汽車電子轉向柱失效故障分析及改進

章晨慰，單黎婷，陸 敏，邱曉峰

（1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201804；2.昆山滬光汽車電器股份有限公司，江蘇 昆山 215326）

1 故障現象

某款車型在某次點火發(fā)動后大概1 min，儀表盤上的電子轉向助力故障燈亮起，同時電子助力轉向功能失效。熄火后再次啟動，車輛恢復正常。在此過程中，車輛為原地怠速狀態(tài)，排擋處于P擋狀態(tài)。在對車輛的反復啟動熄火操作后，問題仍然無法精確復現。質保針對現場其他車輛逐一排查后發(fā)現，并非所有車輛都存在這個問題，問題的發(fā)生條件不清晰，復現困難。雖然問題發(fā)生偏屬于概率性問題，但由于電子助力轉向屬于安全件，萬一在車輛行駛過程中出現轉向失效的故障將嚴重威脅使用者的生命安全，所以針對電子助力轉向模塊、電路原理架構以及線束布置做了仔細排查。

2 故障現象分析與排查

1）首先確認線束是否存在短路、斷路、端子虛接的情況?，F場工程師根據原理圖，導通測得線束所有回路連接方式正確，且不存在斷路和端子虛接的情況。同時熔斷絲狀態(tài)正常，未發(fā)生熔斷跡象。因此可以基本排除線束本身品質問題。

2）核對設計圖紙和系統原理圖的連接方式，同時對比同平臺的其他已量產車型的同款CEPS控制模塊連接方式。得出結論：線束圖紙符合系統原理圖設計，同時故障車輛的連接方式和同平臺使用同款CEPS控制模塊的其他車輛連接方式均相同。因此可以初步排除線束圖紙錯誤。

3）在讀取了現場故障車輛CEPS控制模塊的故障碼之后，得到一條故障信息：接通點火開關第1擋上電，再進行下電操作后，總線上存在1.25 V左右的電壓，持續(xù)時間超過100 ms，CEPS產生故障碼，控制模塊停止工作。因此可以初步判斷在點火開關第1擋上電的網絡上，存在的殘余電壓以1.25 V上下高頻振動導致了CEPS產生故障碼。在和CEPS控制器專業(yè)部門的溝通中得到信息，1.25 V是個閥值電壓。當點火開關第1擋的網絡電壓高于1.25 V后，CEPS會進入喚醒模式；點火開關第1擋的網絡電壓低于1.25 V時，CEPS會進入休眠模式。

4）隨即對故障車輛整個上電第1擋的網絡電壓進行了測量。由于在該網絡中，存在多個電器零部件，所以不排除有個別零部件的反向電壓對網絡電壓產生了擾動影響。通過控制變量法逐一排查各電器件后，得到了在點火開關第1擋的網絡上電壓變化圖。如圖1所示。

圖1 電壓變化圖

故障車輛未上電時，點火開關第1擋的網路中存在殘留電壓，該電壓一邊是通過雨刮器開關過來，電壓隨雨刮器的調節(jié)而增大。其中，在雨刮器擋位調節(jié)到自動擋上的最小刮速擋位時，瞬時電壓達到0.65 V，并穩(wěn)定在0.55 V左右。此時車輛上電后，網絡電壓瞬間上到了1.2 V，并有部分時間上到1.25 V的區(qū)域并上下振動。此時如果振動區(qū)域超過100 ms，CEPS控制模塊便產生一個故障碼。因此，從雨刮器開關過來的反向電壓可以判斷是造成CEPS控制模塊故障碼的一個原因。即雨刮器開關給了一個大約0.55 V左右的反向電壓。同時，造成車輛上電時網路電壓突然上升到1.2～1.25 V的另一個來源也在零件排查中被發(fā)現了。在車輛中控面板上，組合開關條的啟停開關 （SSR）對點火開關第1擋所在的電壓網絡輸入了一個大致在0.6～0.7 V的反向電壓。

至此，電子轉向助力失效的原因和觸發(fā)條件已經基本查出：在車輛上電前，雨刮器位于自動擋的最小刮速擋位。當車輛上電后，網絡內電壓出現1.25 V的擾動，并且擾動時間持續(xù)超過某個值后，CEPS控制模塊報出故障碼，并在后續(xù)的車輛啟動中失效。此干擾電壓來源分別來自雨刮器開關和組合開關條SSR的反向電壓輸入。

3 原因分析及后續(xù)措施

故障車輛在下電狀態(tài)下，網絡中的2個電壓分別來自于雨刮器開關和啟停開關 （SSR）的反向電壓輸入。通過分析它們的原理和接入方式來尋找反向電壓的源頭。

雨刮器開關的反向電壓來自于BCM模塊給的輸入，經過測量大約在8.9V左右。經過雨刮器內部的分壓最后輸入到KL15網絡中的電壓范圍是0.2～0.55 V。如圖2所示。

圖2 分壓電路

另外一個輸入源組合開關條上的啟停開關 （SSR），一端接入點火開關第1擋的網絡，另外一端則連接到發(fā)動機控制模塊。當車輛上電激活時，ECM會給啟停開關 （SSR）一個反向電壓12 V，用來檢測SSR開關是否工作正常。通過開關內部的等效電阻分壓后輸出給點火開關第1擋上電 （小電流）反向電壓0.6～0.7 V。原理如圖3所示。

因此，當車輛上電激活后，啟停開關SSR開關輸出的反向電壓，和原有雨刮器開關的反向電壓耦合，加之點火開關第1擋的網絡內阻由于ECM的激活也發(fā)生了改變，最終在網絡中產生了一個1.25V左右的干擾電壓。由于電壓耦合是個過程，故1.25 V的干擾電壓會發(fā)生上下浮動。當浮動值高于1.25 V，且時間超過100 ms時，CEPS模塊便發(fā)出故障碼，進入故障模式。

這也是造成這個CEPS控制模塊失效的根本原因。由于每輛車的內阻有細微差異，并且耦合的過程也隨機，這也是造成故障難以復現的原因。

圖3 電路原理圖

由于CEPS控制器模塊1.25 V閥值的設定是通過一個三極管加二極管來物理實現，因此不能通過修改CEPS控制器內部編碼來改變這個閥值。能采取的有效解決方法是阻礙雨刮器開關或者啟停開關輸出反向電壓。明確了問題產生的原因后，研發(fā)部門共設計了多款有效解決問題的方案。

1）更改線束的電源屬性 將啟停開關從點火開關第1擋的網絡中移到發(fā)動機主繼電器取電的網絡中。點火開關第1擋的網絡電壓不再受到SSR反向電壓的影響，不再超過1 V。同時發(fā)動機主繼電器取電的網絡經測試，顯示不受啟停開關的反向電壓影響。因此后續(xù)車輛CEPS功能工作正常，沒有故障碼。

2）優(yōu)化啟停開關（SSR）在啟停開關 （SSR）內部接入二極管，阻止啟停開關輸出反向電壓。如圖4所示。

經過測試，點火開關第1擋的網絡電壓在車輛上電激活后不再高于1 V，CEPS控制器故障碼消失，車輛恢復正常。

以上兩種技術方案，均可解決CEPS失效故障的問題。

圖4 優(yōu)化啟停開關電路圖

4 總結

本次CEPS失效故障是由于汽車用電器在同一電路網絡相互作用下所導致。各用電器在各自設計階段都符合整車廠的標準，但是放到同一網絡中便會相互影響，進而導致故障。這對今后的原理設計會提出更大的考驗，因為在原理設計初期很難算出各用電器的實際耦合結果。線束工程師應更關注此類問題發(fā)生后如何去解決。本論文對于今后的車輛問題故障給出了一個分析方向。