某乘用车转向柱模块售后故障分析和改进概述

马江林

摘 要：本文通过对汽车转向柱模块的结构简述，综合自己工作经验，对某乘用车的转向柱模块的售后故障模式进行剖析，分析其产生原因，提出改进方法，使问题得到解决。从而引出售后市场问题对项目前期结构设计验证的重要性，并为后期新项目设计提供设计经验。

关键词：汽车;转向柱模块;售后;改进

为了满足不同品牌，不同车型和车系的多样化需求，转向柱模块的设计主要分几种趋势，模块化，半模块化和全总成化设计分别满足不同汽车厂家的需求。组合开关可分为三大模块：灯光手柄控制手柄，一般集成了转向开关，变光开关，雾灯开关，小记里程开关，HUD抬头显示开关等等。雨刮控制开关，一般集成了雨刮器开关（高速，低速，自动雨刮，间歇雨刮），洗涤按钮开关，前后洗涤切换开关等。时钟弹簧总成，一般集成角度转换传感器，气囊控制回路模块，ESP（测试稳定系统模块），多功能方向模块回路，换挡片开关，喇叭回路开关等。

1 整车显示气囊灯报警

故障描述：在某乘用车在整车行驶中整车显示安全气囊报警，通过分析发现安全气囊功能正常，整车ECU输入和输出信号正常，检测为安全气浪控制回路中呈现断路现象。故障分析和改进：

方向盘安全气囊安装在方向盘内通过组合开关内部扁平电缆作为回路传输相关传递信息与整车ECU相联。ECU通过整车各个位置的传感器检测触发条件发出相关指令给到方向盘气囊进行触发。组合开关在气囊回路中的电阻标准小于0.8 Ω。通过对组合开关内部扁平电缆电阻测试，安全气囊回路断路，不符合标准，单件故障复现。通过拆解故障件，发现故障现象表现为内部焊接铜箔断裂，导致传输信号的中断，触发整车了安全气囊报警。

该结构设计从欧洲直接引用过来，欧洲在进行时钟弹簧内部的扁平电缆设计时，为了让铜箔带子与连接器能很好的贴合，在连接器端子设定了0.9 mm的台阶，通过在现场不断对故障的复现模拟，凸台高度是影响铜箔断裂的主要原因。在电阻焊接工艺过程中大约0.5 N～0.8 N的下压力，由于存在高度差，在铜箔处就会产生应力，在生产过程铜箔带断裂的风险（售后12MIS PPM大约40左右）。对于对该问题，我们将凸台高度重新定义由原始设计的0.9 mm降低至0.3 mm，从而降低扁平电缆在焊接过程中受力导致带子脱离的风险，同时我们焊接后的工位上加一个电阻测试仪，对所有下线产品进行电阻测试，当出现电阻大于0.8 Ω的产品，设备会自动拦截。从而实现对故障100%防流出。通过半年的跟踪，该类问题没有在客户端进行再发生。成功的解决了该类故障问题。

2 车辆多功能方向盘和喇叭失效

故障描述：在售后市场报出多起车辆在行驶过程中报多功能方向盘按键和喇叭失效。售后工程师对多功能方向盘和喇叭进行测试，其功能正常，进一步检查发现为组合开关内部控制回路存在断路现象。

故障分析和改进：多功能和喇叭的信号通过时钟弹簧内部扁平电缆进行信号传输到整车ECU。通过拆解故障件，发现故障件的时钟弹簧内部的扁平电缆断裂，同时在时钟弹簧内部发现红色丝带或者头发。通过对售后市场调研发现，整车在方向盘与转向柱的护罩之间为避免摩擦，设计2 mm～5 mm的间隙，在有些地区买新车后，会在方向盘下端悬挂红色丝带物品进行庆贺，由于在开车过程中转动方向盘会产生向心力，红色丝带或者掉落在方向盘护罩上的长头发会被带入时钟弹簧内部。现在国内的主流设计都是在内部进行两个软环结构对扁平电缆进行平衡。当有异物（红色丝带或者头发）进入时钟弹簧内部后，软环会被带乱，从而导致内部扁平电缆和软化位置错乱。如继续打方向盘，扁平电缆就会被带断，导致回路断开，相关的喇叭，多功能方向盘的信号中断。

通过市场调查发现，主流的组合开关的软环结构在市场上如出现异物入侵都会导致内部的扁平电缆断裂。属于故障类型属于结构限制，我们与欧洲研发团队进行讨论后，发现现在欧洲的高端车上都在用假带子的结构来代替软环结构，该结构是用没有功能的扁平电缆来代替软环的作用，从而实现时钟弹簧内部的平衡。当有异物侵入后，假带子的结构会把头发挤到时钟弹簧上端，不会存在异物导致软环乱的情况，有效的规避组织内部扁平电缆被损坏的风险。我们决定在国产车上引入该结构，由于欧洲高端车的组合开关假带子材料成本偏高，我们在引入该结构的时候，对假带子的材料进行重新选择。最终将假带子的材料由PPN变成价格更低的PPE材料。经过多轮的设计验证，成功的在某国产组合开关上引入假带子结构，并顺利的通过时钟弹簧进行寿命耐久测试。同时我们对新结构进行了头发入侵实验，将长约35 mm的头发放入时钟弹簧内部，对方向盘进行左右1.5圈的1 000次耐久试验。内部扁平电缆并未出现断裂。通过后来的售后数据跟踪，成功的解决了时钟弹簧异物入侵导致扁平电缆断裂的故障。组合开关的售后整体PPM下降了20%。

3 灯光手柄拨头断裂

在整车变光操作时候，拨动灯光手柄，手柄根部通过内部卡爪结构带动内部滑块运动，带动金属弹片在PCBA上不同区域进行接触，从而实现变光操作，在对不良件进行分析发现大量的零件都是手柄的拨头断，导致变光无法实现。

故障分析和改进：针对灯光手柄拨头被折断这一现象，我们通过对其操作力进行测试其范围为7.5 N～9.5 N，按照技术要求该力要求在7±3 N之内，符合要求。但是在实际使用过程中，驾驶员使用开关的条件与我们在实验室的模拟测试有区别。测试时候是用测试夹具逐渐去推灯光手柄，直到触发功能，而实际使用中，一般刚使用灯光手柄开关驾驶员会逐渐加大用力，当对该车的操作熟悉后，会用稍大的力去操作。如果在操作这的感觉中该开关手感较重则会使用超出平常的力来操作，通过到售后市场调研，多数情况下开关的瞬间操作力为该开关最大操作力的3～4倍，同时由于人在操作工程中带有加速度。所以在瞬間的推力很可能是要大于产品本身的承受力。显然，在这样的力的作用下，设计者应该对拨头的承受能力重新进行考虑。

我们在对产品破坏试验条件为在手柄100 mm处施加一个80 N的力，抽样进行10次的测试。其中有1次出现了拨头断裂的情况，在开关的实际使用过程中，由于使用的次数增加加上开关拨头随使用频次增加被磨损，同时有波动加速度的影响，其承受的操作力会有所下降。用户在使用一段时间后，手臂会断裂的原因在此。

我们对手柄的各个部件配合倒角进行修模，使零件配合顺畅，不存在卡滞现象，并将操作力控制在5 N～7 N。并将此作为过程控制的要点，在季度产品审核中加入到检查项目中。同时我们也对拨头的壁厚进行加宽，试手柄抗破坏力加强至100 N。完成上述改进后抽取5件产品对灯光手柄进行50 000次的耐久测试，通过耐久测试后，再对耐久测试的产品进行抗破坏测试。在手柄100 mm处施加100 N的力，保持100秒，最终未出现不良手柄断裂的情况。完成验证后导入该结构。通过跟踪售后表现该故障现象，该类型的故障率得到了急剧的下降。

4 改进成效及新问题思考

虽然这些问题都得到解决，而且成效比较明显，但是回头看这些问题，都是在前期设计工作中都可以去规避的，如果我们在设计结构和尺寸时候多考虑产品的使用条件，在工艺设计的时候多分析工艺的缺陷等等，如果我们在前期涉及多问几个为什么，多去回顾之前的产品的设计以及售后市场的经验，就能规避大量的问题，节约大量的成本，较少大量的损失。很多人都知道先期策划的重要性，但是我们更应该重视产品在市场积累下来的宝贵经验。

参考文献：

[1]刘岩睿，夏群生，何乐.汽车转向组合开关力特性研究[J].汽车工程，2004（3）：336-340.