第二节 电子助力转向系统的组成与工作原理

一、电子助力转向系统组成

电子助力转向元件，可分为三类，分别是传感元件、控制元件和执行元件。

注意：方向/转矩传感器、电动机、转向角度传感器、控制模块与转向管柱集成在一起，不能单独更换。

1.传感元件

电子助力转向系统中，需要很多传感元件来感知车辆的工作状态，以合理、安全、高效地实现转向助力功能。

1）点火开关。点火开关在处于ON时，向EPS控制单元传输允许工作信号，如图1-5所示。

2）车速传感器。车速传感器用来检测当前车速，EPS控制单元根据车速控制转向助力力矩，如图1-6所示。

注意：位于变速器上的车速传感器将信号发送至发动机控制单元，再经CAN网络送至EPS控制单元；发动机的车速信号为主信号，ABS控制单元发送的车速信号为辅助信号。

3）发动机转速信号。EPS模块只有接收到发动机转速信号后，才允许转向助力电动机输出转矩。发动机转速信号由发动机控制单元送出。发动机转速表如图1-7所示。

4）转向盘转矩传感器。转向盘转矩传感器用来检测驾驶人对转向盘施加的转向力度，EPS控制单元收到此信号后，计算出相应的助力力矩。转向盘转矩传感器安装在转向管柱上的EPS总成内，如图1-8所示。

转向盘转矩传感器采用两个霍尔式位置传感器，安装在壳体内。连接转向盘的转向柱与连接转向机的输出轴之间通过扭力杆连接，如图1-9所示。安装在转向柱上的多极性磁铁在不同转动转向盘转矩时，安装在输出轴上的定子集磁环会隔离磁力线到传感器，进而识别转动转向盘的转矩，如图1-10所示。转矩传感器在未识别到转向盘转动时，两个传感器信号线输出相同的电压。当向一侧转动转向盘时，两个传感器输出不同的电压，如图1-11所示。

5）转向盘转角传感器。转向盘转角传感器用来检测当前转向盘位置、转动方向和转动速度等信息。

转向盘转角采用两个霍尔式位置传感器，安装在壳体内，如图1-12所示。转向盘带动转向柱，带动多极性磁铁转动，两个霍尔传感器识别磁铁转动的方向、位置和转动速度，将这些信号发送至EPS控制单元。对于带有ESC系统的车型，这些信号会通过CAN网络传送至ESC控制单元。

2.控制模块

电子助力转向控制模块是EPS系统的核心，该模块从电子助力转向系统中获取转矩传感器信号和位置传感器信号，接收车速、发动机转速等信息，根据输入信号进行计算分析，得出控制参数的最佳值，然后发出控制指令给电动机，控制其动作。宝骏610和宝骏730的EPS模块通过CAN网络获取车速和发动机转速信号。

电子助力转向控制模块可检测电子助力转向系统的故障，并在检测到的故障时点亮故障警告灯。目前宝骏610和宝骏730的EPS控制模块通过CAN网络发送点亮故障警告灯的信号，当仪表板接收到该信号时，点亮故障警告灯，此时EPS系统依据故障码的类型进入不同的故障模式。图1-13所示为宝骏730的电子助力转向控制模块及其电路图，图1-14所示为宝骏610的电子助力转向控制模块及其电路图。

3.执行元件

电动机是电动助力转向系统的动力源，其功能是根据电子控制模块的指令输出适当的辅助转矩。转向管柱助力式助力电动机安装在转向管柱上。宝骏730采用的是两相有刷直流电动机，而宝骏610采用了三相无刷直流电动机。

1）两相有刷直流电动机。宝骏730的转向助力系统采用两相有刷直流电动机，如图1-15所示。通过控制电动机电源与搭铁的换向来实现正反转，通过占空比来调节助力转矩的大小。

2）三相无刷直流电动机。宝骏610的转向助力无刷直流电动机主要由定子、转子两部分组成，如图1-16和图1-17所示。无刷直流电动机的定子结构与普通同步电动机相似，由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。铁心中嵌有多项绕组，电枢绕组接成星形。转子主要由永久磁铁和位置传感器组成，另外还要配备专用的功率驱动电路。

与一般的有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的换向通过电子换向器完成。宝骏610的电子换向器集成在EPS模块内部。为使无刷直流电动机的转子持续旋转，EPS模块必须为定子绕组按照特定的次序供电，如图1-18所示。

电动机转子旋转时，每次只有两相电枢导通，第三相悬空。两相电枢绕组的接入由六个晶体管控制，例如A相和C相接入电路，B相悬空，则电流从电源正极经过A相绕组，从C相绕组流回到电源负极。到下一个换相时刻时，A相和B相接入电路，C相悬空。依此类推，则总的换相顺序是AC→AB→CB→CA→BA→BC，即六种状态，每种状态持续60°转角，而每个晶体管均导通120°转角，这种驱动方式为两相导通三相六状态，如图1-19所示。

正常情况下，EPS故障警告灯只在钥匙转置ON位系统自检时亮2s，其他时间一直处于熄灭状态。如果发动机起动后或者在车辆行驶过程中警告灯常亮，则表示EPS系统出现故障，此时EPS进入安全模式，如图1-20所示。

二、电子助力转向系统工作原理

前面了解了电子助力转向系统的组成部件，接下来学习电子助力转向系统的工作原理，如图1-21所示。

电子助力转向控制模块通过接收方向、转矩传感器、车速、发动机转速等信号来执行系统功能。当驾驶人操纵转向盘转向时，ECU根据方向、转矩传感器、发动机转速和车速信号，并结合所检测到的助力电动机的电流反馈信号，进行运算处理，确定电动机助力电流的大小和方向，该电流即所需的助力转矩。通过减速机构减速增矩后，助力转矩加在转向输出轴上使之得到一个与汽车行驶工况相适应的转向作用力，在低速情况下，提供较大的助力以便在驻车操作中进行转向。在高速情况下，提供较小的助力以便提高路感和方向稳定性。电子助力转向系统控制过程如图1-22所示。

当高强度使用动力转向功能 （例如全转向）时，EPS控制模块减少EPS电动机的输出，以保护EPS电动机和EPS控制模块 （防超载状态）。在起动防超载状态时，辅助转矩逐渐减少，转向盘转向力逐渐变大。如果电气系统出现错误，失效—保护功能停止输出信号至EPS电动机，然后以前的状态变成手动转向状态。在低速时过度转向将导致ECU及电动机加热，一旦温度达到临界点，ECU将减少电流以降低加热，随着温度的下降 （当温度降低或无助力时），系统将恢复。

三、电子助力转向系统诊断与维修

通过本章电动控制转向系统的学习，我们掌握了系统的控制及工作原理，当系统出现故障时，应在所掌握的系统原理与构造的基础上，根据故障现象进行逻辑分析，通过检测最终找到故障点。

1.读取数据流

同大多数电控系统一样，通过读取数据流，可观测到一些输入、输出信号是否存在异常，下面就一起了解CN113R车型EPS系统数据流有哪些内容，具体什么含义。

图1-23是EPS系统数据流，具体含义如下：

1）EPS供电电压：加载在EPS模块的电源与搭铁之间的电压。

2）转向盘转角：模块通过转向盘转角传感器监测到相对于零位的转向盘角度。

3）ECU内部温度：模块内的温度传感器检测到实际电子元件温度值。

4）转向输出转矩：模块接收到转矩传感器的信号后计算出当前转向的转矩大小，这个输入信号值可以判断传感器和线路是否存在故障。

5）车速有效性：可以通过此信号判断控制模块收到的车速信息是否有效。

6）EPS标定完成情况：如果系统已标定完成，可通过此项确认。

7）EPS完整的设置程序：可通过此项确定EPS是否完整地设定了系统程序。

8）EPS机械中心已存在：表明当前EPS模块学习转向盘的中间位置已完成。

2.故障码诊断与维修

作为电控系统之一，EPS系统也有自诊断功能，可使用诊断仪读取相关DTC进行故障诊断，EPS读取故障码如图1-24所示。

表1-1是EPS系统常见的故障码以及可能出现的故障原因，为高效诊断EPS系统，请了解这些常见的故障码以及可能的故障原因，并对可能的故障原因进行排查。

3.转向盘对中学习

车辆转向后为了使EPS模块能很好帮助车辆进行回正，EPS模块必须知道转向盘的中间位置，即转向盘中间位置学习。需要执行转向盘对中学习的情况如下：更换转向助力电动机及转向柱总成；EPS模块进行软件升级；更换转向机；维修更改车轮定位参数的撞击。

转向盘对中学习有两种方法，无需诊断的自行学习及使用诊断仪学习。

1）自行学习。按照一定的条件上路行驶，就可自行学习到转向盘的中间位置。

转向盘转角自学习条件：转向盘从中间位置向左右各打到底一次，转向盘回到中间位置；车速达到25km/h行驶一段距离。

2）诊断仪学习（图1-25）。为了快速进行转向角度的对中学习，也可以利用诊断仪执行，执行时按照诊断仪的提示进行即可。

如果转向盘对中位置未学习或学习错误，可能导致EPS模块控制车轮回正能力变差，或克服车辆轻微跑偏的能力变差等。