◆文/江苏 赵宝平 郭小红

大众速腾轿车电控动力转向系统检测

◆文/江苏 赵宝平 郭小红

汽车转向系统是汽车底盘四大系统之一，也属汽车安全系统重要组成部分，而机械转向系统是依靠驾驶员操纵转向盘的转向力来实现车轮转向的，在一定程度上增加了驾驶员的操作强度。动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机带动液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向的。随着汽车技术及电子技术的发展，很多中高档轿车上已安装了电控电动式动力转向系统。

电控电动式动力转向系统是利用电动机产生的动力协助驾驶员进行动力转向。不同的汽车电控电动式动力转向系统的结构部件是不一样的，但大体相似。一般是由转向传感器、转向力矩传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器及蓄电池电源构成的。

电控动力转向系统(EPS,Electric-Power Steering)的出现，已基本解决了传统转向系统所存在的矛盾。图1所示是一组电控动力转向系统的特性曲线，在汽车低速行驶时，特性曲线很窄，具有较大的助力作用。当车速提高后，特性曲线越来越宽，助力作用逐渐减小，克服了高速时转向盘手力太轻的缺陷。

图1 电控动力转向系统特性曲线

一、电控动力转向系统的结构

大众速腾轿车电控动力转向系统在车辆上的实际安装位置如图2所示。

图2 大众速腾轿车电控动力转向系统安装位置

图3 所示为大众速腾轿车电控动力转向系统，由方向盘、带方向盘转角传感器G85的转向柱控制单元J527、转向柱、转向力矩传感器G269、转向齿轮、电子机械助力转向电动机V187、转向助力辅助控制单元J500等机构或部件构成。

图3 大众速腾轿车电控动力转向系统构成

二、电控动力转向系统的组成

1.转角传感器G85

转角传感器G85安装在转向柱上的转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集成为一体，其实物如图4所示。

转角传感器G85的作用是检测转向盘的转动角度和转动速度，是电动助力的依据之一。该传感器由转子、发光二极管、光敏二极管和放大器等组成。其工作原理如图5所示，发光二极管作为信号源，光敏二极管作为接收源。随着转子转动，当透光孔与发光二极管对正时，光线照射到光敏二极管上产生高电位，经放大电路放大后输送给ECU，如图5(a)所示。当透光孔与发光二极管错开时，光线不能照射到光敏二极管上，光敏二极管无电压信号输出，产生低电位输送给ECU，如图5(b)所示。如此反复后即形成图5(c)所示方波信号，并通过CAN总线将该信号传递给转向柱电控单元J527。J527分析转角信号，将处理后的方向盘转角信号、转角速度信号传递给转向辅助控制单元J500，J500结合转向力矩传感器G269、车速传感器信号、电动机转动速度信号进行处理，从而适时调整转向助力大小。

图4 转角传感器G85实物图

图5 转角传感器工作原理

当发现信号失效时，故障指示灯K161常亮，应急运转模式启动，电子助力转向依然起作用。

2．转向力矩传感器G269

磁性转子和转向柱连接块为一体，磁阻传感元件和转向小齿轮连接块为一体，其实物如图6所示。

图6 转向力矩传感器G269实物图

转向力矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相对转矩，是电动助力的控制依据之一。当转动方向盘时，转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即磁性转子和磁阻传感元件反向运动，发生磁场变化，在磁阻传感元件两端产生电位差。通过测量磁阻传感元件两端的电位差值，则转向力(矩)的大小可以被测量出来，转向力矩传感器G269工作原理图如图7所示。

如果信号失效，转向助力系统将关闭，但并不是马上关闭，而是通过一个柔软的逐步的过程。在此过程中，故障警告灯K161亮起。转向助力的大小是由ECU通过电动机转子角度和方向盘转角等信号计算出的值所代替的。

图7 转向力矩传感器G269结构及工作原理示意图

3.转向电动机V187

转向电动机V187是无刷式异步伺服电动机，具有无扭矩波动、低噪声、抗泥污、无额外摩擦、较宽的转速范围和温度范围等优点。其平均工作电流约2.5A，最大电流约80A,其实物图如图8所示。

图8 转向电动机V187实物图

转向电动机需要正反转控制，图9所示为一种比较简单适用的控制电路，a1、a2为触发信号端。当a1端得到输人信号时，三极管VT3导通，VT2得到基极电流而导通，电流经VT2、电动机M、VT3、搭铁而构成回路，于是电动机正转。当a2端得到输人信号时，电流则经VT1、M、VT4、搭铁而构成回路，电动机则因电流方向相反而反转。控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。

图9 转向电动机V187电路图

三、电控动力转向系统的工作原理

电控动力转向系统是利用直流电动机作为动力源，ECU根据各传感器提供的信号，控制电动机扭矩的大小和方向的，其工作原理框图如图10所示。

图10 EPS工作原理图

当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转角传感器、转矩传感器不断地测出转向轴的转角、转矩信号，并与车速信号同时输λ到ECU 。ECU根据这些输λ信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。电动机的扭矩通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。大众速腾轿车电控动力转向系统结构和传动原理示意如图11所示。

四、电控动力转向系统的检测

1.转角传感器G85的检测

转向传感器G85电路接线如图12所示，10根导线均与转向柱电控单元J527相连，分别为电源线、接地线、CAN线(高)、CAN线(低)。检测时，其操作步骤如下。

(1)打开点火开关，用万用表20 V直流电压档测量电源线与接地线之间的电压。电压值应在标准值范围内，否则为电控单元J527故障或传感器与J527之间导线发生故障。

(2)将诊断连线一端与安装有VAS-5051B软件的计算机连接，转动方向盘，读取转向传感器信号值。信号值应在标准值范围内，否则为传感器损坏。

图11 大众速腾轿车电控动力转向系统结构和传动原理示意图

图12 转向传感器G85接线图

2.转向力矩传感器G269的检测

转向力矩传感器G269电路接线如图13所示。4根导线均与转向辅助控制单元J500相连，分别为电源线、信号线1、信号线2、接地线。检测时，其操作步骤如下。

(1)打开点火开关，用万用表20V直流电压挡测量电源线与接地线之间电压。电压值应在标准值范围内，否则为电控单元J500故障或传感器与J500之阿的导线发生故障。

(2)转动方向盘，用万用表20V直流电压档测量信号线1与信号线2之间的电压，电压值应在标准值范围内，否则为传感器损坏。

3.转向电动机V187的检测

转向电动机V187电路接线如图14所示。2根导线均与转向辅助控制单元J500相连，分别为电源线、接地线。检测时，其操作步骤如下。

(1)用万用表20V直流电压档测量电源线与搭铁部位之间的电压。电压值应在标准值范围内，否则为蓄电池与J500之间的导线发生故障。

(2)转动方向盘，将万用表串联在蓄电池与J500之间或J500与接地线之间，用电流档测量电源线、接地线之间的通过电流。电流值应在标准值范围内，否则为V187或J500损坏。

图13 转向力矩传感器G269接线图

图14 转向电动机V187接线图

相关知识衔接

1.电控电动式动力转向系统所具备的优点

(1)能耗降低。电动助力转向系统无液压装置是“按需型”系统，即只有转向时系统才工作，消耗较少的能量。因而与液压动力系统相比较，在各种行驶工况下均可节能80%～90%。

(2)轻量化显著。液压动力系统因有液压缸、油泵、转阀、液压管道等部件，使系统结构复杂，零件数目多，占用空间大，布置不方便。电动助力转向系统则表现出了明显的优势，系统结构紧凑，质量减轻，无油渗漏问题，系统易于布置等。

(3)优化助力控制特性。液压助力的增减有一定的滞后性，反应敏感性较差，随动性不够。电动助力转向系统由于采用电子控制，可以使转向系统的转向性能得到优化，增强随动性。

(4)系统安全保护。当电动助力转向系统出现故障时，即切断电动机与助力齿轮机构的动力传送，迅速转为人工—机械转向状态。

(5)变传动比转向。

2.动力转向系统的检查与维护

(1)对机械液压式动力转向系统，平时的检查一定要多注意储液罐中的助力油是否缺失；高、低压油管是否存在老化、磨损以及泄漏等现象；转弯时方向盘打死的时间尽量不要太长。如果出现转向沉重、噪声大等现象，需及时从油泵、油管、V带、内部压力等方面去进行检查。

(2)对电控液压式动力转向系统，平时也要注意助力油的多少。当警告灯亮时，一定要查明原因，及时修理。

(3)电控电动式动力转向系统的结构相对简单，但保养起来不是直接就能看到故障的，如果出现方向盘沉重、方向盘不好控制等转向故障时，需尽快进行检测修理。