某乘用車轉向柱模塊售后故障分析和改進概述

馬江林

摘 要：本文通過對汽車轉向柱模塊的結構簡述，綜合自己工作經驗，對某乘用車的轉向柱模塊的售后故障模式進行剖析，分析其產生原因，提出改進方法，使問題得到解決。從而引出售后市場問題對項目前期結構設計驗證的重要性，并為后期新項目設計提供設計經驗。

關鍵詞：汽車;轉向柱模塊;售后;改進

為了滿足不同品牌，不同車型和車系的多樣化需求，轉向柱模塊的設計主要分幾種趨勢，模塊化，半模塊化和全總成化設計分別滿足不同汽車廠家的需求。組合開關可分為三大模塊：燈光手柄控制手柄，一般集成了轉向開關，變光開關，霧燈開關，小記里程開關，HUD抬頭顯示開關等等。雨刮控制開關，一般集成了雨刮器開關（高速，低速，自動雨刮，間歇雨刮），洗滌按鈕開關，前后洗滌切換開關等。時鐘彈簧總成，一般集成角度轉換傳感器，氣囊控制回路模塊，ESP（測試穩定系統模塊），多功能方向模塊回路，換擋片開關，喇叭回路開關等。

1 整車顯示氣囊燈報警

故障描述：在某乘用車在整車行駛中整車顯示安全氣囊報警，通過分析發現安全氣囊功能正常，整車ECU輸入和輸出信號正常，檢測為安全氣浪控制回路中呈現斷路現象。故障分析和改進：

方向盤安全氣囊安裝在方向盤內通過組合開關內部扁平電纜作為回路傳輸相關傳遞信息與整車ECU相聯。ECU通過整車各個位置的傳感器檢測觸發條件發出相關指令給到方向盤氣囊進行觸發。組合開關在氣囊回路中的電阻標準小于0.8 Ω。通過對組合開關內部扁平電纜電阻測試，安全氣囊回路斷路，不符合標準，單件故障復現。通過拆解故障件，發現故障現象表現為內部焊接銅箔斷裂，導致傳輸信號的中斷，觸發整車了安全氣囊報警。

該結構設計從歐洲直接引用過來，歐洲在進行時鐘彈簧內部的扁平電纜設計時，為了讓銅箔帶子與連接器能很好的貼合，在連接器端子設定了0.9 mm的臺階，通過在現場不斷對故障的復現模擬，凸臺高度是影響銅箔斷裂的主要原因。在電阻焊接工藝過程中大約0.5 N～0.8 N的下壓力，由于存在高度差，在銅箔處就會產生應力，在生產過程銅箔帶斷裂的風險（售后12MIS PPM大約40左右）。對于對該問題，我們將凸臺高度重新定義由原始設計的0.9 mm降低至0.3 mm，從而降低扁平電纜在焊接過程中受力導致帶子脫離的風險，同時我們焊接后的工位上加一個電阻測試儀，對所有下線產品進行電阻測試，當出現電阻大于0.8 Ω的產品，設備會自動攔截。從而實現對故障100%防流出。通過半年的跟蹤，該類問題沒有在客戶端進行再發生。成功的解決了該類故障問題。

2 車輛多功能方向盤和喇叭失效

故障描述：在售后市場報出多起車輛在行駛過程中報多功能方向盤按鍵和喇叭失效。售后工程師對多功能方向盤和喇叭進行測試，其功能正常，進一步檢查發現為組合開關內部控制回路存在斷路現象。

故障分析和改進：多功能和喇叭的信號通過時鐘彈簧內部扁平電纜進行信號傳輸到整車ECU。通過拆解故障件，發現故障件的時鐘彈簧內部的扁平電纜斷裂，同時在時鐘彈簧內部發現紅色絲帶或者頭發。通過對售后市場調研發現，整車在方向盤與轉向柱的護罩之間為避免摩擦，設計2 mm～5 mm的間隙，在有些地區買新車后，會在方向盤下端懸掛紅色絲帶物品進行慶賀，由于在開車過程中轉動方向盤會產生向心力，紅色絲帶或者掉落在方向盤護罩上的長頭發會被帶入時鐘彈簧內部。現在國內的主流設計都是在內部進行兩個軟環結構對扁平電纜進行平衡。當有異物（紅色絲帶或者頭發）進入時鐘彈簧內部后，軟環會被帶亂，從而導致內部扁平電纜和軟化位置錯亂。如繼續打方向盤，扁平電纜就會被帶斷，導致回路斷開，相關的喇叭，多功能方向盤的信號中斷。

通過市場調查發現，主流的組合開關的軟環結構在市場上如出現異物入侵都會導致內部的扁平電纜斷裂。屬于故障類型屬于結構限制，我們與歐洲研發團隊進行討論后，發現現在歐洲的高端車上都在用假帶子的結構來代替軟環結構，該結構是用沒有功能的扁平電纜來代替軟環的作用，從而實現時鐘彈簧內部的平衡。當有異物侵入后，假帶子的結構會把頭發擠到時鐘彈簧上端，不會存在異物導致軟環亂的情況，有效的規避組織內部扁平電纜被損壞的風險。我們決定在國產車上引入該結構，由于歐洲高端車的組合開關假帶子材料成本偏高，我們在引入該結構的時候，對假帶子的材料進行重新選擇。最終將假帶子的材料由PPN變成價格更低的PPE材料。經過多輪的設計驗證，成功的在某國產組合開關上引入假帶子結構，并順利的通過時鐘彈簧進行壽命耐久測試。同時我們對新結構進行了頭發入侵實驗，將長約35 mm的頭發放入時鐘彈簧內部，對方向盤進行左右1.5圈的1 000次耐久試驗。內部扁平電纜并未出現斷裂。通過后來的售后數據跟蹤，成功的解決了時鐘彈簧異物入侵導致扁平電纜斷裂的故障。組合開關的售后整體PPM下降了20%。

3 燈光手柄撥頭斷裂

在整車變光操作時候，撥動燈光手柄，手柄根部通過內部卡爪結構帶動內部滑塊運動，帶動金屬彈片在PCBA上不同區域進行接觸，從而實現變光操作，在對不良件進行分析發現大量的零件都是手柄的撥頭斷，導致變光無法實現。

故障分析和改進：針對燈光手柄撥頭被折斷這一現象，我們通過對其操作力進行測試其范圍為7.5 N～9.5 N，按照技術要求該力要求在7±3 N之內，符合要求。但是在實際使用過程中，駕駛員使用開關的條件與我們在實驗室的模擬測試有區別。測試時候是用測試夾具逐漸去推燈光手柄，直到觸發功能，而實際使用中，一般剛使用燈光手柄開關駕駛員會逐漸加大用力，當對該車的操作熟悉后，會用稍大的力去操作。如果在操作這的感覺中該開關手感較重則會使用超出平常的力來操作，通過到售后市場調研，多數情況下開關的瞬間操作力為該開關最大操作力的3～4倍，同時由于人在操作工程中帶有加速度。所以在瞬間的推力很可能是要大于產品本身的承受力。顯然，在這樣的力的作用下，設計者應該對撥頭的承受能力重新進行考慮。

我們在對產品破壞試驗條件為在手柄100 mm處施加一個80 N的力，抽樣進行10次的測試。其中有1次出現了撥頭斷裂的情況，在開關的實際使用過程中，由于使用的次數增加加上開關撥頭隨使用頻次增加被磨損，同時有波動加速度的影響，其承受的操作力會有所下降。用戶在使用一段時間后，手臂會斷裂的原因在此。

我們對手柄的各個部件配合倒角進行修模，使零件配合順暢，不存在卡滯現象，并將操作力控制在5 N～7 N。并將此作為過程控制的要點，在季度產品審核中加入到檢查項目中。同時我們也對撥頭的壁厚進行加寬，試手柄抗破壞力加強至100 N。完成上述改進后抽取5件產品對燈光手柄進行50 000次的耐久測試，通過耐久測試后，再對耐久測試的產品進行抗破壞測試。在手柄100 mm處施加100 N的力，保持100秒，最終未出現不良手柄斷裂的情況。完成驗證后導入該結構。通過跟蹤售后表現該故障現象，該類型的故障率得到了急劇的下降。

4 改進成效及新問題思考

雖然這些問題都得到解決，而且成效比較明顯，但是回頭看這些問題，都是在前期設計工作中都可以去規避的，如果我們在設計結構和尺寸時候多考慮產品的使用條件，在工藝設計的時候多分析工藝的缺陷等等，如果我們在前期涉及多問幾個為什么，多去回顧之前的產品的設計以及售后市場的經驗，就能規避大量的問題，節約大量的成本，較少大量的損失。很多人都知道先期策劃的重要性，但是我們更應該重視產品在市場積累下來的寶貴經驗。

參考文獻：

[1]劉巖睿，夏群生，何樂.汽車轉向組合開關力特性研究[J].汽車工程，2004（3）：336-340.