然后将变速器挂上挡，并使车速到达60km／h，仍按上述接法再测电压，电压应比原来增加（0．07～0．22）V。

如果无电压或电压增值不对，则应更换ECU。

第四章典型电控动力转向系统故障的实例诊断与排除

4.1凌志LS400型轿车电控动力转向异常的故障诊断与检修

凌志LS400轿车使用的动力转向机构，其控制系统是液力反应型渐进式动力转向机构，只有启动发动机，转动方向盘便会感到特别轻盈，用一个手指拨动方向盘不感到费力。

1.故障现象

该车不管在正常行驶时转向，原地转向时转向盘明显沉重，助力泵噪声很大，同时在转动转向盘时，观察油杯的液面变化不明显。

2.故障排除

（1〕首先检查轮胎气压、转向系统的各球头磨损、相关悬架悬臂部分、转向器本身及相关管路渗漏状况、油杯液面高度及油质、转向助力泵皮带松紧度、前轮定位等各项参数都在正常技术标准范围内。

（2〕该电控动力转向电路控制如图4.1所示。

4.1凌志轿车动力转向系统电控电路图

（3〕拔下电磁阀线束插头，测量动力转向电磁阀阻值在10Ω左右，基本符合标准。

启动发动机，转动方向盘，用发光二极管测试灯连接电磁阀线束插头两线插口，试灯点亮；用数字万用表电压挡测量，电压数值正常，说明动力转向ECU、SOL（+）、SOL（-）之间的连接正常，说明动力转向ECU本身无故障。

（4〕在驾驶室内方向盘下方找到动力转向ECU，拆下ECU的线束插头，用数字万用表检查ECU线束“+B”端输入电压正常，且该车发电机发电量正常，说明连接ECU的“+B”线路无问题。

架起该车的后轮，然后用手转动，同时用数字万用表电阻挡检查SPD端与GND端电阻值的变化，表的读数在0～∞之间不断波动，说明车速传感器信号输入ECU是正常的。

（5〕将车在四柱举升机上，再次拔下动力转向电磁阀的线束插头，用试灯连接线束插头，同时左右转动方向盘，试灯仍亮；用手晃动其电磁阀线束，并稍用力拉伸、打折，试灯熄灭了，说明此线束有折断或虚接的地方。

经检查，是SOL（+）到电磁阀间的线束有问题，重新接好SOL（-）到电磁阀间的线路后试车，转动方向盘，明显感觉轻多了，不管是在原地还是行驶时，左右转动方向盘都有明显的改善，但是仍然稍沉。

有时感觉像转向助力突然失效一样，时沉时轻，说明动力转向系统还存在故障。

（6〕将动力转向电磁阀从转向机上拆下来，直接用12V电源驱动电磁阀，用时通时断的方法来验证其技术状态，检验结果电磁阀能发出“咔嗒”的工作声，但声音很小，给人感觉动作无力，疑心该阀可能发卡或开度不够。

更换新电磁阀后，故障得以完全排除。

在原地转动方向盘，用一个手指拨动感觉不费力，且在低速、高速等不同工况下都正常。

4.2奔驰ML型车电控动力转向异常的故障诊断与检修

1.故障现象

一辆2000年款奔驰ML500越野车，行驶里程8万多km。

行驶中仪表板上的ESP〔电子稳定控制系统〕、ETS〔循迹控制系统〕以及ABS〔制动防抱死系统〕3个仪表灯全部点亮。

检查后认为是ABS泵的问题，需要更换ABS泵、横向加速度传感器以及偏移率传感器。

2.故障排除

（1〕首先用故障诊断仪STAR进行检查，查询ESP系统后得到1个故障码C1042，含义为“高压回流泵故障”。

出现这个故障码的可能部位有ABS泵、ESP控制单元以及相关电路。

使用另一辆车上的ABS泵进行了替换试验，清除故障码后进行路试，只行驶了很短的距离仪表板上的ETS灯就点亮了，调取故障码还是C1402，这说明不是ABS泵的问题。

（2〕奔驰ML500的ESP控制单元位于发动机舱内的熔丝盒内，紧靠着发动机控制单元，为了排除故障，我们又将两车的ESP控制单元进行了对调。

由于更换了ESP控制单元，所以先用故障诊断仪对控制单元进行了编码，并激活了驾驶测试，进行路试时发现ETS灯仍然会在起步时亮起，而ABS灯却在起动后常亮了！

调取故障码，除了故障码C1402之外又增加了1个故障码C1200，含义为“驾驶测试被激活”，原来是进行完驾驶测试激活后没有退出。

故障码C1200用故障诊断仪无法清除，于是继续进行试车。

正在一筹莫展时，仪表板上的ESP、ETS以及ABS灯全都熄灭了，这是怎么回事呢？

是故障排除了吗？

将发动机熄火后再打开点火开关，发现仪表板上的故障灯全都不亮了，关掉点火开关，等待几分钟后再打开点火开关，故障灯又全部点亮了。

再仔细观察各个仪表的显示，里程表不显示公里数，燃油表指针转了300多度，转速表指针也不正常！

难道是更换ESP控制单元后烧毁了仪表，还是使仪表程序发生了紊乱？

但是这两者之间显然没有必然的联系。

（3〕为了使仪表指示恢复正常，进行了多次通、断电试验，但是没有效果。

这辆车的仪表曾经调校过，而且在第１次调表时没有调好，安装后燃油表指示就不正常，后来又重新调校了一次，燃油表指示才恢复正