大众轿车电控机械助力转向系统故障诊断与排除.doc

Volkswagen Car Electronic Power SteeringSystem Fault Diagnosis and EliminationCAN-HCAN-LAbstract: Through the small gear power type P - EPS electric powersteering system fault diagnosis of two cases of exclusion, the work of electric power steering system process characteristics and fault diagnosis method was summarized, the reasons of causing trouble with the related countermeasures were analyzed.Keywords: Electric power steering system; Fault diagnosis;Eliminate图2 电控机械助力转向系统控制原理示意图G269不可靠信号”。此故障代码 不能用仪器清除，是车辆的实时故障 码。一 汽 大 众 迈 腾 和 速 腾 均 装 配 “ 小 齿 轮 助 力 型P-EPS”系统 ， 采 用“双小齿轮布置”形式，其电控 机 械 助 力 转 向 系 统 的 构 成 如 图1所 示。与传统机械转向系统相比，主 要 增 加 了 转 向 柱 转 矩 传 感 器 G269、方向盘转角传感器G85、转 向柱电子系统控制单元、电控机械 助力转向辅助控制单元、转向助力 驱动电机及其转子传感器，还有系 统故障警告灯和系统诊断接口等。 转 向 柱 转 矩 传 感 器 G269的主要作用就是将方向盘 转 向 时的力矩情况形成信号反馈给电动 转向控制单元，以使电控机械助力 转向系统自动进行转向。其控制原 理如图2所示，在车辆着车以后，当 驾驶员转动方向盘时，位于方向盘 下部转向柱上的方向盘转角传感器 G85会 产 生 转 向 柱 角 度 信 号 ， 输 送 到转向柱电子系统控制单元J527进 行处理，转向柱电子系统控制单元则通过CAN系统将信号传送到转向辅 助 控 制 单 元J500。与此同时 ， 位 于转向器与转向柱接合部位处的转 向扭矩传感器G269则获悉扭矩杆转 动的扭矩大小，两个信号同时传输 给电控机械助力系统的转向辅助控 制单元，结合转向辅助控制单元本 身通过CAN线路采集的车辆车速、 发 动 机 转 速 等 信 号 ， 进 行 计 算 分 析，采用预先设定在电动转向辅助 控制单元J500中的最适合的转向特 性曲线，确定电机应支持的转向扭 矩大小，产生驱动电压使转向电机 运转，通过平行作用于齿条的小齿 轮带动齿条运动，从而实现方向盘 转向扭矩和电机助动扭矩共同作用 在 转 向 器 上 ， 达 到 助 力 转 向 的 目 的 。 在 该 系 统 中 ， 转 角 传 感 器 G85是一种 光 电 式 传 感 器 ， 利 用 装 在 传 感 器 内 随 转 向 柱 转 动 的 编 码 盘，令光电传感器产生出随转向柱 转动变化的信号。转子转速传感器 和转向扭矩传感器G269同样是非接 触式磁阻传感器，装在转向驱动电 机V187内，用以监控驱动电机的转子的转动情况。V187是一种无刷异步电机，能随驱动电压迅速产生较 大的转矩，而且省却了电刷，避免 了电刷磨损所产生的相应故障。将 车 辆 举 升 以 后 ， 观 察 转 向 器，其外观并没有任何碰损痕迹， 电控机械助力转向系统的辅助控制 单元与驱动电机外壳接合，装在转 向器上部，如图1所示，系统的扭矩 传感器与转向电控单元之间只有不 到20cm长的外露线束，而且线束外 表完好，暂时可排除线路刮擦导致 的故障原因，需要对扭矩传感器进 行 检 测 。 本 车 的 转 向 扭 矩 传 感 器 G269是一种磁阻传感器，其结构原 理如图所示，转向柱的连接元件 与转向柱万向节相连，在其外部有 一个电磁转子，它有24个交替变换 的磁极区域，磁阻的传感器元件固 定在转向器连接块上。当转动方向 盘时，转向柱连接元件通过扭矩杆 带动转向器齿轮转动，根据扭矩， 两个连接件间会产生相对运动，使 磁极转子和磁阻的传感器元件产生 相对转动，导致传感器磁阻改变，电控 机 械 助 力 转 向 系 统 和向系统的检修方法方面，也相应增加了许多电子电路方面的诊断与检 查步骤，维修技术人员必须及时总 结电控机械助力转向系统的故障诊 断与维修工艺，以提升相关故障的 检修效率。下面介绍两个故障诊断 与排除的案例，供大家参考。案例一：故障车型：2007年款 迈 腾1.8TSI， 自 动 变 速 档 车 型 ， 行 驶里程28051km。故障现象：行驶过程中，电控 机械助力转向系统故障警告灯忽然点亮，车辆的转向感觉沉重。故障诊断：在一般的电动助力 转向系统程序处理中，设置了故障 诊断功能，在程序运行中，实时监 测各传感器信号，当发现故障时， 立即停止电动机的工作，转变为手 动 转 向 模 式 3。 当 系 统 故 障 灯 亮 时 ， 我 们 可 利 用VAS5052A诊 断 电 脑 ， 选 择02- 44-004.01， 进 入 动 力转向的自诊断功能，检查故障代 码 存 储 器 ， 读 得 故 障 代 码 “ 00573， 转 向 扭 矩 传 感 器 -传 统 液 压 助 力 转 向 系 统相比，取消了大量的液压和机械传 动的相关部件，不需进行定期更换 转向液压油的保养，避免了系统渗 油问题，大大降低了车辆的保修成 本，也不存在液压助力泵长期运转 的情况，减少了能量损耗以及对环 境 的 污 染1。 另 外 电 控 机 械 助 力 转 向系统易于模块化设计和安装，可 以更精确地在不同车速下给车辆提 供转向助力，较好地解决车辆低速 行驶转向轻便性及高速时转向稳定 性的要求，还可以通过设置不同的 程序与不同车型匹配，能缩短开发 和生产的周期，易于利用电控单元 进行系统的调整和检测，因此电动 转向系统必然会成为汽车转向系统 的 发 展 趋 势2， 目 前 不 少 新 出 厂 的 车型都采用了电控机械助力转向系 统，一汽大众的速腾、迈腾等车型 已经将电控机械助力转向系统作为 标准配备。由此在电控机械助力转1方向盘2转向柱3十字万向传动轴4电控机械助力转向系电机V1875转向扭矩传感器J2696转向辅助控制单元J5007转向器图1 电控机械助力转向系统组成速信号转矩传感 器信号大众轿车电控机械助力转向系统故障诊断与排除中山职业技术学院 柳炽伟 魏胜君转向电机转向辅助 控制单元 J500车速信号总线端15故障指示灯数据总线 诊断接口ABS控制单元组合仪表控制单元转转向柱电子 中央控制单 元 J527发动机控 制单元方向转 角信号CAN-HCAN-L图2 电控机械助力转向系统控制原理示意图G269不可靠信号”。此故障代码 不能用仪器清除，是车辆的实时故障 码。一 汽 大 众 迈 腾 和 速 腾 均 装 配 “ 小 齿 轮 助 力 型P-EPS”系统 ， 采 用“双小齿轮布置”形式，其电控 机 械 助 力 转 向 系 统 的 构 成 如 图1所 示。与传统机械转向系统相比，主 要 增 加 了 转 向 柱 转 矩 传 感 器 G269、方向盘转角传感器G85、转 向柱电子系统控制单元、电控机械 助力转向辅助控制单元、转向助力 驱动电机及其转子传感器，还有系 统故障警告灯和系统诊断接口等。 转 向 柱 转 矩 传 感 器 G269的主要作用就是将方向盘 转 向 时的力矩情况形成信号反馈给电动 转向控制单元，以使电控机械助力 转向系统自动进行转向。其控制原 理如图2所示，在车辆着车以后，当 驾驶员转动方向盘时，位于方向盘 下部转向柱上的方向盘转角传感器 G85会 产 生 转 向 柱 角 度 信 号 ， 输 送 到转向柱电子系统控制单元J527进 行处理，转向柱电子系统控制单元则通过CAN系统将信号传送到转向辅 助 控 制 单 元J500。与此同时 ， 位 于转向器与转向柱接合部位处的转 向扭矩传感器G269则获悉扭矩杆转 动的扭矩大小，两个信号同时传输 给电控机械助力系统的转向辅助控 制单元，结合转向辅助控制单元本 身通过CAN线路采集的车辆车速、 发 动 机 转 速 等 信 号 ， 进 行 计 算 分 析，采用预先设定在电动转向辅助 控制单元J500中的最适合的转向特 性曲线，确定电机应支持的转向扭 矩大小，产生驱动电压使转向电机 运转，通过平行作用于齿条的小齿 轮带动齿条运动，从而实现方向盘 转向扭矩和电机助动扭矩共同作用 在 转 向 器 上 ， 达 到 助 力 转 向 的 目 的 。 在 该 系 统 中 ， 转 角 传 感 器 G85是一种 光 电 式 传 感 器 ， 利 用 装 在 传 感 器 内 随 转 向 柱 转 动 的 编 码 盘，令光电传感器产生出随转向柱 转动变化的信号。转子转速传感器 和转向扭矩传感器G269同样是非接 触式磁阻传感器，装在转向驱动电 机V187内，用以监控驱动电机的转子的转动情况。V187是一种无刷异步电机，能随驱动电压迅速产生较 大的转矩，而且省却了电刷，避免 了电刷磨损所产生的相应故障。将 车 辆 举 升 以 后 ， 观 察 转 向 器，其外观并没有任何碰损痕迹， 电控机械助力转向系统的辅助控制 单元与驱动电机外壳接合，装在转 向器上部，如图1所示，系统的扭矩 传感器与转向电控单元之间只有不 到20cm长的外露线束，而且线束外 表完好，暂时可排除线路刮擦导致 的故障原因，需要对扭矩传感器进 行 检 测 。 本 车 的 转 向 扭 矩 传 感 器 G269是一种磁阻传感器，其结构原 理如图所示，转向柱的连接元件 与转向柱万向节相连，在其外部有 一个电磁转子，它有24个交替变换 的磁极区域，磁阻的传感器元件固 定在转向器连接块上。当转动方向 盘时，转向柱连接元件通过扭矩杆 带动转向器齿轮转动，根据扭矩， 两个连接件间会产生相对运动，使 磁极转子和磁阻的传感器元件产生 相对转动，导致传感器磁阻改变，Automobile Parts 2011.01检测与标准042速信号转矩传感 器信号转向电机转向辅助 控制单元 J500车速信号总线端15故障指示灯数据总线 诊断接口ABS控制单元组合仪表控制单元转转向柱电子 中央控制单 元 J527发动机控 制单元方向转 角信号检查其防尘防水的密封套和密封胶圈没有损坏现象（图5）， 但 其 转 向 柱 密 封 口 张 紧 力 不 大，车子曾涉水行驶时，有水 从密封套上部转向柱密封口部 位侵入，导致扭矩传感器的电 子元件损坏。更换一个新的扭 矩传感器（注意扭矩传感器安 装时游丝要对中），装回转向 器，并清除故障码，因为拆过 转 向 器 ， 所 以 还 必 须 利 用 VAS5052A， 进 入 引 导 型 故 障 查询的基本设置功能，对方向 机 转 角 传 感 器G85进 行 基 本 设 置 ， 完 成 后 试 车 确 认 故 障 排 除。案例二：故障车型：速腾“ 无 法 到 达 ” ， 表 明 仪 器 不 能 进 入电 控 机 械 助 力 转 向 辅 助 控 制 单 元 的 自 诊 断 系 统 。 通 常 出 现 此 故 障 码 主 要 有 几 个 原 因 ： 一 是 控 制 单 元 的 诊 断 和 信 号CAN传 输 线 路 故 障 ； 二 是 电 控 单 元 的 电 源 及 搭 钱 线 路 断 路 或 短 路 （ 电 控 单 元 起 动 自 我 保 护 功 能 而 不 能 正 常 工 作 ） ； 三 是 电 控 单 元 本身故障损坏。转向柱连接件电磁磁极转子冗余的磁阻传感器元件扭矩杆SA2BOASC2转向器连接块T5h/4T21/2图3 扭矩传感器示意图J500V187该磁阻的变化就反映了扭矩的变化4，由此形成交变电压信号，从而测得转 向扭矩大小，并将测得的扭矩信号传 递给转向系统辅助控制单元J500。察看电控机械助力转向系统线路 图，显示电控机械助力转向辅助控制 单元与G269之间是四条直通的导线， 拔 出G269的 “T5Z”插 头 ， 测 量 传 感 器线束端子与电控机械助力辅助控制 单元间线路导通正常，故障可能出在 传感器内部元件。由于它是一种磁阻 元件，手头没有相关的测量参考值， 我们决定更换一个扭矩传感器试验。 当拆开转向机后发现，该方向机扭矩 传感器所在部位有被水浸过发霉现象（图4），转向柱连接元件已经生锈，自动档车型，2008年款，行驶里程33803公里，在行驶时感觉方向突然 很 沉 重 ， 发 现 仪 表 盘 有 电 控 机 械 助 力转向系统故障警告灯点亮。故 障 诊 断 ： 启 动 车 辆 后 ， 电 控 机 械 助 力 转 向 故 障 灯 一 直 点 亮 不 熄 灭 ， 打 方 向 发 现 车 辆 完 全 没 有 助 力 作 用 ， 而 且 开 起 来 的 感 觉 比 一 般 的 液 压 助 力 转 向 车 辆 失 去 助 力 作 用 时 还 要 沉 重 ， 这 与 电 控 机 械 助 力 转 向 系 统 的 设 计 特 点 有 关 。 利 用 VAS5052A进 入 “ 01- 44” ， 想 直 接 读 取 电 控 机 械 助 力 转 向 系 统 的 故 障 码 ， 按 “02-1000” 进 入 车 辆 车 载 诊 断 （OBD） 的 “ 读 取 网 关 安 装 列 表 ” ， 在 “ 助 力 转 向 ” 单 元 显 示T21/1640Sa2蓄电池保险丝架上保险丝2SC2仪表台左侧保险支架保险丝2号 J500转向辅助控制单元V187电控机械转向助力器马达640发动机舱内左侧接地点图6 转向辅助控制单元电源示意图 2011.01 Automobile Parts 检测与标准043图4 转向扭矩传感器霉迹图5 转向扭矩传感器上部密封套转向扭矩传感器转向柱密封口图7 蓄电池保险丝支架将车辆举升，拔出转向辅助控制单元J500的插头，参考电控机械助力转向系统电路图（图6）可见，电控机 械助力转向系统的辅助控制单元J500有两个电源供应脚 T2L/2和T5H/4，前者是与电控机械转向助力器马达共用 电源，测量时无电压，不正常，后者开匙有12V电压， T2L/1是搭铁线正常。查询线路图可知J500的常电源是由蓄电池保险丝架 上 的80A的SA2号保险 丝 供 电 ， 检 查 这 个 保 险 丝 没 有 熔 断，但其接线的螺母却是松动的（如图7，红圈标示的螺 母），导致电流不能通过，将螺母上紧后，J500供电恢 复正常，清除故障码后试车，转向器转向轻便，电动机械 助力转向系统故障灯正常熄灭，故障排除。从目前常见的电动机械助力转向系统的故障案例分 析，大众助力转向系统故障多发生在电控系统传感器、电 机等硬件部分，而且不少是因为车主和维修人员不了解车 辆采用的电控机械助力转向系统的特点，在使用和维修过 程中导致一些人为故障的发生。这种情况随着市场的发展 和需求，电控机械助力转向系统的大量应用而应引起人们 重视。电动助力转向代表未来动力转向技术的发展方向