【学习目标】
1.了解动力转向系统的概况。
2.掌握动力转向系统的主要组成部分及部件位置和功能。
3.掌握动力转向系统主要部件的结构和控制。
4.学习动力转向系统故障症状表、故障码表及失效保护表，学会运用故障码表及故障症状表。
5.熟悉动力转向ECU端子的组成部分。
6.理解电动机动力转向零部件的拆卸、安装和更换注意事项。
7.通过实践操作，掌握转矩传感器零点校正的方法；掌握动力转向ECU端子的检测方法和步骤；掌握主动测试动力转向系统的方法；掌握转向力矩和方向盘自由行程的检查方法；掌握转矩传感器电路、转矩传感器电源、转矩保持不正常、电动机电路故障的排除方法和步骤。
【基本理论知识】
1.动力转向系统概述
卡罗拉轿车采用了车速传感式动力转向系统。此动力转向系统与普通液压动力转向系统不同，它没有管路、动力转向泵、带轮和动力转向液，因此它具有优良的可维护性。采用动力转向系统后，可通过安装在转向柱上的直流电动机和减速机构生成的转矩来辅助驾驶人转向，动力转向ECU可根据防滑控制ECU（车速信号）的信息计算出辅助动力的大小。辅助动力由安装在转向柱上的直流电动机提供，仅在需要辅助动力时该电动机才会消耗能量，因此动力转向系统具有极好的燃油经济性。动力转向系统示意图如图7-1所示。
2.动力转向系统的主要组成、部件位置及功能
动力转向系统主要由转向柱、动力转向ECU、防滑控制ECU、发动机ECTECU、组合仪表（警告灯）等组成。转向柱上安装有转矩传感器、直流电动机和减速机构。动力转向ECU根据来自转矩传感器的转向转矩信号和来自防滑控制ECU的车速信号计算辅助动力。转矩传感器检测方向盘转动时产生的转向力矩，并将其转换为电信号。动力转向电动机由动力转向ECU的电流激活，并产生转矩以辅助转向力矩。
通过安装在转向柱轴上的电动机和减速齿轮的运作，动力转向系统产生转矩以增大转向力矩。根据车速信号和内置于转向柱总成的转矩传感器信号，动力转向ECU决定辅助动力的方向和大小，从而在低速行驶时控制转向力矩变小，在高速行驶时控制转向力矩适度增大。电动转向系统主要部件的位置如图7-2所示。卡罗拉轿车上的电动转向系统与其他系统的通信见表7-1，防滑控制ECU、转向角传感器输出信号至动力转向ECU，动力转向ECU输出信号至发动机ECU和组合仪表，发动机ECU输出发动机转速信号至动力转向ECU。若系统发生故障，组合仪表中的警告灯会亮，继电器传送电源到直流电动机和EMPS（动力转向模块）ECU。
图7-1 动力转向系统示意图
表7-1 电动转向系统的通信
图7-2 电动转向系统主要部件的位置
3.动力转向系统主要部件的结构和控制
转向柱有倾斜机构，直流电动机、减速机构和转矩传感器安装在转向柱上。转向柱结构如图7-3和图7-4所示。
直流电动机安装在转向柱壳上，由转子、定子和电动机轴组成。直流电动机产生的转矩通过蜗轮传送至圆齿轮，并通过圆齿轮传送至转向柱轴。直流电动机的结构如图7-5所示。
图7-3 转向柱结构（俯视图）
减速机构由蜗轮和圆齿轮组成，该机构通过蜗轮和圆齿轮降低直流电动机转速并将转速传送至转向柱轴，蜗轮由轴承支撑，以降低噪声。减速机构的结构如图7-6所示。
图7-4 转向柱结构（剖视图）
图7-5 直流电动机的结构
图7-6 减速机构的结构
图7-7 转矩传感器的结构
转矩传感器的结构如图7-7所示，转矩传感器被封闭在转向柱上，转矩传感器检测到扭杆的扭转情况后，计算出作用到扭杆上的转矩，并将转矩换算成一个电信号传送到动力转向ECU。检测环1和检测环2安装在输入轴上，检测环3安装在输出轴上。输入轴和输出轴通过扭杆连接。检测线圈和补偿线圈安装在相关的检测环外面，形成完整的励磁电路。当转向时，扭杆扭转，在检测环2与检测环3间形成相应的位移，这个变化被转换成电信号并传送到EMPSECU。检测环1和检测环2的功能是补偿温度，它们检测出在补偿线圈上的温度变化，补偿由温度变化造成的偏差。检测环由输出两个信号的双电路VT1和VT2组成。动力转向ECU根据这两个信号控制辅助动力的大小，同时检测传感器故障。
车辆直线行驶时，驾驶人没有转动方向盘，规定的电压被动力转向ECU检测到，显示方向盘在空挡位置，因此不会将电流传送至直流电动机。车辆向左转或向右转时，转向柱上的扭杆产生转矩并在检测环2与检测环3间形成相应的位移。这个变化被转换成两个电信号（VT1和VT2）并传送到动力转向ECU。当方向盘向左转时，如图7-8所示，输出一个比空挡位置电压更低的电压。相反，当方向盘向右转时，输出一个比空挡位置电压更高的电压。动力转向ECU根据这些输出信号检测出转动方向。此外，通过输出值的大小，动力转向ECU可检测出辅助动力的大小。在正常控制期间，VT1和VT2输出相同的数值。当传感器出现故障时，这两个输出信号间将出现差值。动力转向ECU通过检测这个差值，确定传感器是否有故障，如图7-9所示。
图7-8 转矩与电压的关系
图7-9 传感器故障示意图
动力转向ECU接收来自各种传感器的信号，识别车辆的状况，从而检测出作用至直流电动机的辅助电流。EMPSECU装有的温度传感器可检测ECU是否过热。若动力转向ECU温度传感器检测到动力转向ECU过热，将减小直流电动机的辅助电流，以便降低温度。若动力转向ECU检测到EMPS有故障，则组合仪表上的P/S警告灯会亮，以告诉驾驶人有故障。同时，动力转向ECU存储该故障码，这时动力转向ECU停止辅助控制，工作情况与手动一样，故障可用故障检测仪读取。
4.动力转向系统故障症状表、故障码表及失效保护表
动力转向系统故障症状表见表7-2，故障症状表可帮助诊断故障原因。在检查可疑部位前，先检查与本系统相关的熔丝和继电器。故障症状表以递减的顺序表示故障原因的可能性，按顺序检查每个可疑部位，必要时维修或更换有故障的零件或进行调整。
故障码表见表7-3，电动转向系统出现故障时，组合仪表上的P/S警告灯亮起，ECU将停止转向动力辅助，保持动力辅助持续或减小动力辅助以保护系统，其失效保护表见表7-4。
表7-2 故障症状表
表7-3 转向系统故障码表
表7-4 失效保护表
5.动力转向ECU端子
动力转向ECU端子如图7-10所示，主要端子见表7-5。
图7-10 动力转向ECU端子
表7-5 动力转向ECU主要端子
6.电动机动力转向零部件的拆卸、安装和更换注意事项
1）拆下和安装动力转向机总成时，一定要将前轮对准正前位置。
2）如果断开转向滑叉分总成和动力转向机总成的小齿轮轴，则在开始操作前一定要做好装配标记。
3）更换转向柱总成或动力转向ECU后，校正转矩传感器零点。
4）处理电子部件时，注意以下问题。
①避免撞击零部件，如ECU和继电器。如果这些零部件跌落或遭受严重冲击，应换上新的零部件，且不要暴露在高温或潮湿环境中。
②不要触碰插接器端子，以防止变形或因静电引起的故障。
③换上新的动力转向ECU后，执行转矩传感器零点校正。
5）操作转向柱总成时，注意以下问题。
①避免撞击转向柱总成，特别是电动机或转矩传感器。如果这些零部件跌落或遭受严重冲击，应换上新的零部件。
②移动转向柱总成时不要拉动线束。
③转向柱总成已更换时，在转矩传感器零点初始化后执行转矩传感器零点校正。
6）断开和重新连接插接器时，注意以下问题。
①断开与电动转向系统相关的插接器时，将点火开关置于ON（IG）位置并使方向盘回正，再将点火开关置于OFF位置后断开插接器。
②重新连接与电动转向系统相关的插接器时，确保点火开关置于OFF位置，使方向盘回正并将点火开关置于ON（IG）位置。方向盘未回正时，不要将点火开关置于ON（IG）位置。
③如果以上操作未能正确完成，转向中心点（零点）将偏离，可能会导致左、右转向力矩之间出现差异。如果左、右转向力矩之间有差异，执行转矩传感器零点校正。
【技能训练】
1.转矩传感器零点校正（手动操作）
在更换转向柱总成（包含转矩传感器）或更换动力转向ECU或左右转向力矩有差异时，执行转矩传感器零点校正。
（1）检查有无故障码 如果存储了“转矩传感器零点调整未完成”这个故障码，则不能校正转矩传感器零点，开始校正前清除该故障码。如果输出除“转矩传感器零点调整未完成”外的其他故障码，参见诊断故障码表进行排除。
图7-11 E32的IG端子
（2）预先校正检查
1）将点火开关置于OFF位置。
2）断开E32动力转向ECU插接器。
3）将点火开关置于ON（IG）位置。
4）用万用表测量如图7-11所示的E32-6（IG）端子到车身搭铁之间的电压，应为11～14V。如果测量值为9V或更低，则蓄电池电压太低，不能执行校正，应对蓄电池充电或更换蓄电池，然后执行校正。
5）将点火开关置于OFF位置。
6）连接E32动力转向ECU插接器。
（3）初始化转矩传感器零点 如果更换了动力转向ECU，则不需要进行初始化。
1）将方向盘置于中心位置，并将前车轮对准正前方。
2）将点火开关置于OFF位置。
3）使用跨接线连接如图7-12所示的DLC3端子的12（TS）和4（CG）。
4）将点火开关置于ON（IG）位置。
5）在20s内断开并重新连接DLC3端子13（TC）20次或更多次。
6）检查并确认P/S警告灯闪烁并且一直亮。P/S警告灯亮起表明故障码“转矩传感器故障”已被存储。
图7-12 DLC3端子的12（TS）和4（CG）
7）将点火开关置于OFF位置。清除转矩传感器零点校正值后，如果点火开关置于ON（IG）位置，则不能执行零点校正。
（4）执行转矩传感器零点校正 如果未储存故障码“转矩传感器故障”，不能执行转矩传感器零点校正，在执行转矩传感器零点校正前确保清除传感器校正值。校正过程中不要触碰方向盘。
1）检查是否有任何除“转矩传感器故障”外的故障码输出。
2）将方向盘置于中心位置，并将前车轮对准正前方。
3）将点火开关置于OFF位置。
4）使用跨接线连接DLC3端子12（TS）和4（CG）。
5）将点火开关置于ON（IG）位置。
6）P/S警告灯亮起后等待7s。(www.xing528.com)
7）确定P/S警告灯的闪烁间隔为0.125s（4Hz闪烁）。
8）从DLC3上断开SST。
9）确认未输出故障码。
如果输出故障码“D1515（转矩传感器零点调整未进行）”“D1516（转矩传感器零点调整未完成）”“D1534（ECU故障）”，按照故障码表的提示进行故障排除。
2.转矩传感器零点校正（使用故障诊断仪）
在更换转向柱总成（包含转矩传感器）或更换动力转向ECU或左右转向力矩有差异时，执行转矩传感器零点校正。
（1）校正前的检查
1）将点火开关置于OFF位置。
2）将智能检测仪连接到DLC3。
3）将点火开关置于ON（IG）位置。
4）接通故障诊断仪，检查ECU电源电压，最小为0V，最大为20.1532V，正常状态为11～14V。如果IG电源电压为9V或更低，则蓄电池电压太低，不能执行校正，应对蓄电池充电或更换蓄电池，然后执行校正。?
（2）执行转矩传感器零点校正 如果存储了故障码“转矩传感器零点调整未完成”，则不能校正转矩传感器零点。开始校正前清除该故障码。
1）将点火开关置于OFF位置。
2）将智能检测仪连接到DLC3。
3）将点火开关置于ON（IG）位置。
4）接通故障诊断仪。
5）选择“Utility”。
6）选择“Torque Sensor Adjustment”（转矩传感器校正）。
不要快速转动方向盘，将方向盘置于中心位置，并将前车轮对准正面方。转矩传感器零点校正过程中不要触碰方向盘。
（3）零点校正完成后，确保没有故障码输出 如果输出故障码“D1515（转矩传感器零点调整未进行）”“D1516（转矩传感器零点调整未完成）”“D1534（ECU故障）”，按照故障码表的提示进行故障排除。
3.动力转向ECU端子的检测
动力转向ECU端子如图7-10所示，按照表7-6中所给定的状态条件用万用表的电压、电阻挡位对动力转向ECU端子进行检测，所测得数据必须符合表7-6中的标准数值。
表7-6 动力转向ECU端子检测项目
4.主动测试
使用故障诊断仪（丰田ITⅡ或金德KT600）在无需拆下任何零件的状态下读取数据表，可以读取开关、传感器、执行器及其他项的数值或状态。在进行故障排除时，尽早读取数据表信息是节省诊断时间的方法之一。这种非侵入式检查非常有用，因为可在扰动零件或配线之前发现间歇性故障或信号。
在表7-7中，正常状态下列出的值为参考值。在确定零部件是否出现故障时，不能仅仅依赖这些参考值。
表7-7 主动测试时的参考值
（续）
1）使发动机暖机。
2）将点火开关置于OFF位置。
3）将故障诊断仪连接到DLC3。
4）将点火开关置于ON（IG）位置。
5）接通故障诊断仪。
6）进入菜单项：Chassis/EMPS/DataLList（车身底盘/动力转向系统/数据列表）。
7）根据故障诊断仪上的显示读取“DataList”（数据列表）。
5.车上检查
（1）检查转向力矩 某些维修操作会影响安全气囊系统，维修前要阅读关于安全气囊系统的注意事项。
1）将车辆停在水平、铺筑的路面上，并将车轮对准正前位置。
2）从蓄电池负极端子断开电缆。断开电缆后等待90s，以防止气囊工作。断开电缆时，重新连接电缆后要对一些系统进行初始化。
3）拆下方向盘装饰盖，将电缆连接至蓄电池负极端子。
图7-13 检查方向盘固定螺母的拧紧力矩
4）如图7-13所示，用扭力扳手检查并确认方向盘固定螺母是否正确拧紧，标准拧紧力矩为50N·m。
5）将点火开关置于ON（IG）位置（发动机停止），以使动力转向做好工作准备。
6）将方向盘向右转动90°，并在同一方向进一步转动过程中检查转向力矩（转矩），参考值为5.5N·m。
7）将前轮对准正前位置。
8）从蓄电池负极端子断开电缆。
9）安装方向盘装饰盖。
10）将电缆连接至蓄电池负极端子。
11）清除DTC。
12）检查气囊警告灯。
（2）检查方向盘自由行程
1）将点火开关置于ON（IG）位置，以使动力转向做好工作准备。
2）将车轮对准正前位置。
3）用手向左和向右慢慢转动方向盘，并检查方向盘的自由行程。最大自由行程为30mm。如果自由行程超出规定范围，换上新的2号中间轴或动力转向机。
6.转矩传感器电路故障（故障码C1511、C1512、C1513）、转矩传感器电源异常（故障码C1514）和转矩保持不正常（故障码C1517）的排除
转矩传感器和动力转向ECU的连接如图7-14所示。如果转向柱总成或动力转向ECU已更换，执行转矩传感器零点校正。
1）读取故障诊断仪上的转矩传感器输出值。
①将点火开关置于OFF位置。
②将智能检测仪连接到DLC3。
③将点火开关置于ON（IG）位置并接通故障诊断仪。
④进入以下菜单项：Chassis/EMPS/DataList（车身底盘/动力转向系统/数据列表）。
⑤选择数据表中的“Torque Sensor 1 Output”（转矩传感器1输出值）和“Torque Sensor 2 Output”（转矩传感器2输出值）项，并读取故障诊断仪上的显示值（显示值见表5-6）。
图7-14 转矩传感器和动力转向ECU连接示意图
⑥检查“Torque Sensor 1 Output”（转矩传感器1输出值）和“Torque Sensor 2 Output”（转矩传感器2输出值）的差别。正常电压差低于0.3V。如果电压正常，检查间歇性故障。
2）如果电压不正常，检查动力转向ECU的输出。
①将点火开关置于ON（IG）位置。
②测量a1-6（TRQV）到a1-8（TRQG）之间的电压，标准电压为7.5～8.5V。如果电压不正常，更换动力转向ECU。
3）如果电压正常，检查转向柱总成（转矩传感器）。
①将点火开关置于ON（IG）位置。
②方向盘处于中心位置时，测量a1-5（TRQ1）到a1-8（TRQG）、a1-7（TRQ2）到a1-8（TRQG）之间的电压，应为2.3～2.7V。
③向右转方向盘，测量a1-5（TRQ1）到a1-8（TRQG）、a1-7（TRQ2）到a1-8（TRQG）之间的电压，应为2.5～4.7V。
④向左转方向盘，测量a1-5（TRQ1）到a1-8（TRQG）、a1-7（TRQ2）到a1-8（TRQG）之间的电压，应为0.3～2.5V。
4）如果所测量的电压值不正常，更换转向柱总成；如果所测量的电压值正常，更换动力转向ECU。
7.电动机电路故障的排除
动力转向电动机与动力转向ECU的电路如图7-15所示。
1）读取故障诊断仪上的电动机实际电流值。
①将点火开关置于OFF位置。
②将智能检测仪连接到DLC3。
③将点火开关置于ON（IG）位置并接通故障诊断仪。
④进入以下菜单项：Chassis/EMPS/Data List（车身底盘/动力转向系统/数据列表）。
⑤选择数据表中的“MotorActualCur-rent”和“Command Value Current”项，读取故障诊断仪上的显示值，数值参见表7-7。
⑥观察数据表“Motor Actual Current”项中的电流，将方向盘向左转动时为10～55A，处于中心位置时为-1～1A，将方向盘向右转动时为-55～-10A。
⑦观察数据表“Command Value Current”项中的电流，将方向盘向左转动时为10～55A，处于中心位置时为-1～1A，将方向盘向右转动时为-55～-10A。
图7-15 动力转向电动机与动力转向ECU的电路
2）如果电流正常，检查间歇性故障；如果电流不正常，检查动力转向ECU端子电压。
3）如果动力转向ECU端子电压异常，检查动力转向ECU-车身搭铁的线束和插接器。
4）如果动力转向ECU端子电压正常，检查动力转向电动机。
①从动力转向ECU上断开插接器a3。
②测量a3-1（M1）与a3-2（M2）之间的电阻，应为0.08～0.15Ω，a3-1（M1）与车身搭铁之间的电阻，应为1MΩ以上，a3-2（M2）与车身搭铁之间的电阻，应为1MΩ以上。
5）如果在插接器a3测量的电阻异常，更换转向柱总成。
6）如果在插接器a3测量的电阻正常，检查动力转向ECU到车身搭铁之间的线束和插接器。
①从动力转向ECU上断开插接器A75。
②点火开关置于ON（IG）位置，用万用表测量A75到车身搭铁之间的电压，应为11～14V。A75-2（PGND）到车身搭铁的电阻应小于1Ω。
7）如果在插接器A75测量的电阻、电压不正常，维修或更换线束或插接器；如果在插接器A75测量的电阻、电压正常，更换动力转向ECU。
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