5.1　电动助力转向系统维护与保养

任务引入

随着五一假期的临近，王先生计划进行一次自驾游。为了确保旅途安全，他将车辆送至附近的汽修厂进行全面维护。如果你是维修技术人员，你将如何对转向系统进行维护保养？

任务目标

1．掌握电动助力转向（EPS）系统的结构与组成。

2．归纳纯电动汽车方向盘自由行程的检测方法。

3．安全规范地完成纯电动汽车电动转向系统的检查和保养。

5.1.1 任务工单

5.1.1.1　学生分组

3～5人为一组，选出组长并进行任务分配，将小组成员及分工情况填入表5-1中。

表5-1  小组概况及分工情况

5.1.1.2　信息收集

在进行具体工作之前，需掌握纯电动汽车电动助力转向系统的相关知识。请组长组织组员收集并查阅相关资料，回答下列问题。

（1）对于电动助力转向系统，其维护主要包括哪些方面？

（2）请简述电动助力转向系统相对于传统液压助力转向系统的优势有哪些。

（3）简述电动助力转向系统的主要组成部分及其功能。

5.1.1.3　任务准备

根据实际情况，在表5-2中写出汽车车辆（或试验台架）的信息，并根据任务要求填写工具、设备和资料，以及与设备安全、场地安全和个人防护相关的检查结果。

表5-2  汽车车辆信息

5.1.1.4　任务实施

对汽车（或试验台架）纯电动汽车电动转向系统进行维护与保养，并结合该车型发动机维修手册完成表5-3中的内容。

表5-3  电动转向系统维护与保养

5.1.1.5　考核评价

在教师的指导下，按照能力标准，完成工作任务所设计的学习目标，并将结果填入表5-4中。

表5-4  考核评价

5.1.2 相关知识

5.1.2.1  电动助力转向系统概述

新能源汽车转向系统多采用电动助力转向系统（简称EPS）。EPS是一种先进的转向技术，它利用电动机产生助力，来协助驾驶员进行转向操作，其主要作用是减轻驾驶员在转向时所需的操作力，特别是在低速或停车时，使得转向更加轻便。同时，在高速行驶时，系统能够提供适当的阻尼感，增加转向稳定性，提高车辆的安全性。此外，EPS还能通过调整助力特性，提升车辆的操控性和舒适性。

电动助力转向系统相较于传统的液压助力转向系统，具有多项优势。首先，EPS结构简单，维护成本低，减少了能源消耗和环境污染；其次，EPS的助力调节范围广泛，能够根据驾驶条件进行精确控制，提高了转向的灵敏度和稳定性；最后，EPS还具备故障自诊断功能，能够及时发现并处理系统故障，提高车辆的安全性。

5.1.2.2  电动助力转向系统的主要组成

电动助力转向系统的核心构成元素除了转向器、传动机构、转向盘和转向管柱外，还包括转向电机、减速机构、时钟弹簧及转角传感器和控制单元等部件。如图5-1所示，吉利EV450电动助力转向系统的转向传感器主要负责检测转向盘的转动角度和速度，为控制器提供实时数据。控制器则根据这些数据，精确控制电动机的转动，减速机构将电机的旋转运动转化为转向轴的直线运动，扭矩传感器监测驾驶员的转向力矩，而控制单元则负责处理各种传感器信号，并控制电机的运行，从而调整车轮的偏转角度，实现车辆的稳定转向。

图5-1  吉利EV450电动助力转向系统

1—安全气囊；2—转向盘；3—时钟弹簧及转角传感器；4—转向柱；5—转向电机总成；6—中间轴；7—机械转向器。

转向盘：转向盘也被称为方向盘，它的功能在于将驾驶员施加在转向盘边缘上的力转变为转矩，然后将这个转矩传递给转向轴，从而控制车辆的行驶方向。转向盘会通过花键与转向轴相连。

传动机构：传动机构的主要功能是将转向器输出的力和运动（力矩放大）传递到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，并且确保两个转向轮的偏转角按一定关系进行变化，以保障汽车在转向时的稳定性。

时钟弹簧及转角传感器：时钟弹簧及转角传感器通常安装在转向开关与方向盘的转向柱上，并且与安全气囊、时钟弹簧集成一体。它们的主要功能包括检测方向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度等信息，这些信息对于电控助力转向、车辆稳定控制、电子悬挂、防抱死刹车系统（ABS）以及自动驾驶等功能的实现至关重要。

齿条式转向器：齿条式转向器也被称为齿轮齿条式转向器，是一种用于改变运动方向的装置。其结构主要由一对相互啮合的小齿轮、齿条、预紧力调整装置组成，通常与转向轴做成一体。

电机：电机是电动助力转向系统的核心部件，主要功能是提供辅助转向力矩，减轻驾驶员在转动方向盘时的负担。它能够在驾驶员需要更大转向力矩时提供额外的助力，从而提高驾驶的舒适性和安全性。

减速机构：减速机构在电动助力转向系统中起到降低电机输出转速和提高转向扭矩的作用。它利用齿轮或蜗轮蜗杆等传动元件，来实现减速增扭，以满足转向系统对速度和扭矩的特定要求，确保转向操作平稳且精准。

电子控制单元：电子控制单元是电动助力转向系统的核心部件，主要负责接收和处理来自各类传感器的信号，包括车速、转向角度、转向力矩等，根据预设的控制策略，计算并输出相应的控制指令，以驱动助力电机实现助力转向。

5.1.2.3  电动转向系统的工作原理

纯电动汽车转向系统的工作原理与传统汽车相似，但由于电动机的加入，其响应速度和精度可能更高。当驾驶员转动方向盘时，扭矩传感器会检测到转向力矩的大小和方向，并将这些信息传递给控制单元。如图5-2所示，控制单元根据预设的算法和车辆状态信息计算出所需的助力大小和方向，并控制电机提供相应的助力。电机通过减速机构将旋转运动转化为转向轴的直线运动，从而实现转向助力。同时，控制单元还会根据车辆速度和转向角度等信息对助力大小进行实时调整，以保证转向的稳定性和安全性。

图5-2  控制单元

5.1.2.4  转向系统维护

随着汽车行驶里程的增加，转向系统各部件会出现磨损、固定螺栓松动等现象，从而导致转向系统间隙变大、传动零部件松动，进而造成汽车转向沉重、行驶跑偏、转向不灵敏等故障，这势必影响汽车的安全性。定期检查和保养可以及时发现并修复潜在问题，从而避免故障的发生。对于保障车辆行驶安全和延长系统使用寿命具有重要意义。

5.1.2.5　操纵机构的维护

1．转向盘自由行程的检查

转向盘自由行程的检查是车辆日常维护中的重要部分，关乎驾驶的安全性能。以下是详细的检查步骤和标准。

（1）将车辆停在平坦的地面上，并确保前轮处于直线行驶的位置。

（2）轻轻向左或向右转动转向盘，直到感觉到轻微的阻力为止。然后使用直尺测量转向盘的移动量，该移动量即为转向盘的自由行程，如图5-3（a）所示。转向盘的自由行程应符合规定，一般为0～10 mm，这被认为是最佳的状态。这个角度过大或过小都可能影响转向的灵敏度。

（3）使用专用的检测仪进行更精确的测量。将检测仪的刻度盘和指针分别夹持在转向轴管和转向盘上如图5-3（b）所示，然后向左或向右转动转向盘，直到感到有阻力为止。记住指针所在的位置，再反向转动转向盘，直到再次感到阻力为止。在这个过程中，指针在刻度盘上所扫过的角度，即为转向盘的自由行程。依据《机动车运行安全技术条件》（GB 7258—2017），最大设计车速大于或等于100 km/h的机动车，方向盘的最大自由转动量应≤15°；其他机动车应≤25°。如果自由行程过大，应检查转向拉杆接头、转向节球头、转向器齿轮齿条是否磨损或损坏，零件安装或连接是否松动。如果转向盘自由行程仍大，则说明转向器齿轮与齿条的啮合间隙过大，此时应调整垫圈的厚度，以增加弹簧的压紧力，保证齿轮与齿条有正常的啮合间隙。

图5-3  检查转向盘的自由行程

2．转向盘回正能力的检查

检查转向盘是否可以自动回位。在检查转向盘的回正能力时，无论转向盘转动的速度是快还是慢，左右两侧的回正力都应相同。将车速保持在30 km/h，将转向盘沿顺时针或逆时针方向转动90°，保持1～2 s后放松，如果转向盘能自动回转到70°以上，则说明转向盘的回正能力正常。在进行转向盘回正能力检查时，需要注意以下几点。

（1）确保车辆处于良好的工作状态，例如轮胎气压、悬挂系统等都应该处于正常状态。

（2）检查时应分别在低速和高速两种工况下进行，以充分测试方向盘的回正能力。

（3）在进行行驶测试时，应保持油门踏板踩踏力度不变，以消除车辆速度变化对测试结果的影响。

（4）注意对转向器及传动部件进行检查。

3．转向系统传动部件的检查维护

转向系统传动部件的检查维护主要包括以下几个方面。

（1）转向柱和转向管柱的检查：检查转向管柱防尘套有无松脱、老化；检查转向柱和转向管柱是否有变形或损坏；检查转向柱轴承的磨损与烧蚀情况，如果严重，则应更换；检查转向管柱万向节固定螺栓的力矩，检查力矩应为30 N·m。

（2）转向传动轴的检查：对于转向传动轴，需要检查其万向节的径向间隙，如果发现间隙过大，则应及时更换万向节的轴承。

（3）转向器检查：检查转向器是否有异常噪声、泄漏或磨损；检查防尘套有无松脱、老化；检查转向器固定螺栓有无松动。

（4）转向横拉杆和球头的检查：用手指用力压转向横拉杆防尘套，检查在防尘罩上是否有龟裂或者损伤；检查转向横拉杆球头及球头固定螺母开口销的锁止是否良好；通过摆动车轮和转向横拉杆来检查转向横拉杆球头间隙是否正常。

5.1.2.6　电动助力转向系统（EPS）的维护

对于电动助力转向系统的维护包括以下几个方面。

1．电源和连接线路的检查。检查系统的电源供应和连接线路，确保电池电源正常且连接稳固。连接线束应固定良好且无脱落，各连接器应牢固锁住。

2．扭矩传感器的检查。检查转向传感器的工作状态，传感器无故障，连接线束应固定良好且无脱落，连接器应牢固锁住。

3．电动机和减速器的检查。在转向过程中，电动机、减速器应无噪声或颤动；表面应干燥，无积尘、杂物等；壳体的安装和固定紧固力矩应符合规定。

4．转向系统的检查。检查机械转向器是否存在磨损或卡滞等现象，必要时需进行维修或更换。

5．检查转向控制器。其表面应干燥，无积尘、杂物等；壳体的安装和固定紧固力矩应符合规定；使用万用表测试转向控制的电压、电阻应符合标准；各连接器应牢固锁住。

5.1.3 实训操作——检查电动助力转向控制系统（ESP）

以吉利EV450车型为例，在检查之前应确认：胎压是否正常，是否有明显的机械或是电气损坏的痕迹，电动助力转向管柱总成轴活动连接头的加紧螺栓是否松动，电动助力转向管柱总成安装支架上的固定螺栓是否松动。

5.1.3.1　实训准备

场地要求：通风、采光良好；准备绝缘垫，设立隔离柱，布置警戒线，张贴警示牌。

工具及车辆：故障诊断仪、万用表、拆装专用工具、高压防护用具、吉利帝豪EV450等。

辅助资料：车辆维修手册、教材等。

5.1.3.2　操作步骤

第一步：电控部分检查。

①用诊断仪访问EPS控制单元：连接故障诊断仪，读取系统故障代码，确认系统是否存在故障代码，如图5-4所示。

图5-4  用诊断仪访问EPS控制单元

②用万用表检查蓄电池：使电源模式为ON状态，测量蓄电池电压。电压标准值为11～14 V，如图5-5所示。

图5-5  用万用表检查蓄电池

③用万用表检查保险丝：使电源模式处在OFF状态，拔下前机舱保险丝盒的AM01保险丝、室内保险丝盒的IF23保险丝，检查保险丝是否熔断，如图5-6所示。

图5-6  用万用表检查保险丝

④检查EPS系统搭铁处是否有异物或者被烧蚀，如图5-7所示。

图5-7  检查EPS系统搭铁处是否有异物或被烧蚀

⑤检查EPS系统ECU电源/CAN信号接插件是否松动、脱落，线束是否开路或短路，接插件引脚是否被烧蚀，如图5-8所示。

图5-8  检查EPS系统ECU电源/CAN信号接插件

⑥检查EPS系统扭矩及转角传感器接插件是否松动、脱落，线束是否开路或短路，接插件引脚是否被烧蚀，如图5-9所示。

图5-9  检查EPS系统扭矩及转角传感器接插件

⑦检查EPS系统电机电源接插件是否松动、脱落，线束是否开路或短路，接插件引脚是否被烧蚀，如图5-10所示。

图5-10  检查EPS系统电机电源接插件

⑧检查EPS系统ECU外观是否被腐蚀，如图5-11所示。

图5-11  检查EPS系统ECU外观是否被腐蚀

第二步：机械部分检查维护。

①使用转向盘转动量扭矩检测仪检测转向盘的自由行程是否符合标准，如图5-12所示。

图5-12  检查转向盘的自由行程是否符合标准

②检查转向管柱万向节固定螺栓的力矩，如图5-13所示。

图5-13  检查转向管柱万向节固定螺栓的力矩

③检查转向管柱防尘套有无松脱、老化，如图5-14所示。

图5-14  检查转向管柱防尘套

④检查转向器固定螺栓有无松动，如图5-15所示。

图5-15  检查转向器固定螺栓有无松动

⑤用手指用力压转向横拉杆的防尘罩，检查防尘罩上是否有龟裂或者损伤，如图5-16所示。

图5-16  检查防尘罩是否皲裂或者损伤

⑥检查转向横拉杆球头及球头固定螺母的开口销锁止是否良好，如图5-17所示。

图5-17  检查转向横拉杆球头及球头固定螺母的开口销是否良好

⑦通过摆动车轮和转向横拉杆来检查转向横拉杆球头间隙是否正常，如图5-18所示。

图5-18  检查转向横拉杆球头间隙是否正常