学习目标
1. 能够正确描述转向角度传感器的作用、 结构及工作原理。
2. 能够正确使用检测仪器， 对转向角度传感器进行检修。
任务引入
一辆一汽大众宝来， 行驶33000km， 打开仪表盘点火开关至启动挡， 冷车状态下启动后发动机运转时转速正常， 路试车辆行驶时出现转向沉重现象， 油耗增加， 故障灯亮。
此故障现象说明汽车转向系统出现了问题， 可能是频繁转向造成的转向泵压力问题。因故障灯亮， 故先着手查找电控系统故障。 此类故障一般与转向角度传感器有关， 所以我们先学习转向角度传感器的相关知识。
相关知识
一、 电控机械式助力转向系统的作用
与传统的液压转向器相比， 电控机械式助力转向系统具有许多优点: 它可以协助驾驶员行车， 并减轻身体和心理负担； 同时， 它仅在需要时才进行工作， 也就是说， 只有当驾驶员需要转向助力时， 它便会自动提供帮助； 此外， 转向助力与车速、 转向力矩和转向角等有关。 电控机械式助力转向系统装备应运在一汽大众宝来、 高尔夫、 速腾及上海大众途安等车型中。
二、 电控机械式助力转向系统的结构
带双小齿轮的电动机械转向助力系统如图2-15所示。 转向系统的部件主要包括: 转向盘、 带转向角度传感器G85的组合开关、 转向柱G527、 转向力矩传感器G269、 电动机械转向助力器电机V187、 转向器、 转向辅助控制单元J500等。 转向器由一只转向力矩传感器G269、 一根扭转棒、 一只转向齿轮和一只驱动小齿轮、 一只蜗轮传动装置， 以及一只带控制单元的电动机组成。 电动机械转向助力的核心部件是一根齿条， 有两只花键啮合在转向器中。
图2-15 电动机械转向助力系统
如图2-16所示， 在带双小齿轮的电动机械转向助力器上， 需要的转向力是通过转向小齿轮和驱动小齿轮传送到齿条上。 转向小齿轮负责传送驾驶员施加的转向力矩， 驱动小齿轮则通过一只蜗轮传动装置， 传送由电动机械转向助力器电动机提供的助力力矩。 该电动机具有用于转向助力的控制单元和传感装置， 并安装在第二只小齿轮上。 这种结构可以使转向盘和齿条之间形成机械连接， 所以， 当伺服电机失灵时， 可以确保车辆仍能够进行机械转向， 但此时不具备转向助力的功能， 转向时会感到很沉重。
图2-16 电动机械转向助力系统各零件的布置
三、 转向角度传感器的结构及原理
转向盘转向角度传感器G85安装在复位环的后面， 与安全气囊的滑环安装在一起。 它位于组合开关和转向盘之间的转向柱上。 转向角度传感器G85通过CANBus数据总线， 向转向柱电子装置控制单元J527提供信号， 以便测算转向角。 在转向柱电子装置控制单元中， 设有电子系统， 用于分析转向角度传感器G85输送的信号。
当转向角度传感器G85失灵时， 紧急运行程序立即被启动。 缺损的信号被设置成一个替代值。 此时， 转向系统完全保持转向助力， 但设置在组合仪表中的带有转向盘符号的警告灯K161会以黄色点亮显示。
转向角度传感器G85的结构和工作原理如图2-17所示。 转向角度传感器G85的基本组成元件包括: 带有两只密码环的密码盘、 各有一只光源和一只光学传感器的光栅对。
图2-17 转角传感器G85的结构和工作原理
密码盘由两只环组成， 外面的一只称为绝对环， 里面的一只称为增量环。 增量环被分为5个扇区， 每个扇区为72°， 它由一对光栅对读取。 该环在扇区内设有开口。 同一扇区内的开口顺序是相同的， 但不同的扇区之间的开口顺序则不同， 从而实现了各扇区之间的设码。 绝对环用来确定角度， 它由6只光栅对读取。 转向角度传感器G85可以识别出1044°的转向角， 它对角度进行累加。 由此， 当超出360°的标记时， 能够识别出转向盘完全转动了一圈。 转向器的这种设计结构， 可以使转向盘转动2.76圈。
角度测量是根据光栅原理进行的。 出于简化考虑仅观察增量环， 每个扇区环的一侧是光源， 而另一侧则是光学传感器， 如图2-18 (a) 所示。 当光线穿过缝隙照射到传感器上时， 便会产生信号电压。 当光源被遮盖时， 则电压又重新被切断， 如图2-18 (b) 所示。 如果现在移动增量环， 则会产生信号电压的脉冲波形， 如图2-18 (c) 所示。 在绝对环上， 光栅对子也同样产生信号电压的脉冲波形。 所有信号电压的脉冲波形都会在转向柱电子装置控制单元中处理。 对信号进行比较后， 系统可以计算出这两只环移动的距离。 此时， 将确定绝对环的移动起始点。
图2-18 角度测量原理
四、 转向力矩传感器的结构及原理
转向力矩传感器如图2-19所示。 利用转向力矩传感器G269， 可以直接在转向小齿轮上计算转向盘扭矩。 该传感器以磁阻的功能原理工作。 它被设计成双保险 (备用)， 以保证获得最高的安全性。
图2-19 转向力矩传感器G269的结构
转向力矩传感器的工作原理如图2-20所示。 在扭矩传感器上， 转向柱和转向器通过一根扭转棒相互连接。 在连接转向柱的连接件外径上， 装有一只磁性极性轮， 在其上面被交替划分出24个不同的极性区。 每次分析扭矩时， 使用两根磁极。 辅助配合件的是一只磁阻传感元件， 它被固定在连接转向器的连接件上。 当操作转向盘时， 两只连接件会根据施加的扭矩做相对转动。 由于此时磁性极性轮也相对于传感器元件旋转， 因此可以测量施加的转向力矩， 并将其信号发送给控制单元。
图2-20 转向力矩传感器的工作原理
当转向力矩传感器G269发生故障时， 必须更换转向器总成。 当控制单元识别到故障时， 将关闭转向助力。 关闭的过程不是突然进行的， 而是 “缓慢” 地进行。 为了实现 “缓慢” 关闭， 控制单元将根据转向角和电动机的转子角度， 计算出转向力矩的替代信号。 故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯K161以红色点亮显示。
五、 电动机械转向系统电路
电动机械转向系统电路如图2-21所示。
图2-21 电动机械转向系统电路
A-低速CAN； B-高速CAN； G269-转向力矩传感器；J500-转向辅助控制单元； S-熔断丝； V187-电动机械转向助力器电机
任务实施与考核
一、 技能学习
1. 查找相关技术资料
(1) 电动机械式转向助力系统自诊断
大众电动机械式转向助力系统具有自诊断的功能。 系统地址码为44， 可选择的功能码包括:02-查询故障存储器、03-对执行元件进行诊断、04-基本设定、05-清除故障存储器、06-退出诊断程序、07-控制单元编码、08-读取测量数据流、 10-匹配、 11-登录。
转向辅助控制单元J500可以记住转向极限位置。
1) 为了避免剧烈打到转向极限位置， 生产厂家用软件对转向角进行了限制。 当转向角到达机械极限位置之前5°时， 会激活 “软件极限位置” 和减震器。 此时， 将根据转向角和转向力矩降低助力扭矩。
2) 必须在 “基础设定” 功能中， 使用VAS505X删除极限位置的角度位置。
3) 当记住极限位置时， 无须使用测试仪。 为此， 需要使用最新的维修手册和 “引导型故障查询” 中的详细信息。
电动机械式转向助力系统故障代码如表2-3。
表2-3 电动机械式转向助力系统故障代码
(2) 电动机械式转向助力系统设定程序
电动机械式转向助力电控系统的设定程序如下:
1) 零位置的设定程序。 如果更换了转向角度传感器G85、 转向器总成含转向辅助控制单元J500、 转向柱开关总成含控制单元J527， 做过一次车轮定位的调整， 或者出现故障代码 “00778”， 需要做转向零位置 (中间) 设定。
零位置的设定方法: 使前轮保持直线行驶状态， 通过VAS505X输入地址码为 “44”，将转向盘朝左转动4°～5° (一般在10°以内)， 然后回正； 再将转向盘朝右转动4°～5° (一般在10°以内)， 然后回正， 双手离开转向盘。 通过VAS5051输入功能码为 “11”， 再输入编码为 “31857”， 此后按下返回键 “◀”， 并输入 “04-60” 后， 按下 “激活” 键， 退出VAS505X。 关闭点火开关，6s后即可。
注意: 在做转向零位设定时， 发动机不能运转； 在转向盘左右转动后， 再回正时， 双手必须离开转向盘， 使转向盘静止不动， 以便让控制单元J500对零位进行确认。
2) 极限位置的设定程序。 如果更换了转向角度传感器G85、 转向器总成含转向辅助控制单元J500、 转向柱开关总成含控制单元J527， 做过一次车轮定位的调整， 做过转向零(中间) 位置设定后， 或者出现故障代码为 “02546”， 需要做转向极限位置的设定。
极限位置的设定方法: 使辆前轮处于直线行驶状态， 起动发动机， 并在怠速下运转。先将转向盘朝左转动10°左右， 停顿1～2s， 将转向盘回正； 再朝右转动10°左右， 停顿1～2s， 将转向盘回正， 双手离开转向盘， 停顿1～2s， 然后将转向盘朝左打到底， 停顿1～2s， 再将其朝右打到底， 停顿1～2s， 将转向盘再回正， 关闭点火开关，6s后生效。
注意: 在做完转向零位 (中间) 位置设定和转向极限位置的设定后， 必须用VAS505X进入44-02查询转向电控系统故障存储器无故障时， 设定工作才能结束。
3) 转向助力大小的设定程序。转向助力大小的设定方法:使用VAS505X进入44-10-01，在VAS505X屏幕内的条形块上，选择某个合适的助力数值(1～16挡，出厂时，一般在3～4或7～8，通常选择第5挡)，再按下“保存” 键，然后再按下“接受” 键。此时，屏幕上就会显示出新设定的助力大小的名称，然后再按下“◀” 键，退出设定即可。
注意: 当环境温度高于100℃时， 驱动马达V187所产生的助力将下降， 当转向助力值≤60％时， 设置在组合仪表中的警告灯K161黄色灯点亮， 并在故障存储器中将储存故障代码。 此外， 转向角度传感器G85的极限位置为±40°， 当接近极限位置还有5°时， 它会降低转向助力的扭矩。
(3) 电动机械式转向助力系统常见故障警告灯
电控机械式转向助力系统故障警告灯的指示方式如表2-4所示。
表2-4 故障警告灯的指示方式
2. 操作步骤
转向角度传感器的检修步骤如表2-5所示。
表2-5 转向角度传感器的检修步骤
二、 任务实施与考核
转向角度传感器检修的任务实施与考核如表2-6所示。
表2-6 转向角度传感器检修的任务实施与考核
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