電子助力轉(zhuǎn)向機(jī)偶發(fā)性助力丟失分析

李國(guó)強(qiáng)，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(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)（下稱EPS）由于節(jié)能，操作輕便，易于布置等優(yōu)點(diǎn)，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(yán)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(shí)施，助力丟失已變成汽車公司越來越重視的一個(gè)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)簡(jiǎn)介

EPS根據(jù)助力機(jī)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(hào)，并將電子信號(hào)通過線束傳遞到ECU，ECU經(jīng)過計(jì)算，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)化為扭矩，從而實(shí)現(xiàn)為轉(zhuǎn)向提供助力。

ECU主要輸入信號(hào)：

● 蓄電池電壓。蓄電池的供電電壓對(duì) ECU影響很大，當(dāng)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(hào)。扭矩信號(hào)，將直接影響轉(zhuǎn)向機(jī)的輸出扭矩；

● 點(diǎn)火信號(hào)。初始化EPS的功能，根據(jù)標(biāo)定設(shè)定的不同，點(diǎn)火次數(shù)會(huì)一定程度影響EPS的助力輸出；

● CAN信號(hào)。EPS通過CAN接收整車的指令，如啟停STT等功能；

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

● 馬達(dá)位置傳感器信號(hào)。

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(shí)，方向盤瞬時(shí)失控，可自動(dòng)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(shí)也會(huì)伴隨ESP亮燈（此處并非表明EPS和ESP燈同時(shí)亮，就意味著EPS出現(xiàn)故障，ESP發(fā)生故障，有時(shí)也會(huì)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(shí)松脫，回路緊固件裝配不良，信號(hào)線接插件聯(lián)接不穩(wěn)定，外部電磁干擾，CAN向EPS發(fā)出錯(cuò)誤指令或者EPS未接收到正確信號(hào)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(yàn)，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(jī)返回供應(yīng)商，臺(tái)架試驗(yàn)無法再現(xiàn)故障，對(duì)可疑轉(zhuǎn)向機(jī)進(jìn)行高低溫循環(huán)后再試驗(yàn)，無法再現(xiàn)故障，裝車回用也無法再現(xiàn)故障。

對(duì)某臺(tái)可再現(xiàn)車輛進(jìn)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(hào)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(jìn)一步確認(rèn)故障時(shí)的相關(guān)信息。

測(cè)試方法：

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

圖1 故障再現(xiàn)時(shí)，示波器信號(hào)

● 在故障再現(xiàn)時(shí)，供電電壓平穩(wěn)，排除整車供電因素；

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

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

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

● 故障再現(xiàn)時(shí)，電流瞬間降為0安培， 故障指向EPS。

2.2 電機(jī)校核

圖2 EPS電機(jī)的工作原理

可以得出：

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

可近似計(jì)算簡(jiǎn)化為：

以校核電機(jī)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(hào)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(biāo)定初始化，緊固件緊固不規(guī)范等。

圖3 電容原理圖

對(duì)故障樹中逐條排查。對(duì)EPS的各電子元件人為調(diào)整供電電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)某電容的供電電壓低于某一電壓 V0時(shí)，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(duì)該電容用示波器進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障件中存在一些零件，可以檢測(cè)到紋波，且可高達(dá)800mV，而正常零件中，檢測(cè)不到明顯紋波。對(duì)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(jìn)行粘結(jié)，剝離電容，對(duì)比故障轉(zhuǎn)向機(jī)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(shí)際使用時(shí)，如果陰極與膽芯接觸面積過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致助力丟失，發(fā)生故障。

2.4 改進(jìn)措施

對(duì)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(shí)銀粉膠的使用不當(dāng)；

● 工具狀態(tài)不良，銀粉膠容器不清潔，銀粉膠的用量不當(dāng)；

● 銀粉膠狀態(tài)不良；

● 固化溫度等。

在試驗(yàn)室對(duì)各故障進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，找出三個(gè)主要原因，依次為：固化溫度，工具的清潔度，銀粉膠的用量。

對(duì)此，我們做了一系列措施：

● 提高固化溫度以增強(qiáng)固化效果；

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

● 將銀粉膠的重量作為檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)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(cè)粘結(jié)效果；

● 在產(chǎn)線增加剝離設(shè)備，以抽檢實(shí)際效果。

3 效果驗(yàn)證

● 對(duì)措施斷點(diǎn)之后的電容，檢測(cè)10000件，進(jìn)行紋波檢測(cè)，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(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)改進(jìn)后的零件進(jìn)行試裝，未再現(xiàn)該故障。

● 從售后實(shí)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(zhǔn)方向進(jìn)行分析，并通過理論實(shí)踐相結(jié)合，找到問題的本源，才能徹底解決該問題。

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