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丰田卡罗拉轿车转向困难故障分析罗锡亮【摘要】本文主要介绍一部2012款卡罗拉电动转向系统（EPS）的构造，工作原理，分析该车出现转向困难，组合仪表上P/S警告灯亮起故障的原因，并提出解决故障的方法。
%This paper describes a 2012 Corolla electric power steering system (EPS) of the structure, working principle, analyze the car steering difficulties arise, the combination meter P/S warning light on the reasons for failure and propose solutions to the fault.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】2页(P13-14)【关键词】卡罗拉;EPS结构;转向困难;P/S故障灯;零点校正【作者】罗锡亮【作者单位】广东省工业贸易技术学校，广东佛山 528237【正文语种】中文【中图分类】U463.4CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-13-02 随着汽车电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，液力转向系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能完全满足时代发展的要求。
电动转向系统EPS是汽车转向系统的发展方向。
目前很多新款的轿车都采用EPS系统，EPS系统直接由电机提供转向助力，省去了液力转向系统所必需的转向助力油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省燃油，又保护了环境。
一台2012款丰田卡罗拉轿车，使用2年，行使里程约4万公里，在打开点火开关时组合仪表上P/S警告灯亮起。
行车过程中出现转向困难，P/S警告灯一直亮起现象，严重影响了车辆转向的安全性和操纵性。
EPS电子助力转向系统结构一、产品简介制作要求：1、体现产品的自主研发，技术在国内处于领先2、拍摄时要声音、画面、字幕同步3、在整车上的安装位置EPS电动助力转向系统是机电一体化的产品，它由转向管柱、扭矩传感器、伺服电机、控制模块等组成。
目前在国内拥有完全的知识产权，并且产业化，它的面世和技术上的突破填补了国内汽车业的空白,做到了让技术进步真正服务到广大消费者。
二、工作原理介绍制作要求：1、体现产品的节能环保、安全性和舒适性2、声音、画面、字幕同步，最好能配上三维画面该系统的工作原理是：车辆启动后系统开始工作,当车速小于80km/h这些信号输送到控制模块，控制模块依据方向盘的转动力矩、转动方向和车速等数据向伺服电机发出控制指令，使伺服电机输出相应大小及方向的转动力矩以产生助动力，当不转向时，电控单元不向伺服电机发送扭矩信号，伺服电机的电流趋向于零。
因此，在直行驾驶而无需操作方向盘时，将不会消耗任何发动机的动力降低了燃油消耗。
本系统提供的转向助力与车速成成反比，当车速80km /h或以上时伺服电机的电流亦趋向于零,所以车速越高助力越小，因此无论在高速、低速行驶操作过程中汽车具有更高的稳定性，驾驶员自身保持均衡不变的转向力度。
三、各分总成的讲解a伺服电机（要求：同步指出各线的功能、以及在本系统工作时的作用，声音、画面、字幕要同步）b扭矩传感器：（要求：同步指出各线的功能、以及在本系统工作时的作用，声音、画面、字幕要同步）c控制模块：（要求：同步指出各插口处插针的功能、以及在本系统工作时的作用，声音、画面、字幕要同步）d管柱部分：（要求：指出总成件上各部分的名称、以及在本系统工作时的作用，声音、画面、字幕要同步）四、故障分析、判断与维修案例案例1 CK-1方向跑偏、故障描述:车辆在行驶过程中方向跑偏或者启动车后方向原地往一边跑检查步骤①首先检查两前轮轮胎气压是否标准,如果不一样先调整轮胎气压，试一试方向是否仍然跑偏，若仍然跑偏检查前束,如果异常,调整前束,再试一试方向是否仍然跑偏,如果仍然跑偏则进入步骤②②调整接触扭矩传感器，调整方法如下：让车辆保持正前方停在原地，把电源开关打到ON的位置这时用万用表分别测出扭矩传感器上的绿色线和白色线、绿色线和黑色线之间的电压是否分别均为2.5V,如果两组数值相差较大, 拆下扭矩传感器的防尘罩,松动固定扭矩传感器螺丝转动扭矩传感器,这时会看到万用表上的电压值在变化，进而调整电压使两组电压值均为2.5V,然后再试车若仍然跑偏此时再更换一个新的总成则此故障排除.注：此调整方法适用于所有装有电动助力装置的吉利系列车型！案例2.方向盘发抖、故障描述:车启动后打方向时感觉方向盘发抖；处理方法；①更换一个电机、检查是否是由于电机与蜗杆配合不当引起。
汽车电子助力转向EPS系统检测与诊断汽車电子助力转向系统（EPS）是一种新的系统，文章主要对汽车电子转向系统类型进行介绍，并且阐述了汽车电子助力转向系统出现故障时的检测诊断过程。
标签：电子转向；控制系统；检测与诊断电子控制动力转向系统（Electronic Control Power Steerlng，简称EPS或ECPS）是根据转向、车速等外界信号对转向助力实现控制，在不同的行驶条件下使电子控制转向系统都达到最恰当的放大倍率：在低速时放大倍率比较大，从而减少转向操纵力，使转向灵活、轻便；在高速时放大倍率适当减小，以稳定转向手感，高速行驶的操纵稳定性得到增加。
动力转向系统是在驾驶员的控制下，实现车轮转向是借助于发动机产生的液压力或电动机驱动力，因此动力转向系统也称为转向动力放大装置。
1 汽车电子助力转向系统类型电子控制动力转向系统主要包括转向助力系统、电子控制系统和机械转向机构三部分。
根据转向动力源不同有电动式电子控制动力转向系统和液压式电子控制动力转向系统两种。
1.1 电动式电子控制动力转向系统是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电动机作为动力源，根据转向参数和车速等信号电子控制单元控制电动机转矩的大小和转动方向。
电动式EPS一般是由机械转向器、电子控制单元、减速器、电动机、转矩传感器以及畜电池电源所构成。
电动式EPS按照其转向助力机构结构与位置的不同，又可分为三种形式：转向器小齿轮助力式、转向轴助力式和齿条助力式。
1.2 液压式电子控制动力转向系统在传统的液压动力转向系统的基础上液压式EPS增加了控制液体流量的车速传感器、电子控制单元和电磁阀等。
液压式EPS根据检测到的车速信号电子控制单元控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足低速、高速时的转向助力要求。
液压式EPS根据其控制方式的不同又有三种：反作用力控制式、阀灵敏度控制式和流量控制式。
2 汽车电子转向系统的检测与故障诊断行驶15万公里的凌志轿车原地转向时转向盘明显沉重，转向时助力泵有吱吱的响声，并转向装置偶尔失效，高速转向时反而过渡灵敏，检查时发现故障警告灯点亮，变为常规转向机构，完全处于保险状态。
电动助力转向系统(EPS)EPS就是英文（Electric Power Steering）的缩写,即电动助力转向系统。
电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。
该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。
另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。
正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。
驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。
汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。
EPS系统在国内外的应用状况国外EPS的发展之路：因为微型轿车上狭小的发动机舱空间给液压助力转向系统的安装带来了很大的麻烦，而EPS元件比较少，重量轻，装配方便，比较适合在微型轿车上安装。
因此在国外，EPS系统首先是在微型轿车上发展起来的。
上世纪80年代初期，日本铃木公司首次在其Cervo轿车上安装了EPS系统，随后还应用在其Alto车上。
此后，EPS在日本得到迅速发展。
出于节能环保的考虑，欧、美等国的汽车公司也相继对EPS进行了开发和研究。
虽然比日本晚了10年时间，但是欧美国家的开发力度比较大，所选择的产品类型也有所不同。
日本起初选择了技术相对成熟的有刷电机。
有刷电机比较成熟，在汽车上的应用较广，比如雨刷、车窗等部分，稍做改进就适应了EPS的要求，因此研发周期较短，上世纪80年代末期就开始产业化，主要装配在微型车上。
而欧美则选择了难度较大的无刷电机，但是电子控制系统比较复杂，延长了研发周期。
丰田卡罗拉电动助力转向系统（EPS）一、功能
电动助力转向系统( EPS) 将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统,能显著改善汽车动
态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境污染等。
因此,该系统一经提出,就受到许多大汽车公司的重视,并进行开发和研究。
未来的转向系统中, EPS 将成为主流。
与其他转向系统相比,该系统的突出优势体现在: ①不转向时不消耗功率,与液压转向系统相比,可降低燃油消耗3 %～5 %; ②改善车辆操纵性能,助力大小可通过控制单元中的软件来控制,容易实现随车速等的变化而变化; ③结构
紧凑、重量轻;④工作噪音小; ⑤结构比液压转向系统简洁,无油泵、液压油、橡胶软管、油罐等; ⑥符合环保要求,车辆报废时,不需处理液压油、橡胶软管等,也无液压油的泄漏问题; ⑦安装简化(特别对于发动机后置和中置的车辆,可节省装配时间) 。
二、组成
1、卡罗拉EPS由以下部件构成(见下图) :
1) 转向扭矩传感器。
它通过检测弹性扭转杆因方向盘的扭矩所产生的变形角度来测量方向盘操纵力矩,并将其转变为电子信号并输出至EPS ECU ,ECU 据此决定对EPS马达提供多大的电压。
这是转向控制的重要信号。
2) 转向电机。
装于转向管柱的中部,是助力转向的动力来源。
3) 减速装置。
采取与电机转子内壳配套的循环滚珠式减速机构,将电动机传来的转速降低,获得更大的转动扭矩,以便足以驱动车轮转向。
4) 转角传感器。
向EPS ECU 反馈转向助力电机的转角大小和转向,便于EPS ECU 对整个转向过程进行准确控制。
5) 齿条轴的外壳。
6) 左右横拉杆。
7) EPS ECU 。
2.转向扭矩传感器的结构与工作原理
转向扭矩传感器包括分相器单元1 与分相器单元2 两部分,分别安装在方向盘的输入轴和转向小齿轮的输出轴上(见图2 、3) 。
图2 卡罗拉转向扭矩传感器装配图
图3 卡罗拉转向扭矩传感器的分解图
1)转子部分由上下两层构成,均装有转矩传感器线圈。
输入轴和输出轴由一根细金属销刚性连接成一体,转子轴上方有连接用的销孔(如图3 所示) 。
输入轴由汽车方向盘直接驱动,再通过金属销、弹性扭转杆的传递来驱动输出轴;输出轴小齿轮推动齿条平移,驱动转向轮向左或向右转向。
2) 定子部分也有上下两层线圈,分别对应转子的上下部分。
定子线圈有2 种,分别是励磁线圈和检测线圈。
励磁线圈对转子部分的线圈通过电磁感应起励磁作用;检测线圈用于检测输入、输出轴的上下转角差(转向转矩) ,向EPS ECU 输送电信号,这个电信号是定子线圈上两列正弦波的相位差(如图4 所示) ,反映此时转矩传感器检测到的转矩大小。
相位差越大,转矩越大。
图4 检测线圈的相位差
3.转角传感器的结构与工作原理
丰田卡罗拉转角传感器属于电磁感应式传感器,它及时将转向电机的转向及转向角度信号反馈给EPS ECU ,形成一个闭环控制。
这个传感器转子为凸台式,转子与助力电动机转子连成一体,由图5可见转角传感器的结构与感应凸台。
转向传感器的定子线圈呈圆环状(图5 中的转角传感器) ,装在助力电动机定子线圈端面,感应凸台随助力电动机转子的转动,通过电磁感应原理,检测出助力电动机转子的转角。
4.助力电动机的电源
由于目前汽车蓄电池的电压只有12 V ,助力电动机的功率非常有限。
为了提高转向助力的力矩,丰田卡罗拉助力电机的电源为27～34 V 的三相交流电压。
其EPS EUC 中还专门设置有提升电压的逆变器和电感储能线圈,由类似三相桥式、能将蓄电池的电压转为27～34 V 的电路完成。
驾驶员操纵方向盘时,助力电动机会根据转向阻力大小自动输出27～34 V 的可变电压。
三、工作原理
EPS是由EPS ECU 控制转向电机工作来实现助力的转向系统。
驾驶员打方向时,方向盘通过传动轴的花键毂带动转向主轴(输入轴) ,转向主轴再通过金属销带动弹性扭转杆;弹性扭转杆下端是小齿轮(输出轴) ,小齿轮与转向齿条啮合产生动力输出,驱动车轮向左或向右偏摆而实现转向。
与此同时,助力的过程也在进行,由于弹性扭转杆比较细长,受到来自转向主轴的扭矩时,很容易产生扭转变形,因此,输入轴与输出轴之间产生上下转角差,扭矩越大转角差越大;转矩传感器检测转角差大小并转化为电信号输给EPS ECU ; EPS ECU 根据转矩大小输出不同驱动电压,以驱动转向助力电动机产生助力,转矩越大输出的驱动电压越高,驱动电压在27～34 V 变化。
但当驾驶员未打方向或车辆直线行驶时,助力电动机不运转,此时助力电动机的电压为零。
转向助力电动机的电流由EPS ECU 控制,随车速变化而变化, EPS ECU 根据转向力矩值及车速大小计算所需输出电流并控制马达运转。
由图
6可见,车速越高,转向助力电机的电流越小;车速越低,转向助力电机的电流越大。
因此,转向助力的大小由两个因素决定,即方向盘输入扭矩与车辆的行驶速度。
电动助力系统的控制:当车辆速度低时,转向沉重,这时需要
大的助力。
由于车速低, EPS ECU供给助力电动机大的电流;另一方面方向盘沉重,弹性扭转杆变形大,转角差大, EPS ECU 供给助力电动机高的电压,因此,助力电动机提供大的助力。
车速高时,转向轻便,这时需要小的助力,增加驾驶员转向的路感。
由于车速高, EPS ECU 供给助力电动机小的电流;另一方面方向盘轻便,弹性扭转杆变形小,转角差小, EPS ECU 供给助力电动机低的电压,因此,助力电动机提供小的助力。
通过电动助力,达到理想的转向控制。
从图6 虚线部分可以看出, 转向力矩曲线不是单一的。
转向助力输出电流一定时,对应不同曲线得到不同的转向力矩,这因为驱动电压不是固定的,它随方向盘转向力矩变化而变化;同样,转
向力矩一定时,对应不同曲线得到不同的转向助力输出电流,原因
是驱动电压因素在起作用。
转向助力电动机动力传给转向齿条的原理:由图7 可见,转向助力电动机的转子是空心的,它通过滚珠与齿条轴相啮合。
当转向助力电动机转动时,它的转子只能左右转动,而不能轴向移动,因此,转向助力电动机转动时驱动滚珠迫
使齿条轴向左或向右移动。
在这个过程中,循环滚珠式减速机构起到减速增扭的作用,将转向助力电动机传来的速度减慢、转动扭矩放大。
所以转向轮上最终得到的转向力矩是驾驶员转向力矩和转向电动助力之和(车辆低速时,后者远大于前者) ,转角传感器反馈转向助力电动机转子转角的大小与转向方向,以便EPS ECU 对转向控制作及时修正。
当方向盘保持在某一转向位置时,由于不再打方向,车轮要克服的路面转向阻力消失,弹性扭转杆被释放,在弹力作用下慢慢恢复,弹性扭转杆上下不再存在转角差,ECU
不再提供转向助力。
车辆保持在转向位置是靠驾驶员把住方向盘来维持的。
图7 卡罗拉EPS转向齿轮单元的结构
四、检测与维修方法
1．扭矩传感器电路检测
（a）电路图如图所示。
（b）将点火开关置于ON（IG）位置。
（c）根据表1的值测量电压。
2．三相无刷电动机电路检测（a）电路图如图所示。
（b)从助力转向ECU上断开连接器。
（c）根据表2的值测量电阻。
3.电动助力转向系统初始化和校准
有下列情形的需执行EPS系统的初始化和校准：1．更换转向柱总成；
2．更换EPS ECU；
3．左、右转向助力有差异；
具体操作步骤如表3。
五、注意事项
动力转向系统各总成机件在出厂前均调整合适，用户不得随意拆卸。
但若在使用中出现转向沉重故障，经检查确由动力转向系统造成而必须拆卸时，应注意如下几点：①要遵守操作规程，按各车型维护手册规定的方法拆装。
拆装时要认真细致，不
能碰伤、划伤零件的工作表面。
( 要保护好密封件，如0形与矩形橡胶密封圈、油封、减磨护圈等。
必要时要用专用工具拆装。
特别是橡胶密封圈不允许划伤和挤伤工作表面，否则将影响密封效果。
③管路、油泵、动力缸、分配阀等液压机件拆卸后，必须用专用堵塞(橡胶的、塑料的或木质的)及时将各油孔堵住，以免泥沙、铁屑等进入工作表面。
( 装配液压机件时，应特别注意清洁，不允许金属屑、泥沙、纱头等落入配合表面。
条件许可时，最好在有防尘设备的工作间进行装配。
装配前，应用煤油仔细清洗，然后用压缩空气吹净，并涂上工作油液。
( 转向油泵、动力缸装好后。
要先在试验台上进行试验。
然后再装车。
试验要求是：转向油泵输出油液的流量和压力必须符合规定．动力缸应无内、外部泄漏，活塞杆应移动平稳无跳动现象。
( 各液压机件(如分配阀)在调试合格或清洗后装配时，也必须用专用堵塞随
时将各油孔堵住，以防尘土进入。
不允许用棉纱堵塞油孔．更不允许不堵油孔而随意放置。
