宝马BMW 3系维修手册：E92 助力转向系统(EPS-APA)学员手册

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）
BMW 售后服务
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@bmw.de
© 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。

ƒ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
- BMW 诊断系统
- 车间系统文件
- BMW 售后服务技术。

目录
EPS-APA
目的
1 针对实际应用的参考资料1
车型
3 BMW 车辆的电动机械式助力转向系统3
简介
5 当前的转向系统对比5动机和特点7系统概览
9机械结构9电气联网12功能
17功能联网17 EPS 功能详述19系统组件
29 EPS 组件详述29
服务信息
37进行维修保养时的注意事项37
总结
39 要点39
测验问题
41问题目录41问题答案42
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（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l“E85 底盘的背景资料”中“电动机械式
助力转向系统”一章，或
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 Steering，EPS）是减少CO2排放量系列措施中的一项。

BMW 集团希望尽可能将这种转向系统推广到更多车型上。

BMW E85 和 E86 已经装有 EPS，MINI
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。

此后将尽可能在更多的其它3 系和 1 系车型上使用该系统，以便为减少 CO2排放量做出最大贡献。

在引入EPS 之前以及在某些特定限制条件下（参见“条件”），这些车辆仍保留提供液压转向助力的传统转向系统。

条件
带有某些特定选装配置的车辆或某些特定型号的车辆不使用EPS。

可用安装空间、相应的国家要求以及其它相关标准都可能导致无法使用EPS。

这些车辆在出厂前安装传统的液压助力转向系统。

下面列出了在BMW 3 系或 1 系车型上安装电动机械式助力转向系统的关键条件：
l EPS 暂时仅安装在面向欧洲国家出售的欧规车辆上。

为此，车辆订单上必须包括选装配置1CB “ACEA/CO2套件”。

由生产控制部门进行确定。

l EPS 也可以安装在右侧驾驶型车型上。

l装有选装配置“主动转向系统”时要取消EPS。

l采用“xDrive”四轮驱动方式的车辆不安装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动机械式助力转向系统。

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）。

所有因具体车型而产生的其它差异体现在软件
的相应设码上。

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 CO2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（使驾驶员施加到方向盘上的力减小）的方式不同。

液压转向系统的特点在于通过内燃机的皮带传动机构或电气方式驱动助力泵。

助力泵在液压系统内形成用于产生转向助力的压力或体积流量。

电动机械式转向系统直接通过一个电机产生转向助力，电机将其力矩施加到转向柱或转向器上。

因此该系统通常还需要附加的齿轮传动机构来连接电机和现有的转向组件。

在其它方面，保留了转向系统的基本结构（例如用于液压式、也用于电动机械式转向系统的齿轮齿条式转向器）。

在研发过程中对转向性能（例如转向力大小、转向力传输路径、传递路面信息等）提出了严格要求，因此不断针对至今所用的液压转向系统进行优化。

为了确保 BMW 客户可以继续体验 BMW 车辆的卓越转向性能，在此制定出了新式电动机械式转向系统必须满足的全面要求目录。

此外，使用液压转向系统的车辆通常是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）的安装位置区分不同的EPS 系统。

l BMW Z4 的 EPS：
助力单元安装在车内转向柱上部，又称为转向柱型EPS（C-EPS）。

l MINI 的 EPS：
助力单元安装在小齿轮（转向柱和齿轮齿条式转向器之间的传输部位）上，又称为小齿轮型EPS（P-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
（E9x、E87 等）
MINI（R56）BMW Z4（E85，E86）制造商ZF 转向系统JTEKT 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位置与齿轮齿条式转向器
平行
转向柱和齿轮齿条式
转向器之间传输部位
处的小齿轮
转向柱上部
减速器的结构齿形皮带传动机构和
循环球式减速器蜗杆和蜗轮蜗杆和蜗轮
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。

而主动转向系统的电机则无法叠加作用力，而是改变转向角。

主动转向系统的双行星齿轮箱将转向系统分离。

因此主动转向系统改变车轮转向角时，驾驶员不会通过方向盘感觉出来。

为了确保车轮随驾驶员施加的转向角和叠加转向角的总转向角而改变位置，必须提供一个支撑力：驾驶员必须握住方向盘。

此外还需要一个助力单元。

对于主动转向系统来说，助力单元只能采用液压方式。

目前只有液压助力单元才能同时提供较大的调整力和调整速度。

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、环境和 BMW 集团车辆制造商带来了很多好处。

结合经过实际验证的车桥设计方案，确保了行驶舒适性和行驶动力性的完美组合。

在此可通过对电气系统进行编程调节转向性能（例如转向助力大小和减振程度），因此可确保根据不同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 系车辆进行最佳调节。

如果需要提高一款运动车型的转向精度并改善其操控性，可通过减小转向助力来实现。

虽然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。

与此相反，更加强调车辆转向性能的舒适感受时，则需要通过编程设定较大的转向助力。

取消液压回路（由泵、软管装置、冷却装置、机油等组成）简化了汽车制造商生产线上的转向系统安装工作。

EPS 转向系统以单元形式提供并安装在车内。

此外EPS 也可以防止因液压油溢出而危害环境。

与液压转向助力泵不同，系统仅根据需要驱动电机（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。

以下有关功率消耗的数字清楚说明了两种转向系统不同。

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
速运转）
10 300-400
最大值1000 2000
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。

l取决于车速的主动缓冲功能降低了方向盘自行移动情况。

此外还能减少因驾驶员突然转动方向盘造成车辆左右摆动的情况。

对环境危害较小
l每 100 km 节省燃油约 0.2 l
l不会出现液压回路泄漏问题。

简化了汽车制造商的生产过程
l因为以整个系统方式供货，所以降低了在工厂内安装和检查的复杂性
l组件类型比液压转向系统（泵、软管，方向盘）少
l通过编程更容易调整转向助力
l将来的应用潜力较高：车辆系统联网（行驶动态管理系统，驾驶员辅助系统）。

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的设计尺寸与以前所用的液压助力转向系统完全相同。

为了加以比较，下面先后展示了液压助力转向系统和采用轴平行布置结构的新式EPS。

1 – E9
2 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
　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
1 齿轮齿条式转向器 5 EPS 控制单元
2 转向力矩传感器 6 带有电机位置传感器的电机
3 转向柱7 减速器
4 转向横拉杆
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（减速器的组成部分） 7 压块
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，有关这些组件的详细介绍参见“系统”一节：
l 转向力矩传感器 l EPS 控制单元
l 带有电机位置传感器的电机 l 减速器
l
齿轮齿条式转向器。

这些组件构成一个单元（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。

ƒ
安装新的 EPS 转向器后，必须进行四轮
定位和轨迹调整。

进行试运行时必须根据具体车型为 EPS 准确设码，并完成进行限位位置自适应的诊断功能。

ƒ
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 DSC 传感器SZL 带转向角传感器的转向柱开关中心
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。

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 DSC 控制单元7 接线盒
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 EPS 控制单元11 CAS 控制单元
6 DME 控制单元
功能
EPS-APA 功能联网EPS 输入参数
转向柱开关中心（SZL）
发送装置带转向角传感器的转向柱开
关中心
信号驾驶员施加的转向角
传输PT-CAN
接收装置EPS 控制单元
功能方向盘主动回位
动态稳定控制系统（DSC）
发送装置带DSC 传感器的动态稳
定控制系统
信号车速和表示行驶状态的其它
参数
传输PT-CAN
接收装置EPS 控制单元
功能提供转向助力，主动反馈路
面情况数字式发动机电子系统（DME）
发送装置数字式发动机电子系统信号内燃机正在运转
传输PT-CAN
接收装置EPS 控制单元
功能状态控制
便捷登车及起动系统（CAS）
发送装置便捷登车及起动系统信号总线端 15 状态
传输PT-CAN
接收装置EPS 控制单元
功能状态控制
EPS 输出参数
数字式发动机电子系统（DME）
发送装置EPS 控制单元
信号要求更高的冷却能力传输PT-CAN
接收装置数字式发动机电子系统功能控制电风扇组合仪表（Kombi
）
发送装置EPS 控制单元
信号要求故障信息
传输PT-CAN，接线盒，K-CAN
接收装置组合仪表
功能控制警告灯和指示灯
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
移动主动缓冲和主动反馈路
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。

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）是减少 CO2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，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：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时车速较小，就会识别出较高的EPS 功
率。

l操作：
识别出较高的EPS 功率后，提高发电机功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。

ƒ
EPS 功能详述
概览
1 – E9
2 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。

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。

与其它车辆不同，BMW 3 系和 1 系的 EPS 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。

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。

如果有客户投诉“车辆跑偏”，应考虑到的故障原因不仅包括底盘出现机械故障，而且还包括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。

ƒ
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转向角明显不为零，且
l驾驶员施加的转向力矩基本为零。

随后EPS 控制电机以产生回位力矩，通过该力矩确保方向盘平稳移动到直线行驶位置附近。

与液压助力转向系统相比，客户可以明显感觉到回位特性得到改善，参见下图。

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 没有方向盘主动回位功能时的 EPS 理论回位特性
7 带有方向盘主动回位功能时的EPS 回位特性
电动机械式助力转向系统可以更动态、更准确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，因为所有这些系统都包括“方向盘主动回位”功能。

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。

该回位特性不如液压助力转向系统的回位特性。

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。

主动缓冲
需要加以缓冲的方向盘自行移动可能是由于驾驶员无意间的转向输入或路面、车轮干扰造成的。

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产生较小的横向力。

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信号）进行分析并相应控制电机。

这样可通过定量方式将外部干扰传递至方向盘，一方面可使驾驶员充分了解路面状况，另一方面也可以防止方向盘上出现较大的干扰性振动。

缓冲来自驾驶员的转向输入
特别是在高速行驶时，如果驾驶员无意间突然转动方向盘，会对车辆稳定性产生不利影响。

在某些情况下，驾驶员突然拉动方向盘会造成车辆左右摆动，如果驾驶员没有及时进行校正干预，车辆就会开始蛇形摆动并最终失去控制。

EPS 识别出这种转向输入并控制电机，特别是在高速行驶时，以便充分缓冲移动情况。

因此可防止车辆左右摆动。