宝马BMW 3系维修手册:E92 助力转向系统(EPS

售后服务培训

产品信息

带有轴平行布置结构的电动机械式

助力转向系统（EPS-APA）

除了工作手册外，产品信息中所包含的信息也是售后服务培训资料的组成部分。

有关技术数据方面的更改 / 补充情况请参见 BMW 售后服务的最新相关信息。

信息状态：2006 年 10 月

联系地址：conceptinfo@

? 2006 BMW AG

慕尼黑，德国

未经 BMW AG（慕尼黑）的书面许可不得翻印本手册的任何部分

VS-12 售后服务培训

产品信息

EPS-APA

带有轴平行布置结构（APA）的电动机械

式助力转向系统（Electric Power

Steering，EPS）

有助于提供更高效的行驶动力

有关本产品信息的说明

所用符号

为了便于理解内容并突出重要信息，在本产品信息中使用了下列符号：

所包含的信息有助于更好地理解所述系统及其功能。

? 表示某项说明内容结束。

当前状况和国家规格

BMW 车辆满足最高的安全和质量要求。环保、客户利益、设计或结构方面的

变化促使我们继续开发车辆的系统和组件。因此本产品信息中的内容与培训所

用车辆情况可能会不一致。

本文件仅介绍了欧规左侧驾驶型车辆。右侧驾驶型车辆部分操作元件或组件的

布置位置与本产品信息的图示情况不同。针对不同市场和出口国家的配置型号

可能还有其它不同之处。

其它信息来源

有关各主题的其它信息请参见：

- 用户手册

目录

EPS-APA

目的

针对实际应用的参考资料

车型

BMW 车辆的电动机械式助力转向系统

简介

当前的转向系统对比

动机和特点

系统概览

机械结构

电气联网

功能

功能联网

EPS 功能详述

系统组件

EPS 组件详述

目的

EPS-APA

针对实际应用的参考资料

本产品信息将介绍首次应用于 E92 带有轴平

行布置结构的新式电动机械式助力转向系统助力转向系统”一章，或

（EPS-APA）。

本文件可作为 BMW 售后服务培训课程的准

备资料，并巩固培训授课内容。

有关 BMW 和 MINI 车辆所用转向系统的基

础知识有助于理解本手册的内容。因此请通读

以下内容

1

l

“E85 底盘的背景资料”中“电动机械式

l

产品信息“R56 电动机械式助力转向系

统”。

请先通读有关电动机械式转

向系统的材料，例如 E85 或

R56。这些基础知识有助于理

解本产品信息的内容。

车型

EPS-APA

BMW 车辆的电动机械式助力转向系统

应用策略

电动机械式助力转向系统（Electric Power 此后将尽可能在更多的其它 3 系和 1 系车

Steering，EPS）是减少 CO 排放量系列措 排放量做

22

型上使用该系统，以便为减少 CO

施中的一项。BMW 集团希望尽可能将这种转出最大贡献。在引入 EPS 之前以及在某些特

向系统推广到更多车型上。定限制条件下（参见“条件”），这些车辆仍

BMW E85 和 E86 已经装有 EPS，MINI

保留提供液压转向助力的传统转向系统。

R56 也带有该系统。E92 的 330d 首次采用

了一种新型 EPS。负责提供转向助力的电机与

转向器采用轴平行布置结构。

条件

带有某些特定选装配置的车辆或某些特定型号

为此，车辆订单上必须包括选装配置 1CB

的车辆不使用 EPS。可用安装空间、相应的国

“ACEA/CO

2

套件”。由生产控制部门进

家要求以及其它相关标准都可能导致无法使用

行确定。

EPS。这些车辆在出厂前安装传统的液压助力

转向系统。

l

EPS 也可以安装在右侧驾驶型车型上。

下面列出了在 BMW 3 系或 1 系车型上安装

l

装有选装配置“主动转向系统”时要取消

电动机械式助力转向系统的关键条件：

EPS。

l

EPS 暂时仅安装在面向欧洲国家出售的欧

l

采用“xDrive”四轮驱动方式的车辆不安装

规车辆上。

EPS。

l

发动机型号为 N46、M57D30T2、N54 的

车辆暂时不安装 EPS。

型号

所有 3 系或 1 系车辆都使用相同型号的电

所有因具体车型而产生的其它差异体现在软件

动机械式助力转向系统。 的相应设码上。

仅针对右侧驾驶型车辆使用一种外观差异明显

的型号（几乎与左侧驾驶型车辆所用型号的结

构完全对称）。

3

E92 330d 首先引入了

EPS，随后该系统也应用于 3

系和 1 系车型上。EPS 是减

少 CO

2

排放量系列措施中

的一项。

简介

EPS-APA

当前的转向系统对比

液压式和电动机械式助力转向系统

这两种转向系统的主要区别在于产生助力力矩在其它方面，保留了转向系统的基本结构（例

（使驾驶员施加到方向盘上的力减小）的方式如用于液压式、也用于电动机械式转向系统的

不同。 齿轮齿条式转向器）。

液压转向系统的特点在于通过内燃机的皮带传在研发过程中对转向性能（例如转向力大小、

动机构或电气方式驱动助力泵。助力泵在液压转向力传输路径、传递路面信息等）提出了严

系统内形成用于产生转向助力的压力或体积流格要求，因此不断针对至今所用的液压转向系

量。

统进行优化。为了确保 BMW 客户可以继续体

电动机械式转向系统直接通过一个电机产生转

验 BMW 车辆的卓越转向性能，在此制定出了

向助力，电机将其力矩施加到转向柱或转向器

新式电动机械式转向系统必须满足的全面要求

上。因此该系统通常还需要附加的齿轮传动机

目录。此外，使用液压转向系统的车辆通常是

构来连接电机和现有的转向组件。

新开发转向系统的参照标准。

电动机械式助力转向系统的结构类型

下表按照助力单元（由电机和减速器组成）的

l

MINI 的 EPS：

安装位置区分不同的 EPS 系统。

助力单元安装在小齿轮（转向柱和齿轮齿条

l

BMW Z4 的 EPS：

式转向器之间的传输部位）上，又称为小齿

助力单元安装在车内转向柱上部，又称为转

轮型 EPS（P-EPS）。

向柱型 EPS（C-EPS）。

l

BMW 3 系或 1 系的 EPS-APA：

助力单元与齿轮齿条式转向器平行。

EPS-APA P-EPS C-EPS

车辆

BMW 3 系、1 系

MINI（R56）BMW Z4（E85，E86）

（E9x、E87 等）

制造商JTEKT

ZF 转向系统ZF 转向系统

电机类型无电刷式直流电机无电刷式直流电机无电刷式异步电机

电机和减速器的安装与齿轮齿条式转向器转向柱和齿轮齿条式转向柱上部

位置平行转向器之间传输部位

处的小齿轮

减速器的结构齿形皮带传动机构和蜗杆和蜗轮蜗杆和蜗轮

循环球式减速器

5

随着 EPS 的应用，产生转向

助力的工作原理由液压方式

转变为了电动机械方式。

EPS

不仅能够针对具体车型调节

转向性能，而且还能为客户、

环境和车辆制造商带来其它

好处。与主动转向系统相比，

带有 EPS 车辆的转向系统

不采用分离形式，因此

EPS

可根据驾驶员的要求叠加一

个转向力矩，同时不会改变转

向角。

只有结合使用最新一代的无电刷式直流电机以

及紧靠在齿轮齿条式转向器旁的传动装置，才

能产生所需的较高转向横拉杆作用力（在 3

系或 1 系车型上可能会出现）。

与主动转向系统的不同之处

EPS 系统的电机能够在转向力的基础上叠加

附加作用力。EPS 可以不考虑其它参数（例如

发动机转速）而独立确定这种附加作用力的大

小和作用时刻。采用电动机械式助力转向系统

时，方向盘与前部转向车轮之间的刚性连接方

式保持不变，即方向盘位置通常与前车轮的位

置准确对应。

动机和特点

引入电动机械式转向系统的原因

使用电动机械式助力转向系统为 BMW 客户、

与此相反，更加强调车辆转向性能的舒适感受

环境和 BMW 集团车辆制造商带来了很多好

时，则需要通过编程设定较大的转向助力。

处。

取消液压回路（由泵、软管装置、冷却装置、

结合经过实际验证的车桥设计方案，确保了行

机油等组成）简化了汽车制造商生产线上的转

驶舒适性和行驶动力性的完美组合。在此可通

向系统安装工作。EPS 转向系统以单元形式提

过对电气系统进行编程调节转向性能（例如转供并安装在车内。此外 EPS 也可以防止因液

向助力大小和减振程度），因此可确保根据不同压油溢出而危害环境。

车辆设计理念进行最佳调整。虽然所用硬件组

件相同，但该系统可根据 3 系和 1 系车辆进

与液压转向助力泵不同，系统仅根据需要驱动

行最佳调节。

电机（转向时，而非直线行驶时），因此耗油量

降低且内燃机有效功率增大。

如果需要提高一款运动车型的转向精度并改善

以下有关功率消耗的数字清楚说明了两种转向

其操控性，可通过减小转向助力来实现。虽然

系统不同。

驾驶员为此需要施加更大的转向力，但可以更

“直接地”感受到路面的反馈信息。

功率消耗，瓦特（近似值）电动机械式助力转向系统液压助力转向系统

最小值（未移动方向盘，内燃机怠

10 300-400

速运转）

最大值1000 2000

7

电动机械式助力转向系统的特点

改善了行驶动力性

l

根据车型精确调整转向特性

l

主动回位（定中心）

l

最高 2 kW 的纵向动力学优势。

提高了行驶舒适性

l

在将相关路面信息（不同的路面状态）传递

给驾驶员的同时阻止车桥振动传递到转向

系统上

l

更好地隔绝来自路面的干扰（转向冲击减

小）

l

根据车速以电子方式控制转向助力（例如停

车入位时）。

提高了行驶安全性

l

电子转向助力功能：

EPS 辅助驾驶员保持行驶方向，特别是在

车速较高的情况下，方式是提供比车速较低

时更小的转向助力。

系统概览

EPS-APA

机械结构

电动机械式助力转向系统与车辆之间连接部位为了加以比较，下面先后展示了液压助力转向

的设计尺寸与以前所用的液压助力转向系统完

系统和采用轴平行布置结构的新式 EPS。

全相同。

1 – E92 的液压助力转向系统

索引说明索引说明

1 液压油储液罐4 转向横拉杆

2 转向柱5 液压转向助力泵

3 扭力杆和阀门调节机构6 齿轮齿条式转向器

9

EPS 由转向力矩传感器、

EPS 控制单元、带有电机位

置传感器的电机、减速器和齿

条组成（共同构成一个单元）。

EPS 转向系统与车辆之间的

机械连接部位与液压转向系

统相同。EPS 和 DME、

DSC、SZL、CAS 和组合仪

表之间形成电气联网。

2 – E92 带有轴平行布置结构的电动机械式助力转向系统

索引说明索引说明

5 1 齿轮齿条式转向器

6 带有电机位置传感器的电机2 转向力矩传感器

7 减速器3 转向柱

4 转向横拉杆

EPS 控制单元

10

3 – 带有轴平行布置结构的 EPS 齿轮齿条转向器

索引说明索引说明

1 球螺纹驱动装置（减速器的组成部7 压块

分）

2 齿条8 转向力矩传感器的信号和供电导线

3 小齿轮9

EPS 控制单元

4 转向力矩传感器10 电机

5 橡胶防尘套11 齿形皮带传动机构（减速器的组成部

分）

6 转向横拉杆12 减速器壳体

EPS 转向系统由以下主要组件构成，有关这些 这些组件构成一个单元（通常称为“EPS

组件的详细介绍参见“系统”一节： 齿轮齿条式转向器”），只能整个更换。更换时

l

转向力矩传感器

需从转向横拉杆和转向柱下部断开整个单元。

?

l

EPS 控制单元

安装新的 EPS 转向器后，必须进行四轮

l

带有电机位置传感器的电机

定位和轨迹调整。进行试运行时必须根据具体

l

减速器

车型为 EPS 准确设码，并完成进行限位位置

自适应的诊断功能。?

l

齿轮齿条式转向器。

11

电气联网

总线系统概览

4 – E92 EPS 的总线系统概览

索引说明索引说明

CAS 便捷登车及起动系统EPS

EPS 控制单元

DME 数字式发动机电子系统JB 接线盒

DSC 动态稳定控制系统Kombi 组合仪表

DSC-SEN SZL 带转向角传感器的转向柱开关中心

DSC 传感器

总线系统概览图中的 LWS 是累积转向角传

感器，该传感器是主动转向系统的组成部分。

它不属于 EPS 系统网络。

13

取而代之的是 EPS 利用集成在 SZL 内的转

向角传感器信号。

系统电路图

5 – E92 EPS 的系统电路图

索引说明索引说明

1 7 接线盒

DSC 控制单元

2 转向力矩传感器，冗余设计方式8

行李箱内的保险丝（为 EPS 供电）

3 电机9 带转向角传感器的转向柱开关中心

4 电机位置传感器10 组合仪表

5 11

EPS 控制单元CAS 控制单元

6

DME 控制单元

15

功能

EPS-APA

功能联网

EPS 输入参数

转向柱开关中心（SZL） 数字式发动机电子系统（DME）

发送装置带转向角传感器的转向柱开发送装置数字式发动机电子系统

关中心

信号内燃机正在运转

信号驾驶员施加的转向角

传输PT-CAN

传输PT-CAN

接收装置

EPS 控制单元

接收装置

EPS 控制单元

功能状态控制

功能方向盘主动回位

便捷登车及起动系统（CAS）

动态稳定控制系统（DSC）

发送装置便捷登车及起动系统

发送装置

带 DSC 传感器的动态稳

信号总线端 15 状态

定控制系统

信号车速和表示行驶状态的其它

传输PT-CAN

参数

接收装置

EPS 控制单元

传输PT-CAN

功能状态控制

接收装置

EPS 控制单元

功能提供转向助力，主动反馈路

面情况

EPS 输出参数

数字式发动机电子系统（DME） 组合仪表（Kombi）

发送装置发送装置

EPS 控制单元EPS 控制单元

信号要求更高的冷却能力信号要求故障信息

传输PT-CAN 传输

PT-CAN，接线盒，K-CAN

DME 内的 EPS 功能

数字式发动机电子系统内的智能化发电机调节

功能

DME 内的“智能化发电机调节功能”（IGR）

l

观察是否出现需要较高 EPS 功率的运行

状态。为此对转向角速度和车速这两种总线

信号进行分析。如果在转向角速度较高的同

是减少 CO

2

排放量的又一项举措，系统根据

行驶状态和蓄电池的充电状态调节发电机电

压。因此在一些阶段内，车载网络电压保持之

前的常规值（大约 13.8 V）。但在某些情况下，识别出较高的 EPS 功率后，提高发电机功

电压也会降至 12 V 或稍稍低于 12 V。

EPS 组件（特别是电机）的设计额定电压为

12 V。达到该电压时，可以满足提供最大转向

助力和转向速度的要求。

如果在发电机电压为 12 V 时要求最大的

EPS 功率，就会因电机耗电量较大而导致

EPS 供电导线出现电压降。因此 EPS 输入电

压可能会明显低于 12 V，从而造成转向助力

减小。

为了避免出现这种意外情况，IGR 有一种针对

EPS 的附加功能，执行该功能时无需与 EPS

直接交换信号，其功能范围如下：

18

时车速较小，就会识别出较高的 EPS 功

率。

l

操作：

率并短时提高车载网络电压。

这项功能可确保 EPS 的输入端始终至少提供

12 V 的额定电压——在很大程度上不受其它

参数的影响。

识别出 EPS 功率较高的状态和提高车载

网络电压是一个调节过程，该过程最多 2 秒

钟后就会结束。由于这种情况很少发生，因此

不会出现在客户投诉范围内。如果有特别细心

的客户投诉转向助力瞬时减小，原因可能在于

上述调节过程。如果反复出现相关投诉问题，

最好进行供电诊断。?

EPS 功能详述

概览

1 – E92 EPS 功能概览

索引说明

1 输入

2

EPS 控制单元

3 输出

S1

用于 EPS 控制和调节功能的输入信号

– 驾驶员施加的转向力矩

– 车速和表示行驶状态的其它参数

– 转向角，转向角速度

S2

用于 EPS 状态控制的输入信号

– 总线端 15 接通 / 关闭

– 内燃机运转 / 未运转

F1 “根据车速提供转向助力”功能

F2 “方向盘主动回位”功能

F3 “主动缓冲”功能

F4 “主动反馈路面情况”功能

F5 “状态控制”功能

F6 “协调规定值”功能

S3

EPS 控制和调节功能的输出信号：控制电机

S4

EPS 状态控制的输出信号：

– 要求更高的冷却能力

– 控制警告灯和指示灯

根据车速提供转向助力

在液压转向系统内只有通过附加组件才能实现

的电子转向助力功能以软件形式集成在电动机

械式助力转向系统内，因此可以结合 EPS 为

客户提供该功能。客户希望在车辆掉头或停车

入位时能够尽可能轻松自如地进行转向操作。

在高速行驶时则要求转向设置不灵敏，从而确

保更易于保持行驶方向。

根据车速传感器信号和驾驶员施加的转向力

矩，EPS 在低速行驶时（和车辆静止时）提供

较大的转向助力（最舒适的感觉）。

车速较高时，EPS 则会减少转向助力，因此要

求驾驶员施加更大的转向力。这样有助于保持

行驶方向。

如图所示，助力辅助效果不仅取决于车速，而

且还受到驾驶员施加的转向力矩影响。如果驾

驶员施加较小的转向力矩，EPS 的助力力矩也

会相对较小。这样可以达到出色的自动定中心

效果，即在直线行驶位置时转向系统不过于敏

感。

驾驶员施加较大转向力时，曲线会经平稳过渡

变化为梯度较大。因此驾驶员可在突然转动方

向盘或掉头等情况下获得所需的较大转向助

力。EPS 已汲取了传统液压转向系统的上述特

点。与其它车辆不同，BMW 3 系和 1 系的 EPS

20

2 – EPS 根据车速提供转向助力

索引 说明

1 驾驶员施加的转向力矩

2

EPS 的助力力矩

3 车速为零

4 车速提高

5

最高车速

各曲线之间的过渡不是跳跃进行的，而是循序

渐进的。EPS 根据需要计算出相应的中间值。

转向特性无法由驾驶员更改。这些车辆上没有

其它车辆例如 BMW E85 或 E86 为此提供

的 SPORT 按钮，也无法通过中央信息显示屏

上的“设置”菜单进行调节。

方向盘主动回位

除基于车桥运动学原理的自然复位特性外，这

项功能通过相应控制电机辅助方向盘回位。 的故障原因不仅包括底盘出现机械故障，而且

为此主要需要以下传感器信号

l

车速，

l

驾驶员施加的转向力矩，

l

转向角，

l

转向角速度。

但转向角信号仅用于结合电机位置传感器信号

进行校准，以便确定回位目标值（转向角为零）。

之后，“方向盘主动回位”功能利用电机位置

传感器的信号，因为该信号的分辨率高于转向

角传感器信号，因此可实现精确控制。

如果因 SZL 出现故障等情况而无法提供转向

角传感器信号，则“方向盘主动回位”功能无

法运行。其它 EPS 功能仍保持启用状态。客

户可能会用“跑偏”来形容此时的车辆状态，

因为方向盘无法像正常状态下那样自动返回到

直线行驶位置上。

21

如果有客户投诉“车辆跑偏”，应考虑到

还包括 EPS 与转向柱开关中心或转向角传感

器之间出现信号或通信故障。在这种情况下，

EPS 无法提供“方向盘主动回位”功能，客户

可能会用“跑偏”来形容具体情况。因此进行

四轮定位前应检查 EPS 的故障代码存储器，

必要时还要运行存储器内的检查计划，以便确

定是否能够提供转向角传感器信号。?

如果驾驶员在驶出弯道时松开方向盘，就需要

启用方向盘主动回位功能。在上述情况下辅助

EPS 进行识别的信号值为：

l

3 – 不同转向系统的回位特性

索引说明

1 时间

2 方向盘角度

3 驾驶员保持转向角度不变（转弯行驶）

4 驾驶员松开方向盘（驶出弯道）

5 液压助力转向系统的回位特性

6

7

没有方向盘主动回位功能时的 EPS 理论回位特性

带有方向盘主动回位功能时的 EPS 回位特性

该回位特性不如液压助力转向系统的回位特电动机械式助力转向系统可以更动态、更准确

性。原因在于电机和减速器的惯性较大。

但 BMW 的所有 EPS 系统都带有方向盘主

动回位功能，因此具有上述优点。所有这些系统都包括“方向盘主动回位”功能。

地返回到直线行驶位置上。这点适用于所有

BMW 所用的电动机械式助力转向系统，因为

图中所示没有方向盘主动回位功能时的 EPS

回位特性仅供对比。

22

主动缓冲

需要加以缓冲的方向盘自行移动可能是由于驾这样可通过定量方式将外部干扰传递至方向

驶员无意间的转向输入或路面、车轮干扰造成盘，一方面可使驾驶员充分了解路面状况，另

的。 一方面也可以防止方向盘上出现较大的干扰性

缓冲路面干扰

前桥的设计方案（双摆臂弹簧减振支柱车桥）

已经可以确保车轮的垂直运动在转向横拉杆上特别是在高速行驶时，如果驾驶员无意间突然

产生较小的横向力。 转动方向盘，会对车辆稳定性产生不利影响。

由于连接电机和齿条的减速器传动比较大，因

此电机的惯性对车轮传递给方向盘的作用力和

移动也有缓冲作用。EPS 的电子缓冲功能弥补

了这种机械缓冲效果的不足。

该功能对齿条移动情况（根据电机位置传感器在高速行驶时，以便充分缓冲移动情况。因此

信号）进行分析并相应控制电机。可防止车辆左右摆动。

23

4 – 通过 EPS 缓冲转向输入

索引说明

1 时间

2 方向盘角度

3 方向盘角度的变化过程（来自驾驶员的转向输入，突然拉动方向盘）

4 偏转率

5 没有主动缓冲功能时的理论车辆状态：转向输入后，转动情况随着车速的增高不断

6 带有主动缓冲功能时的理想车辆状态：

主动反馈路面情况

部分由于电机惯性产生的缓冲作用，EPS 转向

EPS 功能逻辑根据这些信息计算出一个附加

系统无法像液压助力转向系统一样提供清晰的

“EPS 路面信息”。因此驾驶员可获得与液压

路面状况反馈信息。

助力转向系统非常相似的路面反馈特性。

为了确保 EPS 车辆获得基本相同的路面反馈

特性，EPS 会对描述车辆行驶状态的信息进行

分析。

状态控制

EPS 的状态控制功能最终决定是否允许控制

其结果也会导致驾驶员无法继续获得转向助

电机。该功能产生一个授权信号并发送给 EPS

力。但该措施主要用于防止错误控制电机。

功能，EPS 功能负责协调控制和调节功能的规

定值。

出现故障时转向助力消失是一种预定的

EPS 系统响应特性。虽然驾驶员可能会感觉这

允许进行控制的条件如下：

种特性有些意外，但只要加大控制力量，仍可

l

点火开关已接通。

确保车辆转向性能不受影响。 ?

l

内燃机正在运转。

无论是电动机械式助力转向系统还是液压助力

转向系统，出现故障时转向助力都会消失。出

l

没有 EPS 输入信号故障或 EPS 内部没

现故障时，这两种系统的反应相似。

有故障。

出现这种故障情况时，组合仪表内的下列警告

识别出故障后做出如下反应是一种特殊情况。

灯会亮起：

出现故障时关闭功能

研发 EPS 最主要的目是为了确保出现故障

时，车辆状态仍在驾驶员的掌控之下。因此绝

不允许任何方向突然出现较大的转向力矩。为

5 – EPS 功能失灵时亮起的警告灯

此，EPS 具有很多监控功能，用于识别传感器、

执行机构和参与 EPS 功能的相关系统是否出

出现上述情况时，EPS 不再提供转向助力，并

现故障。

通过显示出相应的检查控制符号，同时在中央

信息显示屏内出现说明信息来提醒驾驶员注

所有无法继续可靠、准确控制电机的故障状态

意。

都会导致电机控制中断，继而关闭 EPS 功能。

协调规定值

在 EPS 软件的一个中央部位对用于控制电机

的控制和调节功能规定值进行协调。出现状态

控制功能的授权信号时，通常会使各个规定值

相加并以总信号形式输出。

在特定传输情况下，会在输送规定值之前对其

进行过滤。

例如：

l

内燃机起动时，EPS 开始运行。助力力矩

以曲线形式增至所需数值。

出于功能原因，EPS 降低转向助力（参见

“辅助功能”一节）。

l

出现故障时，将会突然取消电机的控制信号，

而非对其进行过滤，以便尽快阻止错误操控。

辅助功能

只有处于特殊运行状态时，才会注意到下述功环境温度较高且转向操作猛烈时，特别是在车

能。以下内容有助于针对客户投诉问题区分真辆静止时，可能就会出现这种过载现象。

正的故障状态和不需要进行维修的特殊运行状

态。

试图使前车轮转向某个坚实障碍物时（例如路

沿）可能会出现另外一种过载现象。如果在较

短时间间隔内反复出现这种情况，也会减小转防止过载

向助力。这样一方面可以防止 EPS 组件承受

EPS 组件温度过高时，EPS 就会减小转向助

过大的机械负荷，另一方面也可以提醒客户转

力。通过减少控制电机限制 EPS 自身产生的

向时遇到了坚实的障碍物。

热量，从而防止组件承受过高热负荷。温度达

EPS 通过比较电机控制信号和电机移动情况

到大约 100 °C 时，这项措施就会开始生效，

识别出这种情况。

直至温度达到 115 °C 时转向助力降为零。减

出现过载情况时，EPS 减小转向助力。接

小转向助力达到特定程度时，组合仪表内的警

告灯就会亮起（参见“出现故障时关闭功能”

到客户投诉时，要在进行维修工作前询问客户

一节），并在故障代码存储器内存储一条故障

出现过载现象的限制条件。

代码。

必要时要向客户说明这些保护功能的工作原

除减小转向助力外，EPS 还会要求 DME 提

理。?

软件功能形式的限位位置

此外该功能还可以减小转向系统机械和电气组

虽然 EPS 转向器内带有机械限位位置，但仍

件的负荷，从而有助于在获得可靠功能的同时

提供在即将到达机械限位位置前以坡度曲线形

确保较长的使用寿命。

式减小转向助力的功能。虽然客户会感觉到转

向阻力增大，但转向至限位位置的过程会明显

变得更加平稳顺畅。

概览

系统组件

EPS-APA

EPS 组件详述

下面将详细介绍 EPS 转向系统的主要组件：

l

带有电机位置传感器的电机

l

转向力矩传感器

l

减速器

l

EPS 控制单元

l

齿轮齿条式转向器。

转向力矩传感器

根据驾驶员的要求控制 EPS 提供的转向助

转向力矩传感器负责准确提供该信号，为此该

力。驾驶员的要求体现在驾驶员施加到方向盘

传感器安装在下部转向柱和齿轮齿条式转向器

上的力或力矩上。

之间的焊缝位置处。

1 – EPS-APA 的转向力矩传感器

索引说明索引说明

1 带有电子分析装置的传感器元件4 卷簧

2 扭力杆（顶端）5 磁环

3 输入轴

29

转向力矩传感器以输入信号

形式向 EPS 控制单元提供

驾驶员转向力矩信息。EPS

控制单元根据该信号和其它

输入信号计算出助力力矩并

对电机进行相应控制。由电机

产生的力矩通过减速器叠加

传感器元件（1）对输入轴（3）和磁环（5）

的扭转进行探测和电子分析。所采用的测量原

理为霍尔效应。

由于已知输入轴内部的扭力杆（2）刚度，因

此电子装置可根据扭转程度计算出转向力矩的

大小。

随后通过直接导线以数字形式将转向力矩发送

至 EPS 控制单元。

传感器采用双传感器结构，因此可在出现故障

时提高使用效率。如果在运行过程中识别出两

个传感器的偏差超过允许限值，系统就会根据

两个传感器数值中更可靠的信号继续计算并确

保整个 EPS 功能正常运行。如果直到行驶循

环结束时仍存在故障状态，就会产生一条故障

代码存储器记录并且下次开始行驶循环时

EPS 不再运行。

EPS 控制单元

除电子控制装置外，EPS 还带有控制电机的供

电电子装置。

供电电子装置包括一个星点继电器，借助该继

电器可在出现故障时使电机绕组电路断路。

电路断路时电机轴可自由转动，即可以防止出

现电机电动卡止的故障情况。

在控制单元内集成有一个温度传感器，该传感

器用于识别过载情况（工作原理参见“辅助功

能”一章）。

2 – EPS 控制单元和电机壳体

索引说明索引说明

5 供电接口1 电机壳体

6 2 转向力矩传感器导线接口

7 3 总线连接接口

4 连接转向力矩传感器的导线

由 Goretex 材料制成的隔膜

EPS 控制单元壳体

30

EPS 控制单元（和电机）壳体的所在位置会受必须更换 EPS 转向器时，只能断开用于

到较大的温度变化和外部湿度影响。因此壳体“供电”和“总线连接”的电气连接件，但不

上有一个由 Goretex 材料制成的隔膜，该隔能断开连接转向力矩传感器的导线。?

膜用于平衡壳体内部与周围环境之间的压力，

还可防止该部位有湿气侵入。

如果有客户投诉无法获得足够的转向助力，

原因可能在于供电接口处出现了电压降。因此

在 EPS 控制单元和电机的壳体上还带有

出现这种情况时要检查供电接口是否腐蚀。?

EPS 电气连接件：

l

为 EPS 供电

l

总线连接件（PT-CAN，包括唤醒导线）

l

转向力矩传感器的供电和信号导线。

31

带有电机位置传感器的电机

电机的主要任务是产生 EPS 控制单元计算的

力矩。 定了该电机可安装在 EPS 内：

电机采用无电刷式直流电机（制造商为

Siemens 公司）。

虽然电机用直流电来驱动，但其工作原理以交

流同步电机为基础。EPS 控制单元的供电电子

装置将供电电压（直流电压）转化为相电压，

以便在相绕组上产生一个旋转磁场。

只有这种电机集下列特性于一身，这些特性决

l

l

l

l

l

l

在较大转速范围内的恒定大扭矩

效率高

磨损小

使用寿命长

耐热负荷能力强

所需安装空间小。

与液压助力转向系统对比）

3- 可提供的扭矩与转向速度的关系（EPS

索引说明

1 电机转速，与转向角速度相对应

2 扭矩

3

4 液压助力转向系统的转向助力泵：

几乎只有在电机可以产生恒定扭矩的转速范围

内才会驱动电机。只有在个别情况下，包括驾

驶员转向速度过快时，才会达到扭矩随转速下

降的特性曲线范围。比较细心的驾驶员可能会

在转向助力减小时感觉到这一点。与液压助力

转向系统相比——液压助力转向系统减小转向

助力时会感觉到转向助力突然增大（转向费

力），EPS 减小转向助力的过程持续进行，因

此通常感觉更加舒适。

最大耗电量（瞬时）为 85 A，因此达到额定

电压 12 V 时峰值功率大约为 1 kW。根据这

种较大的电流强度确定行李箱内用于防止功率

电路短路的保险丝规格。

与峰值功率不同，执行 EPS 功能所需的平均

功率非常小。该功率仅有大约 20 W 至 40 W

（取决于驾驶方式），因为系统仅根据需要为

电机供电，例如转弯行驶时而非直线行驶时（没

有作用力）。

EPS 电机：

扭矩和转速的关系

扭矩和转向角速度的关系

32

根据需要控制电机是促使 EPS 车辆耗油量比

通过转向角传感器信号校正过一次直线行驶位

液压转向助力车辆大约降低 0.2 l / 100 km

置后，EPS 功能（例如“方向盘主动回位”）

的主要原因。

就会利用电机位置传感器信号。因为电机位置

而以往用于持续驱动转向助力泵的功率现在则

传感器信号的分辨率更高。

几乎完全用于驱动车辆。根据具体情况，可以

获得最高 2 kW 的纵向动力。

电机位置传感器的测量原理与转向力矩传感器

相同。这两种传感器都由霍尔传感器元件组成，

另一个重要的结构元件虽然安装在 EPS 控制

霍尔传感器元件与转动的磁轮相邻。转向力矩

单元的印刷电路板上，但紧靠在电机轴旁：电

传感器设计用于探测较小的扭转角度，而电机

机位置传感器。这样，电机位置传感器可向

位置传感器设计用于探测较大的扭转角度（必

EPS 控制单元发送有关电机转子准确位置的

须能够探测出转动整整一圈的情况）。电机位

信息。由于电机通过减速器与齿条固定相连，

置传感器也采用双传感器结构，但两个传感器

因此 EPS 控制单元可根据转子位置确定车轮

的分辨率不同，以便能够有效探测出快速和缓

位置和转向角。

慢的移动情况。

减速器

减速器将电机产生的扭矩传输到齿条和前车轮

这种大传动比结合电机的转动质量还能对路面

上。 和车轮的干扰起到缓冲作用（参见“主动缓冲”

总传动比大约为电机转动 20 圈时方向盘转

4 - EPS-APA 的减速器

索引说明索引说明

1 用于取出滚珠的机械机构6 齿形皮带

2 滚珠的返回通道7 减速器壳体

3 用于放入滚珠的机械机构8 小齿轮

4 球螺纹驱动装置的螺母9 大齿轮

5 齿条的球形螺纹

电机轴直接驱动齿形皮带传动机构的小齿轮无法对这个单个部件进行维修和调整工作。减

（8）。通过齿形皮带（6）和大齿轮（9）使

球螺纹驱动装置的螺母（4）进行转动。

该螺母带有一个滚珠返回通道（2），在通道

两端分别有一个向齿条的球形螺纹（5）放入

滚珠（3）和从中取出滚珠的机械机构（1）。

因此滚珠在一个封闭的“循环回路”内移动。

由于螺母无法沿齿条方向移动，因此在球形螺

纹内移动的滚珠会向齿条施加一个纵向方向的

作用力。

减速器与电机固定连接在一起。

速器及其部件（以及齿形皮带）的设计使用期

限与车辆使用寿命相等。

如果齿条端部的防尘套损坏，水可能会进入减

速器壳体内继而进入转向器内。水会造成部件

腐蚀，长时间后会在车辆转向时发出较大噪音。

但在出现这种情况时仍会提供 EPS 的转向助

力。

为了防止转向器内积水过多（例如涉水行驶

后），在减速器最深的部位装有一个排水阀。

34

发现防尘套损坏时必须更换防尘套，以免

腐蚀通常是产生转向噪音的原因。如果有客户

有水进入转向器内。除防尘套外，还需更换减

投诉转向噪音较大而且确定该噪音是由 EPS

速器最深部位处的排水阀，可在维修套件中找

转向器产生，则必须更换整个 EPS 转向系统。

到排水阀。?

?

转向器移动部件腐蚀时通常不会影响正

常转向。

齿轮齿条式转向器

EPS 转向系统的齿轮齿条式转向器功能与液

齿条的传动比也与以前相同。因此无论车辆安

压转向系统的齿轮齿条式转向器相同。

装哪种转向系统，转向器总传动比都相同。

齿轮齿条式转向器将驾驶员的转向要求以及

EPS 的助力力矩转化为施加给转向横拉杆的

与液压转向系统一样，在小齿轮卡入齿条的部

作用力。最终促使前车轮转动方向。

位也有一个压块。该压块可为齿条进行导向，

选择齿条的结构和尺寸时，要确保只需对其它

此外还用于在制造商生产过程中对整个单元进

车辆组件结构进行微调即可安装一个电动机械

行调整。

式助力转向系统。

在生产过程中只能借助压块对齿条和小齿

特别是通过转向横拉杆与车轮连接的部位以及

服务信息

EPS-APA

进行维修保养时的注意事项

更换 EPS 转向系统

EPS 组件

安装新的转向系统后，必须进行四轮定位

– 转向力矩传感器，

和轨迹调整。进行试运行时必须根据具体车型

– EKP 控制单元，

为 EPS 准确设码，并完成进行限位位置自适

– 带有电机位置传感器的电机，

应的诊断功能。?

– 减速器和

– 齿条

构成了一个单元（通常称为“EPS 齿轮齿条式

转向器”），只能整个更换。更换时需从转向

横拉杆和转向柱下部断开整个单元。?

智能化发电机调节功能和 EPS

识别出 EPS 功率较高的状态和提高车载

如果有特别细心的客户投诉转向助力瞬时减

网络电压是一个调节过程，该过程最多 2 秒

小，原因可能在于上述调节过程。如果反复出

钟后就会结束。由于这种情况很少发生，因此

现相关投诉问题，最好进行供电诊断。?

不会出现在客户投诉范围内。

方向盘主动回位

如果有客户投诉“车辆跑偏”，应考虑到

因此进行四轮定位前应检查 EPS 的故障代码

的故障原因不仅包括底盘出现机械故障，而且

存储器，必要时还要运行存储器内的检查计划，

还包括 EPS 与转向柱开关中心或转向角传感以便确定是否能够提供转向角传感器信号。?

器之间出现信号或通信故障。在这种情况下，

EPS 无法提供“方向盘主动回位”功能，客户

可能会用“跑偏”来形容具体情况。

防止过载

出现过载情况时，EPS 减小转向助力。接

必要时要向客户说明这些保护功能的工作原

到客户投诉时，要在进行维修工作前询问客户

理。?

出现过载现象的限制条件。

出现故障时关闭功能

出现故障时转向助力消失是一种预定的系

虽然驾驶员可能会感觉这种特性有些意外，但

统响应特性。只要加大控制力量，仍可确保车辆转向性能不

受影响。?

37

服务信息内容可参见“系统概

览”、“功能”和“系统组件”

部分。

电气连接件

必须更换 EPS 转向器时，只能断开用于

“供电”和“总线连接”的电气连接件，但不

能断开连接转向力矩传感器的导线。?

如果有客户投诉无法获得足够的转向助

力，原因可能在于供电接口处出现了电压降。

因此出现这种情况时要检查供电接口是否腐

蚀。?

减速器

发现防尘套损坏时必须更换防尘套，以免

有水进入转向器内。

除防尘套外，还需更换减

速器最深部位处的排水阀，可在维修套件中找

到排水阀?

。

转向器移动部件腐蚀时通常不会影响正

常转向。

腐蚀通常是产生转向噪音的原因。如果有客

户投诉转向噪音较大而且确定该噪音是由

EPS 转向器产生，则必须更换整个 EPS 转向

系统。?

压块

在生产过程中只能借助压块对转向系统的

齿条和小齿轮进行一次性调整。作！ ?

总结

EPS-APA

要点

下表总结了带有轴平行布置结构的电动机械式学员可以利用该表了解本产品信息的主要内容

助力转向系统（EPS）的重要内容。

并再次检查相关要点。

车型

E92 330d 首先引入了 EPS，随后该系统也应用于 3 系和 1 系

车型上。EPS 是减少 CO

2

排放量系列措施中的一项。

简介

随着 EPS 的应用，产生转向助力的工作原理由液压方式转变为了

电动机械方式。

EPS 不仅能够针对具体车型调节转向性能，而且还能为客户、环境

和车辆制造商带来其它好处。

与主动转向系统相比，带有 EPS 车辆的转向系统不采用分离形式，

因此 EPS 可根据驾驶员的要求叠加一个转向力矩，同时不会改变

转向角。

系统概览

EPS 由转向力矩传感器、EPS 控制单元、带有电机位置传感器的

电机、减速器和齿条组成（共同构成一个单元）。

EPS 转向系统与车辆之间的机械连接部位与液压转向系统相同。

EPS 和 DME、DSC、SZL、CAS 和组合仪表之间形成电气联网。

39

重要内容概述。

功能

EPS 为 BMW 客户提供了可以改善行驶舒适性和行驶安全性的一

系列功能。

这些功能包括：

– 根据车速提供转向助力

– 方向盘主动回位

– 方向盘移动主动缓冲

– 主动反馈路面情况。

出现故障时，EPS 可防止电机运行，因此驾驶员可在没有转向助力

的情况下进行转向操作。

系统组件

转向力矩传感器以输入信号形式向 EPS 控制单元提供驾驶员转向

力矩信息。EPS 控制单元根据该信号和其它输入信号计算出助力力

矩并对电机进行相应控制。由电机产生的力矩通过减速器叠加到驾

驶员转向力矩上。通过齿轮齿条式转向器将总力矩转化为施加到前

车轮上的转向力。

测验问题

EPS-APA

问题目录

现在可以检查自己所学过的知识。请回答下列有关带有轴平行布置结构电机的电

动机械式助力转向系统的问题。

1. EPS 与主动转向系统有何不同？

¨ EPS 在驾驶员要求的基础上叠加一个转向力矩和一个转向角。

¨ EPS 和主动转向系统没有区别。

¨ EPS 的电机在驾驶员要求的基础上叠加一个转向力矩，主动转向系统的电机则叠加一个转

向角。

¨ 所有主动转向系统都包括 EPS。

2. BMW 车辆的 EPS 具有哪些子功能？

¨ 根据车速提供转向助力（电子转向助力系统）。

¨ 对方向盘的干扰性移动进行缓冲。

¨ 控制偏转率（尤其是在车辆甩尾时）。

¨ 在中央信息显示屏的“设置”菜单内切换转向特性。

¨ 可变转向器传动比（根据车速）。

¨ 方向盘主动回位到直线行驶方向上。

3. 哪些关于 BMW 车辆 EPS 的维修说明是正确的？

¨ 控制单元、电机、减速变速箱和转向力矩传感器这些组件可单独更换。

¨ 由 EPS 控制单元、带有电机位置传感器的电机、减速器、齿轮齿条式转向器和转向力矩

传感器组成的 EPS 只能整个更换。

¨ 更换 EPS 后必须进行下列工作：对限位位置进行自适应，调整轮距，为 EPS 控制单元

设码。

¨ 更换后，EPS 会在行驶期间自动进行限位位置自适应。

4. 哪些关于 BMW 车辆 EPS 与其它系统联网的说法是正确的？

¨ EPS 完全独立，无需 BMW 车辆的任何其它系统即可正常工作。

¨ EPS 与 SZL、DSC、DME、CAS 和组合仪表形成电气联网。EPS 只有在系统网络内才

能正常运行。

¨ 根据车辆和车桥结构对 EPS 进行机械调整，以达到所需的动态行驶特性。

41

巩固并再次检查所学知识。

问题答案

1. EPS 与主动转向系统有何不同？

¨ EPS 在驾驶员要求的基础上叠加一个转向力矩和一个转向角。

打对钩！

¨ EPS 和主动转向系统没有区别。

? EPS 的电机在驾驶员要求的基础上叠加一个转向力矩，主动转向系统的电机则叠加一个转

¨ 所有主动转向系统都包括 EPS。

2.BMW 车辆的 EPS 具有哪些子功能？

? 根据车速提供转向助力（电子转向助力系统）。

? 对方向盘的干扰性移动进行缓冲。

¨ 控制偏转率（尤其是在车辆甩尾时）。

¨ 在中央信息显示屏的“设置”菜单内切换转向特性。

¨ 可变转向器传动比（根据车速）。

? 方向盘主动回位到直线行驶方向上。

3.哪些关于 BMW 车辆 EPS 的维修说明是正确的？

¨ 控制单元、电机、减速变速箱和转向力矩传感器这些组件可单独更换。

? 由 EPS 控制单元、带有电机位置传感器的电机、减速器、齿轮齿条式转向器和转向力矩

? 更换 EPS 后必须进行下列工作：对限位位置进行自适应，调整轮距，为 EPS 控制单元

¨ 更换后，EPS 会在行驶期间自动进行限位位置自适应。

4.哪些关于 BMW 车辆 EPS 与其它系统联网的说法是正确的？

¨ EPS 完全独立，无需 BMW 车辆的任何其它系统即可正常工作。

? EPS 与 SZL、DSC、DME、CAS 和组合仪表形成电气联网。EPS 只有在系统网络内才

? 根据车辆和车桥结构对 EPS 进行机械调整，以达到所需的动态行驶特性。

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向角。

传感器组成的 EPS 只能整个更换。

设码。

能正常运行。