电子助力转向机偶发性助力丢失分析

李国强，贾培娜

（1.吉利汽车研究总院，浙江 宁波 315327；2.神龙汽车有限公司技术中心，湖北 武汉 430056）

前言

电动助力转向机（下称EPS）由于节能，操作轻便，易于布置等优点，广泛应用于各大品牌汽车上。EPS属于安全件，EPS助力丢失属于安全故障。轻度的助力丢失，可以造成操作不便，降低操作舒适性， 严重的可以造成转向失控，甚至引发事故。随着新三包法的实施，助力丢失已变成汽车公司越来越重视的一个问题。而偶发性助力丢失成因较多，分析难度高。本文以某电容异常为例，介绍了此类故障的分析流程及分析方法，并最终通过一系列措施成功解决了该故障。

1 电动助力转向机简介

1.1 电动助力转向机简介

EPS根据助力机构的布置，可分C-EPS，P-EPS，DP-EPS，R-EPS等，主要通过传感器收集驾驶员的转向意图，将之转化为电子信号，并将电子信号通过线束传递到ECU，ECU经过计算，通过马达转化为扭矩，从而实现为转向提供助力。

ECU主要输入信号：

● 蓄电池电压。蓄电池的供电电压对 ECU影响很大，当蓄电池供电电压超出EPS正常工作电压后，EPS将不再提供助力，而只保留通讯功能，从而出现助力丢失；

● 方向盘扭矩信号。扭矩信号，将直接影响转向机的输出扭矩；

● 点火信号。初始化EPS的功能，根据标定设定的不同，点火次数会一定程度影响EPS的助力输出；

● CAN信号。EPS通过CAN接收整车的指令，如启停STT等功能；

● 车速信号。EPS的基础助力曲线通常通过不同车速的曲线来实现；

● 马达位置传感器信号。

1.2 偶发性助力丢失故障描述

偶发性助力丢失的故障，易消失，难再现。故障发生时，方向盘瞬时失控，可自动恢复，根据亮灯策略的不同，有可伴随亮灯，提示转向故障。由于EPS和ESP有数据互通，因此有时也会伴随ESP亮灯（此处并非表明EPS和ESP灯同时亮，就意味着EPS出现故障，ESP发生故障，有时也会导致转向故障灯亮，本文不做讨论）。

出现偶发性助力丢失的原因很多，如EPS内部电子元件状态不稳定，整车供电不平稳，回路联接出现瞬时松脱，回路紧固件装配不良，信号线接插件联接不稳定，外部电磁干扰，CAN向EPS发出错误指令或者EPS未接收到正确信号等因素均能影响EPS的正常工作。

2 问题分析

2.1 故障锁定

通过ABA交换试验，故障不再现，很难锁定故障来源，故障代码显示：供电异常。无法判断属于EPS内部供电异常还是外部供电异常。将可疑转向机返回供应商，台架试验无法再现故障，对可疑转向机进行高低温循环后再试验，无法再现故障，装车回用也无法再现故障。

对某台可再现车辆进行分析，试图发现故障的规律，但是连续试跑多日，发现该故障与热车，冷车，是否颠簸路，是否弯道等均无明显关系。人为在车辆周围增加信号干扰，不能再现该故障。

用示波器采集相关数据，以进一步确认故障时的相关信息。

测试方法：

用示波器同时监测EPS正极线的供电电压，回路电流，及信号线（如图1）。读取trace等相关信息。

图1 故障再现时，示波器信号

● 在故障再现时，供电电压平稳，排除整车供电因素；

● 电压信号没有出现中断，说明供电回路未出现联接异常；

● 信号线连续，没有出现中断，说明信号线联接未出现异常；

● 分析trace，故障发生时，CAN未向EPS发出错误指令；

● 故障再现时，电流瞬间降为0安培， 故障指向EPS。

2.2 电机校核

图2 EPS电机的工作原理

可以得出：

式中，U为电机电压，R为电机电阻，L为绕组电感，Kt为转矩常数，ωm为电机转速，τm为电机转矩，I为电流，Te为时间常数

可近似计算简化为：

以校核电机扭矩是否合理。

2.3 原因查找

建立EPS故障树，该故障的可能出现原因有：

● EPS与整车的联接：供电异常、CAN信号异常、EMC；

● EPS 软件：软件异常等；

● EPS硬件：元件异常，线路异常等；

● 车辆装配：标定初始化，紧固件紧固不规范等。

图3 电容原理图

对故障树中逐条排查。对EPS的各电子元件人为调整供电电压，发现当某电容的供电电压低于某一电压 V0时，即可再现该故障（即图示VReg），而其他途径均无法模拟出此故障现象。

对该电容用示波器进行检测，发现故障件中存在一些零件，可以检测到纹波，且可高达800mV，而正常零件中，检测不到明显纹波。对纹波较明显电容回用，可以再现该故障。

由此，故障锁定该电容。某电容主要包含胆芯，胆丝，阴极，阳极等子件。

分析该电容，阴极与胆芯通过银粉胶进行粘结，剥离电容，对比故障转向机的该电容与正常的电容，发现故障件的电容里，粘结面积明显不足，如图 4。在实际使用时，如果阴极与胆芯接触面积过小时，会导致助力丢失，发生故障。

2.4 改进措施

对出现该电容银粉胶粘结不足的原因建立故障树。

● 操作人员的技能，操作时银粉胶的使用不当；

● 工具状态不良，银粉胶容器不清洁，银粉胶的用量不当；

● 银粉胶状态不良；

● 固化温度等。

在试验室对各故障进行反复验证，找出三个主要原因，依次为：固化温度，工具的清洁度，银粉胶的用量。

对此，我们做了一系列措施：

● 提高固化温度以增强固化效果；

● 银粉胶从冷库取出后，由之前的12小时内必须用完，缩短为8小时内必须用完，银粉胶容器，由之前的12小时清洁一次，缩短为8小时清洁一次；

● 将银粉胶的重量作为检测项进行控制，以便将银粉胶的用量锁定在合理的区间内；

● 增加X-ray照射，以检测粘结效果；

● 在产线增加剥离设备，以抽检实际效果。

3 效果验证

● 对措施断点之后的电容，检测10000件，进行纹波检测，未发现异常。抽检一定数量的电容，用 X-RAY照射，未发现异常，剥离电容，粘结面粘结效果良好。

● 转向机台架试验，未发现异常，对改进后的零件进行试装，未再现该故障。

● 从售后实际跟踪效果来看，措施上线后，故障不再发生。

图4 EPS偶发性助力丢失跟踪图

因此可以判断，该故障已得到解决。

4 结束语

本文介绍了 EPS偶发性助力丢失的分析流程及解决办法。此类故障，原因较多，分析难度较大，需要找准方向进行分析，并通过理论实践相结合，找到问题的本源，才能彻底解决该问题。

参考文献

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].人民交通出版社,1999.8.

[2] 郭孔辉.汽车操纵动力学[M].吉林科学技术出版社,1991.12.

[3] 朱海(著).电动助力转向匹配分析及性能评价研究[M].吉林大学,2004.5.