某乘用車轉(zhuǎn)向柱模塊售后故障分析和改進(jìn)概述

馬江林

摘 要：本文通過對(duì)汽車轉(zhuǎn)向柱模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述，綜合自己工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某乘用車的轉(zhuǎn)向柱模塊的售后故障模式進(jìn)行剖析，分析其產(chǎn)生原因，提出改進(jìn)方法，使問題得到解決。從而引出售后市場(chǎng)問題對(duì)項(xiàng)目前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的重要性，并為后期新項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽車;轉(zhuǎn)向柱模塊;售后;改進(jìn)

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

1 整車顯示氣囊燈報(bào)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(bào)警，通過分析發(fā)現(xiàn)安全氣囊功能正常，整車ECU輸入和輸出信號(hào)正常，檢測(cè)為安全氣浪控制回路中呈現(xiàn)斷路現(xiàn)象。故障分析和改進(jìn)：

方向盤安全氣囊安裝在方向盤內(nèi)通過組合開關(guān)內(nèi)部扁平電纜作為回路傳輸相關(guān)傳遞信息與整車ECU相聯(lián)。ECU通過整車各個(gè)位置的傳感器檢測(cè)觸發(fā)條件發(fā)出相關(guān)指令給到方向盤氣囊進(jìn)行觸發(fā)。組合開關(guān)在氣囊回路中的電阻標(biāo)準(zhǔn)小于0.8 Ω。通過對(duì)組合開關(guān)內(nèi)部扁平電纜電阻測(cè)試，安全氣囊回路斷路，不符合標(biāo)準(zhǔn)，單件故障復(fù)現(xiàn)。通過拆解故障件，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象表現(xiàn)為內(nèi)部焊接銅箔斷裂，導(dǎo)致傳輸信號(hào)的中斷，觸發(fā)整車了安全氣囊報(bào)警。

該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從歐洲直接引用過來，歐洲在進(jìn)行時(shí)鐘彈簧內(nèi)部的扁平電纜設(shè)計(jì)時(shí)，為了讓銅箔帶子與連接器能很好的貼合，在連接器端子設(shè)定了0.9 mm的臺(tái)階，通過在現(xiàn)場(chǎng)不斷對(duì)故障的復(fù)現(xiàn)模擬，凸臺(tái)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(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，在生產(chǎn)過程銅箔帶斷裂的風(fēng)險(xiǎn)（售后12MIS PPM大約40左右）。對(duì)于對(duì)該問題，我們將凸臺(tái)高度重新定義由原始設(shè)計(jì)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(dǎo)致帶子脫離的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)我們焊接后的工位上加一個(gè)電阻測(cè)試儀，對(duì)所有下線產(chǎn)品進(jìn)行電阻測(cè)試，當(dāng)出現(xiàn)電阻大于0.8 Ω的產(chǎn)品，設(shè)備會(huì)自動(dòng)攔截。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障100%防流出。通過半年的跟蹤，該類問題沒有在客戶端進(jìn)行再發(fā)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(chǎng)報(bào)出多起車輛在行駛過程中報(bào)多功能方向盤按鍵和喇叭失效。售后工程師對(duì)多功能方向盤和喇叭進(jìn)行測(cè)試，其功能正常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)為組合開關(guān)內(nèi)部控制回路存在斷路現(xiàn)象。

故障分析和改進(jìn)：多功能和喇叭的信號(hào)通過時(shí)鐘彈簧內(nèi)部扁平電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)秸嘐CU。通過拆解故障件，發(fā)現(xiàn)故障件的時(shí)鐘彈簧內(nèi)部的扁平電纜斷裂，同時(shí)在時(shí)鐘彈簧內(nèi)部發(fā)現(xiàn)紅色絲帶或者頭發(fā)。通過對(duì)售后市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，整車在方向盤與轉(zhuǎn)向柱的護(hù)罩之間為避免摩擦，設(shè)計(jì)2 mm～5 mm的間隙，在有些地區(qū)買新車后，會(huì)在方向盤下端懸掛紅色絲帶物品進(jìn)行慶賀，由于在開車過程中轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤會(huì)產(chǎn)生向心力，紅色絲帶或者掉落在方向盤護(hù)罩上的長頭發(fā)會(huì)被帶入時(shí)鐘彈簧內(nèi)部?，F(xiàn)在國內(nèi)的主流設(shè)計(jì)都是在內(nèi)部進(jìn)行兩個(gè)軟環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)扁平電纜進(jìn)行平衡。當(dāng)有異物（紅色絲帶或者頭發(fā)）進(jìn)入時(shí)鐘彈簧內(nèi)部后，軟環(huán)會(huì)被帶亂，從而導(dǎo)致內(nèi)部扁平電纜和軟化位置錯(cuò)亂。如繼續(xù)打方向盤，扁平電纜就會(huì)被帶斷，導(dǎo)致回路斷開，相關(guān)的喇叭，多功能方向盤的信號(hào)中斷。

通過市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主流的組合開關(guān)的軟環(huán)結(jié)構(gòu)在市場(chǎng)上如出現(xiàn)異物入侵都會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部的扁平電纜斷裂。屬于故障類型屬于結(jié)構(gòu)限制，我們與歐洲研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行討論后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在歐洲的高端車上都在用假帶子的結(jié)構(gòu)來代替軟環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是用沒有功能的扁平電纜來代替軟環(huán)的作用，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘彈簧內(nèi)部的平衡。當(dāng)有異物侵入后，假帶子的結(jié)構(gòu)會(huì)把頭發(fā)擠到時(shí)鐘彈簧上端，不會(huì)存在異物導(dǎo)致軟環(huán)亂的情況，有效的規(guī)避組織內(nèi)部扁平電纜被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。我們決定在國產(chǎn)車上引入該結(jié)構(gòu)，由于歐洲高端車的組合開關(guān)假帶子材料成本偏高，我們?cè)谝朐摻Y(jié)構(gòu)的時(shí)候，對(duì)假帶子的材料進(jìn)行重新選擇。最終將假帶子的材料由PPN變成價(jià)格更低的PPE材料。經(jīng)過多輪的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，成功的在某國產(chǎn)組合開關(guān)上引入假帶子結(jié)構(gòu)，并順利的通過時(shí)鐘彈簧進(jìn)行壽命耐久測(cè)試。同時(shí)我們對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行了頭發(fā)入侵實(shí)驗(yàn)，將長約35 mm的頭發(fā)放入時(shí)鐘彈簧內(nèi)部，對(duì)方向盤進(jìn)行左右1.5圈的1 000次耐久試驗(yàn)。內(nèi)部扁平電纜并未出現(xiàn)斷裂。通過后來的售后數(shù)據(jù)跟蹤，成功的解決了時(shí)鐘彈簧異物入侵導(dǎo)致扁平電纜斷裂的故障。組合開關(guān)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(shí)候，撥動(dòng)燈光手柄，手柄根部通過內(nèi)部卡爪結(jié)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)部滑塊運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)金屬彈片在PCBA上不同區(qū)域進(jìn)行接觸，從而實(shí)現(xiàn)變光操作，在對(duì)不良件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)大量的零件都是手柄的撥頭斷，導(dǎo)致變光無法實(shí)現(xiàn)。

故障分析和改進(jìn)：針對(duì)燈光手柄撥頭被折斷這一現(xiàn)象，我們通過對(duì)其操作力進(jìn)行測(cè)試其范圍為7.5 N～9.5 N，按照技術(shù)要求該力要求在7±3 N之內(nèi)，符合要求。但是在實(shí)際使用過程中，駕駛員使用開關(guān)的條件與我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的模擬測(cè)試有區(qū)別。測(cè)試時(shí)候是用測(cè)試夾具逐漸去推燈光手柄，直到觸發(fā)功能，而實(shí)際使用中，一般剛使用燈光手柄開關(guān)駕駛員會(huì)逐漸加大用力，當(dāng)對(duì)該車的操作熟悉后，會(huì)用稍大的力去操作。如果在操作這的感覺中該開關(guān)手感較重則會(huì)使用超出平常的力來操作，通過到售后市場(chǎng)調(diào)研，多數(shù)情況下開關(guān)的瞬間操作力為該開關(guān)最大操作力的3～4倍，同時(shí)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(chǎn)品本身的承受力。顯然，在這樣的力的作用下，設(shè)計(jì)者應(yīng)該對(duì)撥頭的承受能力重新進(jìn)行考慮。

我們?cè)趯?duì)產(chǎn)品破壞試驗(yàn)條件為在手柄100 mm處施加一個(gè)80 N的力，抽樣進(jìn)行10次的測(cè)試。其中有1次出現(xiàn)了撥頭斷裂的情況，在開關(guān)的實(shí)際使用過程中，由于使用的次數(shù)增加加上開關(guān)撥頭隨使用頻次增加被磨損，同時(shí)有波動(dòng)加速度的影響，其承受的操作力會(huì)有所下降。用戶在使用一段時(shí)間后，手臂會(huì)斷裂的原因在此。

我們對(duì)手柄的各個(gè)部件配合倒角進(jìn)行修模，使零件配合順暢，不存在卡滯現(xiàn)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(diǎn)，在季度產(chǎn)品審核中加入到檢查項(xiàng)目中。同時(shí)我們也對(duì)撥頭的壁厚進(jìn)行加寬，試手柄抗破壞力加強(qiáng)至100 N。完成上述改進(jìn)后抽取5件產(chǎn)品對(duì)燈光手柄進(jìn)行50 000次的耐久測(cè)試，通過耐久測(cè)試后，再對(duì)耐久測(cè)試的產(chǎn)品進(jìn)行抗破壞測(cè)試。在手柄100 mm處施加100 N的力，保持100秒，最終未出現(xiàn)不良手柄斷裂的情況。完成驗(yàn)證后導(dǎo)入該結(jié)構(gòu)。通過跟蹤售后表現(xiàn)該故障現(xiàn)象，該類型的故障率得到了急劇的下降。

4 改進(jìn)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(shè)計(jì)工作中都可以去規(guī)避的，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)候多考慮產(chǎn)品的使用條件，在工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候多分析工藝的缺陷等等，如果我們?cè)谇捌谏婕岸鄦枎讉€(gè)為什么，多去回顧之前的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及售后市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，就能規(guī)避大量的問題，節(jié)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(yīng)該重視產(chǎn)品在市場(chǎng)積累下來的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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