電子助力轉(zhuǎn)向機偶發(fā)性助力丟失分析

李國強，賈培娜

（1.吉利汽車研究總院，浙江 寧波 315327；2.神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

前言

電動助力轉(zhuǎn)向機（下稱EPS）由于節(jié)能，操作輕便，易于布置等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各大品牌汽車上。EPS屬于安全件，EPS助力丟失屬于安全故障。輕度的助力丟失，可以造成操作不便，降低操作舒適性， 嚴重的可以造成轉(zhuǎn)向失控，甚至引發(fā)事故。隨著新三包法的實施，助力丟失已變成汽車公司越來越重視的一個問題。而偶發(fā)性助力丟失成因較多，分析難度高。本文以某電容異常為例，介紹了此類故障的分析流程及分析方法，并最終通過一系列措施成功解決了該故障。

1 電動助力轉(zhuǎn)向機簡介

1.1 電動助力轉(zhuǎn)向機簡介

EPS根據(jù)助力機構(gòu)的布置，可分C-EPS，P-EPS，DP-EPS，R-EPS等，主要通過傳感器收集駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，將之轉(zhuǎn)化為電子信號，并將電子信號通過線束傳遞到ECU，ECU經(jīng)過計算，通過馬達轉(zhuǎn)化為扭矩，從而實現(xiàn)為轉(zhuǎn)向提供助力。

ECU主要輸入信號：

● 蓄電池電壓。蓄電池的供電電壓對 ECU影響很大，當蓄電池供電電壓超出EPS正常工作電壓后，EPS將不再提供助力，而只保留通訊功能，從而出現(xiàn)助力丟失；

● 方向盤扭矩信號。扭矩信號，將直接影響轉(zhuǎn)向機的輸出扭矩；

● 點火信號。初始化EPS的功能，根據(jù)標定設(shè)定的不同，點火次數(shù)會一定程度影響EPS的助力輸出；

● CAN信號。EPS通過CAN接收整車的指令，如啟停STT等功能；

● 車速信號。EPS的基礎(chǔ)助力曲線通常通過不同車速的曲線來實現(xiàn)；

● 馬達位置傳感器信號。

1.2 偶發(fā)性助力丟失故障描述

偶發(fā)性助力丟失的故障，易消失，難再現(xiàn)。故障發(fā)生時，方向盤瞬時失控，可自動恢復(fù)，根據(jù)亮燈策略的不同，有可伴隨亮燈，提示轉(zhuǎn)向故障。由于EPS和ESP有數(shù)據(jù)互通，因此有時也會伴隨ESP亮燈（此處并非表明EPS和ESP燈同時亮，就意味著EPS出現(xiàn)故障，ESP發(fā)生故障，有時也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向故障燈亮，本文不做討論）。

出現(xiàn)偶發(fā)性助力丟失的原因很多，如EPS內(nèi)部電子元件狀態(tài)不穩(wěn)定，整車供電不平穩(wěn)，回路聯(lián)接出現(xiàn)瞬時松脫，回路緊固件裝配不良，信號線接插件聯(lián)接不穩(wěn)定，外部電磁干擾，CAN向EPS發(fā)出錯誤指令或者EPS未接收到正確信號等因素均能影響EPS的正常工作。

2 問題分析

2.1 故障鎖定

通過ABA交換試驗，故障不再現(xiàn)，很難鎖定故障來源，故障代碼顯示：供電異常。無法判斷屬于EPS內(nèi)部供電異常還是外部供電異常。將可疑轉(zhuǎn)向機返回供應(yīng)商，臺架試驗無法再現(xiàn)故障，對可疑轉(zhuǎn)向機進行高低溫循環(huán)后再試驗，無法再現(xiàn)故障，裝車回用也無法再現(xiàn)故障。

對某臺可再現(xiàn)車輛進行分析，試圖發(fā)現(xiàn)故障的規(guī)律，但是連續(xù)試跑多日，發(fā)現(xiàn)該故障與熱車，冷車，是否顛簸路，是否彎道等均無明顯關(guān)系。人為在車輛周圍增加信號干擾，不能再現(xiàn)該故障。

用示波器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以進一步確認故障時的相關(guān)信息。

測試方法：

用示波器同時監(jiān)測EPS正極線的供電電壓，回路電流，及信號線（如圖1）。讀取trace等相關(guān)信息。

圖1 故障再現(xiàn)時，示波器信號

● 在故障再現(xiàn)時，供電電壓平穩(wěn)，排除整車供電因素；

● 電壓信號沒有出現(xiàn)中斷，說明供電回路未出現(xiàn)聯(lián)接異常；

● 信號線連續(xù)，沒有出現(xiàn)中斷，說明信號線聯(lián)接未出現(xiàn)異常；

● 分析trace，故障發(fā)生時，CAN未向EPS發(fā)出錯誤指令；

● 故障再現(xiàn)時，電流瞬間降為0安培， 故障指向EPS。

2.2 電機校核

圖2 EPS電機的工作原理

可以得出：

式中，U為電機電壓，R為電機電阻，L為繞組電感，Kt為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，ωm為電機轉(zhuǎn)速，τm為電機轉(zhuǎn)矩，I為電流，Te為時間常數(shù)

可近似計算簡化為：

以校核電機扭矩是否合理。

2.3 原因查找

建立EPS故障樹，該故障的可能出現(xiàn)原因有：

● EPS與整車的聯(lián)接：供電異常、CAN信號異常、EMC；

● EPS 軟件：軟件異常等；

● EPS硬件：元件異常，線路異常等；

● 車輛裝配：標定初始化，緊固件緊固不規(guī)范等。

圖3 電容原理圖

對故障樹中逐條排查。對EPS的各電子元件人為調(diào)整供電電壓，發(fā)現(xiàn)當某電容的供電電壓低于某一電壓 V0時，即可再現(xiàn)該故障（即圖示VReg），而其他途徑均無法模擬出此故障現(xiàn)象。

對該電容用示波器進行檢測，發(fā)現(xiàn)故障件中存在一些零件，可以檢測到紋波，且可高達800mV，而正常零件中，檢測不到明顯紋波。對紋波較明顯電容回用，可以再現(xiàn)該故障。

由此，故障鎖定該電容。某電容主要包含膽芯，膽絲，陰極，陽極等子件。

分析該電容，陰極與膽芯通過銀粉膠進行粘結(jié)，剝離電容，對比故障轉(zhuǎn)向機的該電容與正常的電容，發(fā)現(xiàn)故障件的電容里，粘結(jié)面積明顯不足，如圖 4。在實際使用時，如果陰極與膽芯接觸面積過小時，會導(dǎo)致助力丟失，發(fā)生故障。

2.4 改進措施

對出現(xiàn)該電容銀粉膠粘結(jié)不足的原因建立故障樹。

● 操作人員的技能，操作時銀粉膠的使用不當；

● 工具狀態(tài)不良，銀粉膠容器不清潔，銀粉膠的用量不當；

● 銀粉膠狀態(tài)不良；

● 固化溫度等。

在試驗室對各故障進行反復(fù)驗證，找出三個主要原因，依次為：固化溫度，工具的清潔度，銀粉膠的用量。

對此，我們做了一系列措施：

● 提高固化溫度以增強固化效果；

● 銀粉膠從冷庫取出后，由之前的12小時內(nèi)必須用完，縮短為8小時內(nèi)必須用完，銀粉膠容器，由之前的12小時清潔一次，縮短為8小時清潔一次；

● 將銀粉膠的重量作為檢測項進行控制，以便將銀粉膠的用量鎖定在合理的區(qū)間內(nèi)；

● 增加X-ray照射，以檢測粘結(jié)效果；

● 在產(chǎn)線增加剝離設(shè)備，以抽檢實際效果。

3 效果驗證

● 對措施斷點之后的電容，檢測10000件，進行紋波檢測，未發(fā)現(xiàn)異常。抽檢一定數(shù)量的電容，用 X-RAY照射，未發(fā)現(xiàn)異常，剝離電容，粘結(jié)面粘結(jié)效果良好。

● 轉(zhuǎn)向機臺架試驗，未發(fā)現(xiàn)異常，對改進后的零件進行試裝，未再現(xiàn)該故障。

● 從售后實際跟蹤效果來看，措施上線后，故障不再發(fā)生。

圖4 EPS偶發(fā)性助力丟失跟蹤圖

因此可以判斷，該故障已得到解決。

4 結(jié)束語

本文介紹了 EPS偶發(fā)性助力丟失的分析流程及解決辦法。此類故障，原因較多，分析難度較大，需要找準方向進行分析，并通過理論實踐相結(jié)合，找到問題的本源，才能徹底解決該問題。

參考文獻

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