汽车底盘电控技术课件 模块5 汽车转向控制系统检修

模块1汽车底盘电控技术认知模块2电控液力自动变速器检修模块4汽车车辆稳定控制系统检修

汽

车

底盘电控系统检修Contents模块5汽车转向控制系统检修模块6汽车电控悬架系统检修模块7汽车驾驶辅助系统认知模块3双离合器变速器和无级变速器模块8汽车底盘线控系统认知模块5 汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.1汽车电控助力转向系统概述

目前电子控制助力转向系可分为液压式电控助力转向系统和电动式电控助力转向系统两类。液压式电控助力转向系统使用较少，使用比较广泛的是电动式电控助力转向系统。图5-1液压式电控动力转向系统模块5 汽车转向控制系统检修（a）转向轴助力式（b）主动齿轮助力式图5-2电动式电控动力转向系统任务5.1汽车电控助力转向系统检修模块5 汽车转向控制系统检修图5-3液压式电控动力转向系统组成示意图5.1.2液压式电控动力转向系统的组成和原理5.1.2.1液压式电控动力转向系统的组成

液压式电控助力转向系统由转向控制单元ECU、转向助力电动机、助力油泵、转向力矩传感器、转向角度传感器、车速传感器和液压油储油罐等组成。任务5.1汽车电控助力转向系统检修模块5

汽车转向控制系统检修5.1.2液压式电控动力转向系统的组成和原理5.1.2.2液压式电控动力转向系统的工作原理

液压式电控助力转向系统检测外部相关输入信号，如发动机ECU提供的发动机转速、ABS控制单元提供的车速信息、转向角度信息、转向力矩信息等，转向控制单元ECU根据车速、方向盘转角等信息，计算出合适的助力大小和方向。它通过调节电动机的电流或电压，控制电动助力泵的输出压力，从而提供合适的助力。汽车加速时将降低电机转速，并减小转向助力程度，这样便可以得到较好的驾驶路感，且转向系统以节能模式运行。当转向角速度较快时，提高泵转速，以提供所需的流量。在低速时，电动机产生的助力较大，以增强转向性能；在高速时，电动机产生的助力较小，以保证稳定性。任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.3

电动式电控助力转向系统组成和原理5.1.3.1电动式电控助力转向系统类型图5-4电动助力转向系统的类型模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修（a）转向轴助力式（b）主动齿轮助力式图5-2电动式电控动力转向系统模块5

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电控助力转向系统组成和原理5.1.3.2电控动力转向系统的组成

电动式电控助力转向系统基本由三大部分构成：信号传感器（包括转向力矩传感器、转向角度传感器和车速传感器等）、转向执行器（转向助力电机、电磁离合器、减速机构等）以及转向系统控制单元ECU等，如图5-5所示。图5-5电动式助力转向系统组成模块5

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电控助力转向系统组成和原理

①转向力矩传感器（转矩传感器）

传感器检测到扭转杆扭转变形，将其转变为电子信号并输出至EPSECU。

按照内部结构分类可分为接触式传感器（已淘汰）和非接触式传感器两类。

非接触式转矩传感器的优点是体积小、精度高，缺点是成本较高，主要有磁感应式、霍尔式两种。图5-6转向扭矩传感器安装位置模块5

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电控助力转向系统组成和原理

磁感应式转矩传感器：

当扭矩作用在扭转轴上时，两个感应电压U1和U2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样，传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号，ECU根据这2个信号控制助力的大小，同时检测传感器故障。

该传感器的原理相当于一个电位计，扭矩传感器有4根线，见图5-18所示。图5-7磁感应式扭矩传感器模块5

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电控助力转向系统组成和原理

当扭矩作用在扭转轴上时，两个感应电压U1和U2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样，传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号，ECU根据这2个信号控制助力的大小，同时检测传感器故障。

该传感器的原理相当于一个电位计，扭矩传感器有4根线，见图5-18所示。当车辆直线行驶且驾驶员没有转动转向盘，其输出特性，当转向盘处于中间位置时，转矩传感器的扭矩信号1和扭矩信号2的输出电压均为2.5V；则此时ECU会检测输出的规定电压，指示转向的自由位置。图5-18新能源汽车EPS系统控制电路模块5

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电控助力转向系统组成和原理图5-8转矩传感器接线图模块5

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电控助力转向系统组成和原理

霍尔式转矩传感器是通过霍尔效应在导体的两端产生电势差。磁通的变化经过霍尔IC转换为相应的电压变化，从而测量出相应的扭矩大小和方向。

当转向盘处于中间位置时，中位电压2.50V。当转向盘向右旋转时或向左旋转时，传感器的输出电压是被ECU控制器进行采集的，而ECU通过计算传感器的电压信号，得知驾驶员转动方向盘扭矩的大小。图5-8霍尔式转向力矩传感器结构模块5

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电控助力转向系统组成和原理

霍尔式转矩传感器

②转向角度传感器图5-10转向角度传感器组成示意图图5-9霍尔式转向力矩传感器工作原理模块5

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电控助力转向系统组成和原理

转向角度传感器（简称转角传感器）将转向的角度信息（角度大小和转向的速度）传递给转向控制单元。转向角度传感器有光电式、磁电式等类型，应用范围比较广的是光电式转角传感器，现在汽车发展趋势倾向于将转矩传感器和转角传感器集成化，图5-11转向角度传感器工作原理模块5

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电控助力转向系统组成和原理

光电式转向角度传感器早期也采用另一种大同小异的结构，如图5-12（a）所示，电路原理如图5-12（b）所示。

在转向轴上装一个带等距孔环的圆盘形成遮光盘，遮光盘的两面分别有两个发光二极管和两个光敏三极管，组成两组光电耦合器。（a）光电式转角传感器结构原理

（b）光电式转角传感器的电路原理图图5-12光电式转角传感器的结构及电路原理图模块5

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电控助力转向系统组成和原理图5-12光电式转角传感器的安装位置与结构图1、2-转角传感器6-光电元件4-遮光盘5-转向轴6、7-传感器带孔圆盘模块5

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电控助力转向系统组成和原理（a）光电式转角传感器结构原理

（b）光电式转角传感器的电路原理图图5-13光电式转角传感器的结构及电路原理图模块5

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电控助力转向系统组成和原理

（2）执行器

①转向助力电机：现在EPS的转向助力电动机大都是是无刷异步直流电动机，如图5-13所示。图5-13转向助力电动机的结构模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.3

电控助力转向系统组成和原理②电磁离合器

电磁离合器在电动助力转向系统中作为连接和切断助力系统的装置，其主要作用是实现电动机与助力转向系统的机械接合和分离功能。

在电磁离合器工作时，通过激磁电流产生的磁场，吸引线圈中的铁芯，从而将输入轴和输出轴之间实现机械连接或分离，结构如图5-14所示。图5-15电磁离合器结构模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.3

电控助力转向系统组成和原理③减速机构

电动机的转动会先传到减速机构，以增大扭力，主要有滚珠丝杆式减速机构和蜗轮蜗杆减速机构、行星齿轮机构三种。如图5-15所示为蜗轮蜗杆减速机构，电动机提供的转向助力通过蜗轮蜗杆减速机构放大作用于转向柱，辅助驾驶员进行转向动作。图5-16蜗轮蜗杆减速机构模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.3

电控助力转向系统组成和原理图5-17EPSECU的电路模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修图5-18电动助力转向系统工作原理5.1.3

电控助力转向系统组成和原理

EPS控制系统获取各传感器（转向角传感器，转矩传感器、车速传感器等）的信号，控制电动机扭矩的大小和方向，如图5-17所示。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入到EPSECU。EPSECU根据这些输入信号来确定助力转矩的大小和方向，实时控制电动机的旋转方向和助力电流的大小，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，以提供不同的助力效果。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.4电控助力转向系统电路

北汽新能源汽车的电动助力转向系统控制电路如图5-18所示，其中驱动电机为2根控制线，扭矩传感器获得方向盘上操作力大小和方向信号，并把它们转换为电信号，传递到EPSECU，共有4根线，分别为传感器电源线5V，接地线，传感器主路信号线，传感器辅路信号线。图5-19新能源汽车EPS系统控制电路模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.4电控助力转向系统电路

北汽新能源汽车电控助力转向系统控制原理：

（1）当整车处于停车下电状态，EPS不工作（EPSECU不进行自检、不与VCU通讯、EPS驱动电机不工作）；当钥匙开关处于ON档，ON档继电器吸合后EPSECU开始工作。

（2）EPSECU正常工作时，EPSECU根据接收来自VCU的车速信号、唤醒信号及来自扭矩传感器的扭矩信号和EPS助力电机的马达位置、马达转速、马达转子位置、电流、电压信号等进行综合判断，以控制EPS助力电机的扭矩、转速和方向。

（3）EPSECU在上电200ms内完成自检，上电200ms后可以与CAN线交互信息，上电300ms后输出470帧，上电1200ms后输出471帧（版本信息帧）。

（4）当EPSECU检测到故障时，通过CAN总线向VCU发送故障信息，并采取相应的处理措施。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.4电控助力转向系统电路

比亚迪秦EPS系统电路原理如图5-19所示，其中转矩传感器和转角传感器集成一体，共6根线，其中电源线为VO，TQ1、TQ2分别是扭矩信号1和扭矩信号2，GND为搭铁线，ANG1、ANG2分别为角度信号线1和角度信号线2。图5-20比亚迪秦EPS系统电路原理图模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.4电控助力转向系统电路

图5-20所示为小鹏G3的电动助力转向系统电路图。当驾驶员操纵车辆需要转向时，30常电经过熔丝EF1，给电动助力转向控制器（即EPSECU）提供电源，同时点火信号IG1经过熔丝IF3给电动助力转向控制器提供信号。此时驾驶员转动方向盘，电机以及扭矩传感器（即转矩传感器）便能接收相应的信号，同时车辆便能根据驾驶员的意图做出相应的转向操作。图5-20小鹏G3电控助力转向系统电路图模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.5电控助力转向系统检修

EPS是现代汽车中的重要组成部分，它通过电子控制单元（ECU）和传感器监测驾驶员的转向输入，提供辅助转向力，使驾驶更加轻松和安全。然而，当EPS系统发生故障时，驾驶员可能会面临转向困难、转向力变重或变轻等问题，这不仅影响驾驶体验，还可能带来安全隐患。

EPS系统需要稳定的电源供应，如果车辆电池电量不足或电源线路出现短路等问题，就可能导致EPS故障。EPS系统依赖于多个传感器来检测驾驶员的转向输入和车辆运行状态，如果其中一个传感器损坏或失效，就会影响EPS系统的正常工作。ECU是控制EPS系统的大脑，如果ECU发生故障，就会导致EPS系统无法正常工作。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.5电控助力转向系统检修5.1.5.1EPS系统常见故障及原因分析

（1）方向盘沉重或转向困难

故障原因：助力电动机故障、电源问题或控制器损坏。

解决方法：检查助力电动机是否正常工作，确保电源连接稳固，若控制器损坏需更换。

（2）方向盘抖动或异响

故障原因：机械部分松动或磨损，助力电动机问题。

解决方法：检查方向盘和转向柱的连接部位，确认是否松动或磨损，必要时进行更换或紧固。模块5

汽车转向控制系统检修5.1.5电控助力转向系统检修5.1.5.1EPS系统常见故障及原因分析

（3）转向系统报警灯亮起

故障原因：传感器故障、控制器故障或线路问题。解决方法：使用诊断仪读取故障代码，针对性维修传感器或控制单元，检查线路连接是否正常。

（4）助力不足或失效

故障原因：电动机功率不足、传感器失灵或控制器问题。解决方法：检测电动机输出功率是否足够，检查传感器和控制单元的工作状态，必要时进行更换。模块5

汽车转向控制系统检修5.1.5.2排除EPS系统故障的基本检修方法

（1）检查电源供应：首先，确保车辆的电池电量充足，并检查电源线路是否正常。如果发现电源问题，及时修复或更换相应的部件。

（2）检查传感器：检查EPS系统中的传感器是否正常工作，包括转向角度传感器、转向扭矩传感器等。如果发现传感器故障，需要及时更换损坏的传感器。比如检查整车CAN网络是否有车速信号输出，车速信号是否为有效值；检测接插件是否退针；检查传感器接插件及线束是否松动，是否导通；检查EPS电机线束是否松动等等。

（3）检查ECU：如果经过以上步骤后EPS系统仍然无法正常工作，可能是ECU出现故障。建议将车辆送至专业的汽车维修店进行诊断和修复。

（4）软件升级：有些EPS故障可能是由于软件问题引起的。在一些情况下，更新或升级EPS系统的软件版本可能能够解决问题。可以咨询车辆制造商或授权维修中心获取相关软件升级信息。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.5.2排除EPS系统故障的基本检修方法（5）转向角度传感器检修（6）拆装/更换系统元件和后续工作模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修5.1.5.3汽车EPS灯亮的原因分析及解决方法

汽车EPS灯亮的原因主要有以下几种情况：

（1）车辆出现断电、亏电或更换电瓶的情况，这种情况导致EPS故障的原因是转向模块数据丢失了。

（2）转矩传感器损坏，传感器内部线圈损坏，也会导致EPS故障灯亮起。

（3）转向器总成内部进水、或线束插头腐蚀导致故障灯亮，汽车的转向器总成位于车辆底盘的下方，长时间的使用工作必然会沾有泥土灰尘，从而导致出现故障。

（4）ABS传感器损坏或脏污，这是常见的故障原因，主要是因为EPS系统在工作的时候会采集ABS的数据，如果传感器损坏，也就会间接导致EPS故障灯亮。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.1汽车电控助力转向系统检修任务5.2四轮转向系统5.2.1四轮转向系统

汽车四轮转向技术（Four-wheelSteering，缩写4WS）是一种通过控制车辆的前轮和后轮同时转向，进而改变车辆的转向性能和操控性能的主动转向技术。

四轮转向系统在汽车低速行驶时，依靠逆向转向（前、后车轮的转角方向相反），获得较小的转向半径，改善汽车的操纵性；在汽车中、高速行驶时，依靠同向转向（前、后车轮的转角方向相同），减小汽车的横摆运动，使汽车可以利用高速变换行进路线，提高转向时的操纵稳定性，如图5-21所示。图5-21四轮转向系统示意图模块5

汽车转向控制系统检修5.2.2电控电动式四轮转向系统5.2.2.1电控电动式四轮转向系统组成

典型电控电动式4WS系统主要由前后轮转向机构（前后轮转向执行器）、传感器（主、副后轮转角传感器、后轮转速传感器、车速传感器、主、副前轮转角传感器等）、电控单元（ECU）等组成，如下图5-22所示。图5-22电控式四轮转向系统的组成模块5

汽车转向控制系统检修任务5.2四轮转向系统5.2.2.2电控电动式四轮转向系统工作原理

四轮转向系统通常具有几种工作模式，根据驾驶条件和车速的不同，它可以在以下几种模式之间切换：

（1）同向转向（同向转向模式）：在低速行驶时，后轮会与前轮保持相同的转向方向，从而缩小车辆的转弯半径，提升操控性和机动性。

（2）逆向转向（逆向转向模式）：在高速行驶时，后轮会与前轮相反地转向，以提升车辆的稳定性和减少侧滑风险。

（3）独立转向（独立转向模式）：在特定驾驶情况下，后轮可以单独转向，例如在紧急避让情况下，后轮可以迅速改变车辆的方向。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.2四轮转向系统5.2.2.2电控电动式四轮转向系统工作原理

图5-23为电控式四轮转向系统工作原理，发动机工作时，如果转动转向盘，传感器（前轮转角、车速、横摆角速度传感器）将前轮转向的信号和汽车运动的信号送入ECU，ECU进行分析计算，通过内部预设的控制模式，确定后轮转角，向电动机输出驱动信号，电动机动作，通过后轮转向机构控制驱动后轮偏转，前轮的转向控制与上述的5.1.3内容EPS系统控制原理一致。同时ECU进行实时监视汽车状况，电控单元再根据后轮偏转机构中的主、辅偏转角传感器反馈信号，计算目标转向角与后轮实际转向角之间的差值，来实时调整后轮的转角，对后轮的偏转角进行修正以适应前轮转向。这样可以根据汽车的实际运动状态，实现汽车的四轮转向。图5-24电控式四轮转向系统工作原理模块5

汽车转向控制系统检修任务5.2四轮转向系统5.2.2.2电控电动式四轮转向系统工作原理

后轮转向电机的控制电路如图5-24所示，S1为前轴霍尔传感器信号端子，S2为后轴霍尔传感器信号端子，GND为四轮转向控制ECU接地线，IG为电源线，SP为车速传感器信号线，故障指示灯信号线LED，前轴转角传感器信号线W1，前轴转角传感器电源线G1，前轴转角传感器接地线GND，电机控制器控制线有两根分别为PWM-L和PWM-R。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.2四轮转向系统图5-24后轮转向电机的控制电路图5.2.2.2电控电动式四轮转向系统工作原理

后轮转向电机的控制电路如图5-24所示。模块5

汽车转向控制系统检修任务5.2四轮转向系统5.2.2.3奥迪汽车主动式四轮转向系统图5-25后轮转向系统结构组成

如图5-25所示为奥迪汽车主动式四轮转向系统，属于电控电动式四轮转向系统。

由调节元件