某車型啟動轉向無助力故障分析與解決

徐向軍，黃正午，姚佳

(1. 上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.比亞迪汽車工業有限公司，廣東 深圳 518118)

0 前言

汽車轉向系統對汽車的行車安全至關重要，汽車轉向系統零件一般都是安全件，也是《家用汽車產品三包主要零部件種類范圍及三包憑證》(GB/T 29632—2021)中重點關注的零件之一。

汽車轉向系統一般包括方向盤、電子轉向管柱、轉向中間軸、轉向器、左右轉向拉桿、轉向節和車輪。其中，電子轉向管柱中的控制器能支持在連續不同的車速狀態下輸出該工況需要的扭矩。與液壓轉向管柱相比，電子轉向管柱不需要發動機帶動轉向泵工作，可以有效降低汽車油耗，還能消除轉向泵帶來的噪聲，使用戶駕駛體驗更舒適。

1 電子轉向管柱的構造及原理

1.1 主要構造

齒條式電子轉向管柱主要由扭矩/角度傳感器、轉向電機、轉向控制器、蝸輪蝸桿組成，這些部件都集成在電動助力轉向總成中[1]。

角度傳感器位于方向盤下部，呈圓環狀，通過方向盤轉動切割磁感線的形式，實時監測方向盤的轉角變化，輸出不同的信號電壓到電機控制器，電機控制器再根據信號電壓綜合計算輸出對應的轉向扭矩。

轉向電機是電子轉向管柱的執行機構，能根據控制區的指令，代替人力驅動蝸輪蝸桿工作，從而帶動轉向器轉向。在受到外力磕碰時，轉向電機一般會發生異響、間歇性無助力等故障。轉向控制器是電子轉向管柱的“大腦”，其根據轉角、車速、轉速等關鍵信號的輸入，綜合計算給出指令，以指導轉向電機工作。

1.2 工作原理

駕駛員在轉動方向盤時，角度傳感器檢測到方向盤的轉角和駕駛員施加到方向盤的力，將其轉化為相應的信號電壓和電流輸送至轉向控制器，控制器參考角度傳感器輸入的信號電壓、方向盤轉角，以及防抱死制動系統(ABS)或車速傳感器輸入的車速信號數據，指導轉向電機驅動蝸輪蝸桿工作，帶動轉向器、轉向節、轉向拉桿、車輪等轉向系統部件工作。

2 故障現象

某款五菱車型進站反饋，啟動時轉向無助力，由于用戶所居住的地方距離4S店較遠，用戶多次進站，反復維修，更換了多個零部件后故障仍未排除，用戶反應強烈。服務站也陷入維修困境，急需支持解決問題。

3 轉向無助力故障原因分析

分析可能引起無助力的原因，主要包括以下6點：

(1) 電子轉向管柱未完成零位學習導致轉向功能異常。

(2) 轉向管柱系統控制電路問題。

(3) 轉向輪胎壓異常，車輛四輪定位不準。

(4) 轉向器、轉向管柱零件質量問題，如轉向器、轉向拉桿彎曲、進水生銹。

(5) 車速、轉速等關鍵性變量異常，導致電子轉向管柱控制器計算錯誤，從而輸出與實際不符的轉向輔助扭矩。

(6) 發動機轉速會影響電子轉向管柱的助力功能，如果轉速異常，會影響控制器輸出的轉向扭矩信號[2]。

針對可能引起轉向無助力的原因，進行故障排查，具體包括：

(1) 重新對電子轉向管柱進行零位學習，故障未排除。

(2) 檢查電子轉向管柱系統電路或者控制器外觀。排查線束，檢查車輛無改裝或加裝電器設備，排除加裝干擾。檢查電子轉向管柱負極、蓄電池搭鐵接地螺母無松脫；保險盒接線柱無燒蝕、松動；發電機勵磁對接發動機電子防盜系統(PIN)無退針。為徹底排除線束動態接觸不良的情況，更換了前部線束，故障依舊，故排除系統電路原因。診斷軟件檢查無故障碼，檢查控制器外觀無磕碰凹陷故障，電子轉向管柱中間“十字”定位符號未錯位，管柱軸向無伸縮，更換管柱故障未排除。

(3) 檢查轉向輪胎壓，結果表明轉向輪胎壓正常。四輪定位臺架檢查后發現數據在正常范圍內。

(4) 檢查轉向器、轉向拉桿、轉向節等機械零部件是否彎曲、生銹。若傳感器存在異常，會報對應故障。在不報故障碼的情況下，將考慮重點轉移到機械部件上，即轉向中間軸、轉向器、轉向拉桿和轉向節。指導服務站斷開電子轉向管柱左右搬動車輪，無明顯卡滯，拆開轉向器防塵套，齒條無生銹及彎曲變形[3]。

(5) 如果車速、轉速等關鍵性變量異常，電子轉向管柱在接收轉速、車速異常時，助力也會異常。從影響管柱的信號源入手，車速傳遞有2種模式：有ABS[1]模塊時，ABS提供車速給電子轉向管柱；沒有ABS模塊時，車速傳感器提供車速給電子轉向管柱。該車沒有車身控制模塊(BCM)，有ABS模塊，檢查ABS線束，保險無異常，調換ABS后，故障依舊，因此排除ABS異常。

根據方向盤扭矩，在相同車速下，轉向助力和方向盤扭矩呈線性關系，如圖1所示。在實車路試中，車輛正常行駛狀態下方向盤有正常助力，只是在原地啟動時方向盤無助力。由此可以排除車速故障干擾。

圖1 某車型車速與轉向助力扭矩圖

(6) 該車輛啟動時沒有助力，因此重新使用汽車診斷設備檢測電子轉向管柱的轉速數據流為0，與實際怠速700 r/min不符；電子轉向管柱接收轉速為0時默認車輛沒有啟動，不提供助力，也不會報故障，與故障表現相符。

4 解決措施

通過上述一系列故障原因的逐項排除，檢測到電子轉向控制器(EPS)的轉速數據流為0，在此找出了故障原因。再次測量電子轉向管柱連接線束電阻、電壓無異常，線束已經更換且沒有退針情況，如圖2所示。

圖2 電子轉向管柱數據流圖

通過電路圖分析，電子轉向管柱線束1號針腳接收轉速輸入信號，發動機控制模塊(ECU)先將轉速發給儀表，儀表再通過1號針腳發給電子轉向管柱[1]。儀表和發動機信號都會影響電子轉向管柱的轉速信號接收，導致輸出的轉向助力異常，如圖3所示。

圖3 電子轉向管柱轉速信號電路圖

根據上述原理分析，首先調換ECU，故障依舊，故障部位指向儀表。儀表的轉速為6號針腳，通過X208插件接到電子轉向管柱的1號針腳，從而輸入車速信號。因此，判斷儀表故障可能性較大，更換儀表后故障排除。

5 結語

駕駛員在轉動方向盤時，角度傳感器檢測到轉向盤的轉角和駕駛員轉向力的大小，轉化為對應的信號電壓傳遞到轉向控制器，轉向控制器根據轉矩傳感器檢測到的轉矩電壓信號、轉動方向、車速信號、轉速信號等，向電機發出指令，使電機輸出相應大小和方向的轉向助力轉矩，從而驅動轉向系統工作。當關鍵信號輸入異常時，會影響電子轉向管柱輸出異常的助力，從而導致故障。所以在對汽車故障進行排除時，需要熟悉汽車原理和電路圖，才能快速處理故障。該研究可為業內同行遇到相似問題提供一種故障排除思路和解決方案。