项目二任务3：线控转向系统的故障诊断与排除（教师手册）

任务2.3线控转向系统的故障诊断与排除-教师手册项目二线控转向系统的测试装调课程名称底盘线控执行系统测试装调学习任务名称线控转向系统的故障诊断与排除课时4课时课程内容线控转向系统电路图分析、线控转向系统常见故障及分析、EPS控制器针脚定义、线控转向系统的故障诊断与排除一、学习目标1、目标制定【知识目标】熟悉线控转向系统电路原理图和测试孔；掌握线控转向系统常见故障及故障原因；掌握EPS控制器针脚定义；了解线控转向系统的故障诊断流程及排故办法。【技能目标】能够独立完成线控转向系统的故障诊断与排除；能够熟练使用测量仪表进行电压测量及导通性测量。【素养目标】严格遵守售后维修故障设备的标准操作流程；独立地计划并实施故障诊断流程；耐心友善地与客户沟通。【思政目标】通过了解智能网联汽车的前沿科技，激发学生的爱国主义，增强四个自信。2.通过讲述利氪科技对线控底盘的解决方案，展现其对新能源汽车产业链发展，力争抢抓新赛道、培育新动能，以更优质的服务助力新能源产业链扶摇而上的创新能力，鼓励学生发展创新精神与创新能力。二、学习内容1.学习情境描述一位车主开着他的车辆来到你所在的汽车维修4S店，跟你抱怨车辆转向盘出现故障，转动方向盘没有了转向助力，需要你看看是什么故障，需要怎么处理？2.学习内容分析本次课程内容来源于企业真实的工作任务，为了更好地对接企业工作任务及流程，提炼本次工作任务的三要素（如表1所示）。表1工作内容分析表工作对象与客户沟通车辆问题、对客户车辆进行故障诊断与维修、输出维修工单工具材料底盘线控产品使用手册、车辆、工具箱、万用表、个人防护用品工作要求能根据客户描述的故障现象，使用故障检修工具定位故障原因，输出故障检修方案并与客户沟通。三、教学策略1.适用的教学方法角色扮演（客户与维修技师）、引导文法、项目教学法2.适合的组织形式个人，学生需独立地计划并实施故障诊断。四、教学资源1.学习环境为了更好地开展工学结合的一体化教学模式，在教学场地方面，我们充分利用了与企业工作环境一致的校企合作校内培训基地作为我们的教学场地，该教学场地内设学习讨论区、资料查询区、方案展示区、操作实训区、工具存放区等（如图1所示）。图1教学场地布置图2.学习资源根据完成工作任务及达成学习目标需要，本次课我们为学生提供了如下学习资源（如表2、3所示）。表2软件资源一览表序号名称数量图例功能特色1学生手册1本/人学生学习理论知识的载体2教学课件1套辅助教师讲解理论知识，引导学生讨论工作方案3工作页1本/人学生按照工作流程设计，模拟真实的工作场景，填写工单4教师手册1套辅助教师备课表3硬件资源一览表序号名称数量图例运用环节功能特色1教学台架1辆/工位课中帮助学生掌握实践技能2万用表2个/工位课中实训操作时，测试线控转向系统的电源是否正常，线束是否通断。3工作手套2双/工位课中实训操作时，用于保障学生人身安全4安全帽2个/工位课中实训操作时，用于保障学生人身安全5清洁抹布2条/工位课中实训操作时结束时，用于6S清洁五、教学实施过程（一）学习情景导入【提示】教师导入学习情景布置工作任务，学生接受任务一位车主开着他的车辆来到你所在的汽车维修4S店，跟你抱怨车辆转向盘出现故障，转动方向盘没有了转向助力，需要你看看是什么故障，需要怎么处理？（二）理论知识【提示】教师讲授分析解决问题的思路和方法，引导学生信息采集，了解任务线控转向系统的组成【过渡】提问同学们线控转向系统有哪些部件组成。人工驾驶模式下线控转向系统组成人工驾驶模式下线控转向系统由：转向盘总成（转角传感器、转矩传感器、路感电机）、EPS控制器、转向执行总成（直线位移传感器、转角传感器、转向执行电机、电机控制器、齿轮齿条转向器）组成，如图2所示。图2：人工驾驶模式下线控转向系统组成【提问】提问同学们知道自动驾驶模式转向系统由那些部件组成吗？与人工驾驶模式的转向系统有什么不同？自动驾驶模式下线控转向系统组成自动驾驶模式下线控转向系统由：计算平台、VCU、EPS控制器、转向执行总成组成，如图3所示。图3：自动驾驶模式下线控转向系统组成线控转向系统电路图分析底盘线控实训系统电路图【过渡】提问同学们线控转向信号是什通过什么线传输？为什么？可以从CAN、LIN线分析。底盘线控实训系统由线控驱动、线控转向和线控制动组成，电路图如图4所示。图4：底盘线控实训系统电路图EPS线控转向系统电路图分析（人工驾驶模式）【过渡】提问同学们人工驾驶模式转向系统控制电路是什么？人工驾驶模式EPS线控转向系统电路图如图5所示，在人工驾驶模式中，方向盘输入的信号通过CAN线传输，人工驾驶模式下VCU作用是访问车辆状态（车辆轮速、转向横摆速度等）。图5：人工驾驶模式EPS线控转向系统电路图EPS线控转向系统电路图分析（自动驾驶模式）【过渡】提问同学们自动驾驶模式转向系统控制电路是什么？自动驾驶模式EPS线控转向系统电路图如图6所示，在自动驾驶模式中，同样也是通过CAN传输信号，传输流程为：环境感知传感器→计算平台→VCU→EPS控制单元，在自动驾驶模式下，VCU除了访问车辆状态外，还会将来自计算平台的转向信号发送到EPS控制器。图6：自动驾驶模式EPS线控转向系统电路图线控转向系统常见故障及分析【提问】提问同学们知道车辆转向系统故障报警灯在哪里吗？出现这个报警灯的时候，转向系统工作情况如何？有哪些常见的故障会令报警灯亮起？自动驾驶模式转向过度故障现象：车辆在自动驾驶模式下转向时往一边打死，导致转向过度；但在人工驾驶模式下正常。自动驾驶线控转向工作原理：自动驾驶下的转向系统由计算平台代替了驾驶员，计算平台通过CAN线将转角信号发送到VCU，再由VCU通过CAN线将信号发送到转向控制单元，实现线控转向。故障分析：由于车辆是自动驾驶模式转向出现故障，在人工驾驶模式下正常（如果VCU出现故障，人工驾驶模式下也不正常的），可以排除计算平台输出端到EPS控制器（也排除EPS控制器硬件故障）输入端故障，故障点应该在EPS控制器模块到转向角度传感器之间，如图7所示。图7：自动驾驶模式转向过度故障位置EPS控制器模块到转向角度传感器之间出现下列故障会引起自动驾驶模式无法正常转向：（1）转向角度传感器电源正极断路；（2）转向角度传感器电源负极断路；（3）转向角度传感器信号线断路；（4）转向角度传感器信号线对负极短路；（5）转向角度传感器内部故障。故障修复一般是以更换线束、线束插头、维修线束插头、维修针脚为主，如果是传感器故障需要更换传感器。EPS控制器模块到转向角度传感器之间故障诊断流程：（1）使用汽车故障诊断仪，读取转向系统的故障码，根据故障诊断仪的提示寻找故障。（2）根据故障诊断设备的测量结果，使用对应车型维修手册电路图查找故障点，然后进行维修或更换新零件。（3）修复故障后，自动驾驶模式下转向正常，仪表盘故障灯消失。如果问题得到解决，可以使用诊断工具来清除故障码。如果故障仍然存在，则进一步分析原因并重复执行以上步骤，直到问题被解决。转向助力失效故障现象：车辆在人工驾驶模式下转向无助力，导致转向不足，但在自动驾驶模式下正常。故障分析：车辆在人工驾驶模式下转向无助力，导致转向不足，但在自动驾驶模式下正常，可以排除EPS控制器输出端到转向助力电机故障，故障点应该在方向盘扭矩传感器与EPS控制器模块之间，如图8所示。图8：转向助力失效故障位置方向盘扭矩传感器与EPS控制器之间出现下列故障会引起人工驾驶模式转向助力失效：（1）扭矩传感器电源正极断路；（2）扭矩传感器电源负极断路；（3）扭矩传感器信号线断路；（4）扭矩传感器信号线对负极短路；（5）扭矩传感器内部故障。故障修复一般是以更换线束、线束插头、维修线束插头、维修针脚为主，如果是传感器故障需要更换传感器。方向盘扭矩传感器与EPS控制器之间故障诊断流程：（1）使用汽车故障诊断仪，读取转向系统的故障码，根据故障诊断仪的提示寻找故障。（2）根据故障诊断设备的测量结果，使用对应车型维修手册电路图查找故障点，然后进行维修或更换新零件。（3）修复故障后，转动方向盘应该有转向助力，仪表盘故障灯消失。如果问题得到解决，可以使用诊断工具来清除故障码。如果故障仍然存在，则进一步分析原因并重复执行以上步骤，直到问题被解决。自动驾驶模式无法转向故障现象：车辆在自动驾驶模式下无法转向，但在人工驾驶模式下正常。故障分析：车辆在自动驾驶模式下无法转向，但在人工驾驶模式下正常，可以排除转向盘输出端到EPS控制器输入端故障，如果VCU故障，人工驾驶模式下也是无法转向，因此故障点应该在VCU输出端与EPS控制器输入端之间，如图9所示。图9：自动驾驶无法转向故障位置VCU输出端与EPS控制器输入端之间出现下列故障会引起自动驾驶模式无法转向：（1）转向控制器CAN-H断路；（2）转向控制器CAN-L断路；（3）转向控制器CAN-H对负极短路；（4）转向控制器CAN-L对负极短路；（5）转向控制器CAN-H对正极短路；（6）转向控制器CAN-L对正极短路；（7）转向控制器CAN-H和CAN-L短路。故障修复一般是以更换线束、线束插头、维修线束插头、维修针脚为主。VCU输出端与EPS控制器故障诊断流程：（1）使用汽车故障诊断仪，读取转向系统的故障码，根据故障诊断仪的提示寻找故障。（2）根据故障诊断设备的测量结果，使用对应车型维修手册电路图查找故障点，然后进行维修或更换新零件。（3）修复故障后，自动驾驶模式转向正常，仪表盘故障灯消失。如果问题得到解决，可以使用诊断工具来清除故障码。如果故障仍然存在，则进一步分析原因并重复执行以上步骤，直到问题被解决。自动驾驶模式无法转向，人工驾驶无转向助力故障现象：车辆在自动驾驶模式下无法转向；在人工驾驶模式下转向无助力，导致转向不足。故障分析：车辆在自动驾驶模式下无法转向；在人工驾驶模式下转向无助力，导致转向不足，可以排除转向盘输出端到EPS控制器输入端故障，如果VCU故障，车辆也启动不了，因此故障点应该在EPS控制器，如图10所示。图10：自动驾驶模式无法转向，人工驾驶无转向助力故障位置EPS控制器出现下列故障会引起自动驾驶模式无法转向，人工驾驶无转向主力：（1）转向控制器电源正极断路；（2）转向控制器电源负极断路；（3）转向控制器点火信号线断路；（4）转向控制器内部故障。故障修复一般是以更换线束、线束插头、维修线束插头、维修针脚为主，如果是硬件故障需要更换EPS控制器。EPS控制器故障诊断流程：（1）使用汽车故障诊断仪，读取转向系统的故障码，根据故障诊断仪的提示寻找故障。（2）根据故障诊断设备的测量结果，使用对应车型维修手册电路图查找故障点，然后进行维修或更换新零件。（3）修复故障后，转动方向盘应该有转向助力，仪表盘故障灯消失。如果问题得到解决，可以使用诊断工具来清除故障码。如果故障仍然存在，则进一步分析原因并重复执行以上步骤，直到问题被解决。EPS控制器针脚定义转向电机针脚【提问】转向电机供电电压是多少？转向电机针脚如图11所示，针脚定义如表4所示。图11：转向电机针脚位置表4转向电机针脚定义EPS控制单元电源针脚【提问】EPS控制单元供电电压是多少？EPS控制单元电源针脚如图12所示，针脚定义如表5所示。图12：EPS控制单元电源针脚位置表5EPS控制单元电源针脚定义扭矩传感器针脚【提问】扭矩传感器供电电压是多少？扭矩传感器针脚如图13所示，针脚定义如表6所示。图13：扭矩传感器针脚位置表6扭矩传感器针脚定义方向盘角度传感器针脚【提问】方向盘角度传感器供电电压是多少？方向盘角度传感器针脚如图14所示，针脚定义如表7所示。图14：方向盘角度传感器针脚位置表7方向盘角度传感器针脚定义EPS控制器信号针脚【提问】请找出EPS控制器信号线？EPS控制器信号针脚如图15所示，针脚定义如表8所示。图15：EPS控制器信号针脚位置表8EPS控制器信号针脚定义（三）任务实施1线控转向系统的故障诊断与排除流程【引导】线控转向系统的故障诊断与排除流程（内容大致如表9所示），引导学生根据故障诊断流程分组讨论，制定工作计划表9线控转向系统的故障诊断与排除流程序号工作步骤需要的工具需要注意的安全、环保事项预计用时1准备工作

佩戴合适的防护用品2min2确认故障现象

查看故障现象3min3通过测量确认故障点万用表测量前进行万用表自检15min4故障分析结合电路图分析8min4故障修复5min5整理清洁

对换下的损坏部件进行正确地分类回收10min本课程共有三个实训任务，分别是EPS控制器故障诊断与排除、角度传感器故障诊断与排除、扭矩传感器故障诊断与排除，流程如图16所示。图16：线控转向系统的故障诊断与排除流程图2设备物料介绍【提示】结合实物讲解设备包括智能网联汽车底盘线控实训系统（下文简称底盘线控实训系统），如图17所示；工具及防护包括数字万用表、清洁抹布、安全帽、和工作手套等，如图18所示。图17：智能网联汽车底盘线控实训系统图18：工具介绍3准备工作【提问】同学们知道数字万用表怎么检查吗？3.1安全防护检查并穿戴工作手套和安全帽。3.2设备检查（1）检查智能网联汽车底盘线控实训系统万向轮是否已锁止，确保万向轮处于锁止状态。（2）检查底盘线控实训系统上应整洁无杂物；（3）底盘线控实训系统上测试孔应无损坏，变形或锈蚀；（4）底盘线控实训系统电源线针孔无损坏，变形或锈蚀；3.3数字万用表的检查（1）打开数字万用表，检查电量是否足够；（2）将档位调至蜂鸣档，短接红黑表笔，检查数字万用表是否正常，如图19所示。图19：短接红黑表笔3.4打开底盘线控实训系统（1）外观结构完整，表面不应有破损、变形、裂痕等问题，如图20所示；（2）连接针脚无损坏、变形或生锈。图20：底盘线控实训系统电源线检查（3）连接电源线，打开智能网联汽车底盘线控实训系统；（4）启动点火开关，检查换挡旋钮的档位是否处于N档，如图21所示。图21：应用实训台检查4线控转向系统的故障诊断与排除【咨询】询问学生操作过程中遇到的问题，收集问题4.1EPS控制器故障诊断与排除老师先设置故障（设故步骤：打开底盘线控实训系统实训台上位机软件→故障诊断→故障设置，如图22所示），可以设备转向的CAN-H断路，CAN-L断路，或者同时断路，如图23所示。图22：故障设置流程图22：故障设置选项4.1.1确认故障现象（1）单击软件上“标定”选项，然后方向盘转到零位，进行“零位”标定，再设置速度，操作如图23所示。图23：底盘标定（2）单击软件上“线控底盘”选项，选择正确的波特率“500K”→然后开启设备→使用仿真→自动驾驶，操作如图24所示。图24：启动自动驾驶（3）自动驾驶模式下，车辆不能正常转向（直接冲出马路，跨越实线），人工正常转向，如图25所示。图25：确认故障现象4.1.2读取CAN报文（1）打开使用USB_CANTOOL软件，如图26所示，然后单击“设备操作”→“启动设备”，默认打开CAN数据（如果打不开，有可能就是被线控底盘上位机软件占用了，可以停止上位机软件的设备）。（2）读取底盘CAN报文，报文出现异常，如图27所示。图26：USB_CANTOOL软件图27：线控底盘CAN报文（异常）4.1.3分析CAN报文（1）根据报文ID，查找协议（数据分析课程有说明ID），三个异常ID都属于转向系统的。（2）数据一直不更新（灰色状态），初步怀疑是CAN线断路故障，正常报文的数据一直更新（黑色状态），如图28所示。图28：线控底盘CAN报文（异常）4.1.4故障诊断（1）打开数字万用表并校准。（2）使用蜂鸣档测量EPS控制器CAN-H线通断情况，万用表上显示为于断路，如图29所示。（3）测量CAN-L线通断情况，正常，如图30所示。（4）可以判断为EPS控制器CAN-H存在断路，导致线控转向系统故障，报文异常。图29：CAN-H断路图30：CAN-L正常4.1.5故障排除与确认（1）修复故障，再次测量CAN-H通断，显示为接通状态，如图31所示。（2）再次读取底盘CAN报文，报文正常，仿真场景中自动驾驶模式转向正常，说明故障已排除。图31：CAN-H正常4.2角度传感器故障诊断与排除操作前，老师先设置故障，将转向角度传感器负极断开，如图32所示，故障设置完成后，让学生在仿真设备上测量。图32：角度传感器故障设置4.2.1确认故障现象车辆在自动驾驶模式下转向时往一边打死，导致转向过度撞上马路牙子，但在人工驾驶模式下正常，如图33所示。图33：角度传感器故障现象4.2.2故障诊断（1）使用仿真设备上的万用表测量角度传感器供电为0V，不正常，如图34所示。图34：角度传感器供电异常测量角度传感器主转角信号与负极电阻为∞，显示为断路，不正常，如图35所示。图35：角度传感器主转角信号与负极之间断路（3）测量角度传感器副转角信号与负极电阻为∞，显示为断路，不正常，如图36所示。（4）因为人工转向正常，说明信号是正常的，因此可以判断为角度传感器负极断路。图36：角度传感器副转角信号与负极之间断路4.2.3故障排除与确认（1）修复故障（故障点为角度传感器负极断路），再次测量角度传感器供电，万用表上显示为12V，正常，如图37所示。图37：角度传感器供电正常（2）测量角度传感器主转角信号与负极电阻，万用表上显示为0Ω，正常，如图38所示。图38：角度传感器主转角信号与负极之间电阻正常（3）测量角度传感器副转角信号与负极电阻，万用表上显示为0Ω，正常，如图39所示。（4）重新启动设备，仿真场景中自动驾驶模式转向正常，说明故障已排除。 图39：角度传感器副转角信号与负极之间电阻正常4.3扭矩传感器故障诊断与排除操作前，老师先设置故障，将扭矩传感器负极断开，如图40所示，故障设置完成后，让学生在仿真设备上测量。图40：角度传感器故障设置4.3.1确认故障现象车辆在人工驾驶模式下转向无助力，导致转向不足，如图41所示，但在自动驾驶模式下正常。图41：人工驾驶模式转向无助力4.3.2故障诊断（1）测量扭矩传感器供电为0V，不正常，如图42所示。图42：扭矩传感器供电异常（2）测量扭矩传感器扭矩信号1与负极电阻为∞，断路，不正常，如图43所示。图43：扭矩传感器扭矩信号1与负极之间断路（3）测量扭矩传感器扭矩信号2与负极电阻为∞，断路，不正常，如图44所示。（4）因为自动驾驶模式转向正常，说明信号是正常的，因此可以判断为扭矩传感器负极断路。图44：扭矩传感器扭矩信号2与负极之间断路4.3.3故障排除与确认（1）修复故障（故障点为扭矩传感器负极断路），再次测量扭矩传感器供电为12V，正常，如图45所示。图45：扭矩传感器供电正常（2）测量扭矩传感器扭矩信号1与负极电阻为0Ω，正常，如图46所示。图46：扭矩感器扭矩信号1与负极之间线束正常测量扭矩传感器扭矩信号2与负极电阻为0Ω，正常，如图47所示。（4）重新启动设备，人工驾驶场景中转向助力正常，说明故障已排除。图47：扭矩感器扭矩信号2与负极之间线束正常5整洁与清理1.关闭点火开关。2.关闭智能网联汽车底盘线控实训系统电源开关并拔出电源线。3.清洁智能网联汽车底盘线控实训系统和工作台。4.卸下安全防护用品。（四）任务考核【提示】教师监督学生完成任务考核在下表中写出线控转向系统测试孔名称电路图测试孔说明针脚功能1助力转向电机正极输入端（12+）2助力转向电机负极（接地）3EPS控制单元电源输入端（12V+）4EPS控制单元电源负极输入端（接地）5扭矩传感器转矩信号16扭矩传感器转矩信号27扭矩传感器接地8扭矩传感器5V+9方向盘角度传感器主角度信号10方向盘角度传感器副角度信号11方向盘角度传感器接地12方向盘角度传感器5V+13EPS控制器CAN-H18EPS控制器CAN-L（五）思政内容[利氪科技]-聚焦新能源汽车和自动驾驶关键领域的产品研发，致力于向车企和产业伙伴提供安全，高效，智能的完整底盘线控解决方案2022年11月18日，由盖世汽车主办，上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导，上海南虹桥投资开发（集团）有限公司协办的2022第二届汽车智能底盘大会上，利氪科技合伙人&副总裁文亮介绍道：利氪科技瞄准线控制动产品领域，致力于向车企和产业伙伴提供完整的线控底盘解决方案。线控底盘的转向、制动和驱动对安全冗余和横纵向控制有着更高要求。在高阶的自动驾驶上怎么把冗余做得更好，系统之间如何互相进行冗余备份，是利氪科技在线控底盘领域积极思考的问题。利氪的第一款产品是业内首发量产的液压解耦电子制动系统DHBTw