蘇慶列

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展至今已有一百多年的歷史，主要經(jīng)歷了三個(gè)基本發(fā)展階段，包括機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。凱迪拉克前期采用的SRX、SLS、CTS等轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是液壓助力系統(tǒng)。2015款凱迪拉克ATS裝配了全新電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了普通電子助力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)，擁有近似液壓助力轉(zhuǎn)向的特性。在駕駛員操縱方向盤時(shí)，可以感知完美的線性響應(yīng)。另外，轉(zhuǎn)向柱與中間軸之間是固定的，這種轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向軸承的鏈接更直接，從而可獲得更為清晰的路感。

一、凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摒棄轉(zhuǎn)向助力油管和轉(zhuǎn)向助力液等機(jī)械助力部件，采用純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖1所示。凱迪拉克ATS-L純電動(dòng)助力系統(tǒng)主要包括：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、傳感器（包括車速、扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）、控制單元、助力電機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)等。凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向機(jī)（齒輪齒條式）的作用則比較復(fù)雜，主要是放大駕駛員傳遞的轉(zhuǎn)向力，同時(shí)改變力的傳遞方向。作為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的核心部件，它將機(jī)械轉(zhuǎn)向力和電動(dòng)助力在這里綜合輸出[1]。

圖1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖

二、凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

凱迪拉克ATS-L在轉(zhuǎn)向時(shí)，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制ECU掌握助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條，凱迪拉克ATS-L的帶傳動(dòng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以減少機(jī)械轉(zhuǎn)向力。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制ECU采集扭電瓶電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩等信號(hào)，通過汽車局域網(wǎng)串行數(shù)據(jù)電路的輸入確定電機(jī)輔助級(jí)別。采集的汽車局域網(wǎng)串行數(shù)據(jù)電路的車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，用于確定車輛轉(zhuǎn)向時(shí)所需的轉(zhuǎn)向助力大小。通過對(duì)電控助力電機(jī)的控制，使電機(jī)輸出扭矩隨著車速的變化而發(fā)生變化，可在低速時(shí)轉(zhuǎn)向更加輕便，在高速時(shí)轉(zhuǎn)向更加穩(wěn)定，使駕駛變得更加安全和舒適[2]。

凱迪拉克ATS-L扭矩傳感器固定在輸入軸附近的轉(zhuǎn)向機(jī)殼體上，對(duì)于其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤并向轉(zhuǎn)向軸施加扭矩時(shí)，扭矩傳感器監(jiān)視輸入扭矩量。轉(zhuǎn)向時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制ECU發(fā)送PWM指令給助力轉(zhuǎn)向電機(jī)，控制其工作電流，并實(shí)時(shí)采集電機(jī)輸出扭矩信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)[3]。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制模塊和電機(jī)連接至轉(zhuǎn)向機(jī)殼體底座，通過帶傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向螺母機(jī)構(gòu)向轉(zhuǎn)向齒條提供助力；轉(zhuǎn)向螺母機(jī)構(gòu)將帶傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向齒條的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ECU實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障信息，一旦檢測(cè)到轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)故障，ECU會(huì)在駕駛員信息中心顯示SERVICE POWER STEERING的故障信息。此外，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ECU還會(huì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)溫度，用于保護(hù)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向電機(jī)不至于高溫受損，當(dāng)計(jì)算的溫度超過預(yù)定水平時(shí)，則降低指令輸送至動(dòng)力轉(zhuǎn)向電機(jī)的電流量，這將導(dǎo)致助力水平暫時(shí)降低，計(jì)算的溫度降至預(yù)定水平以下后，就又恢復(fù)最大助力，形成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

三、凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障

（一）故障現(xiàn)象

一輛行駛里程為19876km的凱迪拉克ATS-L車主反映：車子在地下室無法啟動(dòng)，方向盤不能解鎖，要求我們上門施救。

由于客戶給的信息不全，單考慮凱迪拉克ATSL不能啟動(dòng)的原因，可能有電量不足、電瓶壞掉、起動(dòng)機(jī)故障、汽油不足、油路堵塞、汽油泵損壞、發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵不良等，考慮其是新車，這些故障概率比較小。同時(shí)車主還反映方向盤不能解鎖，綜合同款車型維修經(jīng)驗(yàn)，我們推測(cè)可能是由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障的原因。

（二）故障初步排查

由于不能確定不能啟動(dòng)且方向盤不能解鎖的具體原因，我們帶了搭電的工具和診斷電腦來到現(xiàn)場(chǎng)。首先啟動(dòng)車輛，確實(shí)沒有啟動(dòng)征兆，但卻有馬達(dá)啟動(dòng)的聲音，排除了蓄電池電量不足和啟動(dòng)馬達(dá)有故障或發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵不良的可能性。那么就只剩下油路堵塞和油泵壞掉或轉(zhuǎn)向柱鎖止的原因。于是進(jìn)一步排查，發(fā)現(xiàn)儀表上有顯示“service column lock system（維修轉(zhuǎn)向柱鎖系統(tǒng)）”的警告信息，并且轉(zhuǎn)向柱鎖止裝置指示燈點(diǎn)亮，這個(gè)信息很關(guān)鍵，大大縮小了排查范圍。接著便用GDS診斷電腦對(duì)車輛進(jìn)行初步診斷，得到的故障碼為DTC B2897 05:轉(zhuǎn)向柱鎖電機(jī)鎖止電路電壓過高/開路，初步判斷為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障，需拖回修理廠進(jìn)行檢修。

（三）凱迪拉克ATS-L電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析

1.轉(zhuǎn)向太困難或太容易故障分析

轉(zhuǎn)向太難或太易故障的主要原因有：

（1）胎壓過高或過低，需要確保胎壓在正常范圍。

（2）蓄電池電量過低，需要確保蓄電池電壓正常。

（3）中間軸前圍板密封件卡滯，必要時(shí)更換中間軸或前圍板密封件。

（4）中間軸接頭松動(dòng)或磨損，檢查夾緊螺栓及其接頭是否損壞，必要時(shí)更換中間軸。

（5）轉(zhuǎn)向機(jī)卡滯，必要時(shí)檢查并更換轉(zhuǎn)向機(jī)。

（6）上轉(zhuǎn)彎軸彎曲，必要時(shí)更換轉(zhuǎn)向柱。

（7）輔助電機(jī)的連接器損壞或斷開，則需要確認(rèn)連接器是否正確連接，確認(rèn)連接器沒有損壞，如果連接器損壞則更換連接器。

（8）傳感器導(dǎo)線損壞，維修傳感器線束，必要時(shí)更換轉(zhuǎn)向機(jī)。

（9）控制單元故障，用診斷儀確認(rèn)故障碼，必要時(shí)更換控制單元。

（10）電機(jī)軸卡滯，需要確認(rèn)診斷故障碼，必要時(shí)更換電機(jī)或者模塊總成。

2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響故障分析

如果在不平的路面上駕駛時(shí)出現(xiàn)咔嗒聲，則將鑰匙置于ON（打開）位置，向左和向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤若干次，確認(rèn)是否出現(xiàn)咔嗒聲或沉悶金屬聲。有則檢查凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向機(jī)是否有存在安裝不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。若存在安裝不當(dāng)，則重新正確安裝轉(zhuǎn)向機(jī)再進(jìn)行路試，確認(rèn)故障是否已經(jīng)排除。

若轉(zhuǎn)向機(jī)沒有存在安裝不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，則檢查中間轉(zhuǎn)向軸，看中間轉(zhuǎn)向軸是否有磨損。如果有磨損，則更換中間轉(zhuǎn)向軸。如果沒有磨損，則檢查凱迪拉克ATS-L前懸架，看前懸架哪里出現(xiàn)磨損，更換產(chǎn)生噪音的前懸架組件。

3.方向盤回正性差故障分析

進(jìn)行路試確認(rèn)方向盤存在回正性差的現(xiàn)象，則可先潤(rùn)滑轉(zhuǎn)向橫拉桿接頭和球頭，檢查懸架系統(tǒng)是否存在磨損或損壞的部件，必要時(shí)進(jìn)行維修。

若不存在，則將方向盤向左右兩個(gè)方向各轉(zhuǎn)一圈，看方向盤回到原來位置是否出現(xiàn)困難或者異常。如果沒有存在，則檢查汽車四輪定位，查看數(shù)據(jù)，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

如果不存在上述的現(xiàn)象則將車輪定位在正前位置，并鎖定方向盤以防旋轉(zhuǎn)。將中間軸從轉(zhuǎn)向柱上斷開，在方向盤上做好朝前標(biāo)記，向左打方向盤一圈，再向右打方向盤一圈，回位方向盤，檢查方向盤左右轉(zhuǎn)向是否存在異常。如果有，則檢查轉(zhuǎn)向柱是否存在卡滯，必要時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向柱進(jìn)行維修或者更換。

若不存在上述的現(xiàn)象，則檢查轉(zhuǎn)向機(jī)是否存在卡滯或者其他異常，必要時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)進(jìn)行維修或者更換新的轉(zhuǎn)向機(jī)。

4.轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤喘振、顫動(dòng)故障分析

進(jìn)行路試，確認(rèn)在轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)方向盤喘振或者顫動(dòng)的原因，則檢查前懸架部件是否有存在磨損或者卡滯的現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)必要時(shí)潤(rùn)滑或者更換前懸架磨損及卡滯的部件。

若不存在前懸架部件卡滯或磨損，則檢查轉(zhuǎn)向橫拉桿接頭是否存在卡滯或者磨損。如果存在，則更換外轉(zhuǎn)向橫拉桿頂端。

如果不存在轉(zhuǎn)向橫拉桿接頭卡滯或磨損，則檢查中間軸是否存在卡滯或磨損現(xiàn)象。如果存在，則更換中間轉(zhuǎn)向軸。

如果不存在中間轉(zhuǎn)向軸磨損或卡滯，則檢查動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)是否有存在磨損或者卡滯。如果存在，則更換凱迪拉克ATS-L動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)。

如果不存在動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)卡滯或磨損，則檢查凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向柱是否存在卡滯或磨損。如果存在，則更換轉(zhuǎn)向柱。

如果不存在轉(zhuǎn)向柱卡滯或磨損，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向輔助電機(jī)是否過熱。如果輔助電機(jī)過熱，則使動(dòng)力轉(zhuǎn)向輔助電機(jī)冷卻并重新測(cè)試故障是否排除。如果仍過熱，則直接更換凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向機(jī)。

如果不存在轉(zhuǎn)向輔助電機(jī)過熱現(xiàn)象，也直接更換轉(zhuǎn)向機(jī)。

（四）故障檢修

由于診斷電腦顯示凱迪拉克ATS-L存在故障碼DTC B2897 05：轉(zhuǎn)向柱鎖電機(jī)鎖止電路電壓過高/開路，初步診斷為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障。根據(jù)維修手冊(cè)我們可以得知，凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向柱鎖控制單元（SCLM）可以電子鎖定轉(zhuǎn)向柱。當(dāng)使用原車鑰匙啟動(dòng)車輛時(shí)，車身電子控制單元將通過點(diǎn)火開關(guān)識(shí)別鑰匙，并將加密密碼發(fā)送至SCLM控制單元。SCLM控制單元將自身存儲(chǔ)的密碼與車身電子控制單元發(fā)送的加密密碼進(jìn)行比較，如果鑰匙信息匹配，則將轉(zhuǎn)向柱解鎖。

為了讓轉(zhuǎn)向柱鎖止，SCLM控制單元必須得到3個(gè)輸入值。

（1）車身電子控制單元的電源模式應(yīng)處于OFF狀態(tài)。

（2）車速為 0。

（3）車輛車門打開，進(jìn)入被動(dòng)式啟動(dòng)模塊報(bào)告。

當(dāng)SCLM控制單元接收到這些輸入信息，轉(zhuǎn)向柱將鎖止。SCLM控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向柱鎖止系統(tǒng)，當(dāng)SCLM控制單元檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)故障時(shí)，將在SCLM控制單元存儲(chǔ)故障碼。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)在駕駛員信息中心顯示Service Column Lock Now故障信息，其表明SCLM控制單元內(nèi)存儲(chǔ)了故障碼。

1）查閱SCLM控制電路圖[4]，如圖2所示，將點(diǎn)火開關(guān)置于OFF（關(guān)閉）位置，斷開K60SCLM控制單元上的線束連接器。點(diǎn)火開關(guān)置于“ON（打開）”位置。

2）測(cè)試SCLM控制單元端子4與搭鐵之間的電壓是否小于 1V。如圖 3所示，測(cè)得的數(shù)據(jù)為0.253V，正常，則進(jìn)行下一步檢測(cè)。

3）點(diǎn)火開關(guān)置于“OFF（關(guān)閉）”位置。測(cè)試 SCLM控制單元端子4和搭鐵之間是否斷路。得到的數(shù)據(jù)是電阻無窮大，則進(jìn)行下一步檢測(cè)。

圖2 SCLM控制電路圖

4）斷開凱迪拉克ATS-LK84無鑰匙進(jìn)入控制模塊上的X1線束連接器。測(cè)試K60SCLM控制單元上的線束連接器控制電路端子4端到1端的電阻是否小于2歐，如圖4所示，實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)為0.3歐。

圖3 搭鐵電路檢測(cè)結(jié)果

圖4 控制電路檢測(cè)結(jié)果

5）根據(jù)維修手冊(cè)得出的結(jié)論是更換SCLM控制單元。

6）于是更換了一個(gè)編號(hào)相同的SCLM控制單元，如圖5轉(zhuǎn)向柱鎖止控制模塊安裝示意圖所示，用診斷儀進(jìn)行編程和自學(xué)習(xí)后，故障排除。

圖5 轉(zhuǎn)向柱鎖止控制模塊安裝示意圖

四、總 結(jié)

由于凱迪拉克ATS-L電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有響應(yīng)快、路感強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以已逐步取代了原有機(jī)械助力或液壓助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。凱迪拉克ATS-L轉(zhuǎn)向柱鎖止控制模塊功能強(qiáng)大，故障原因極其復(fù)雜，遇到類似故障時(shí)宜及時(shí)排查，根據(jù)維修手冊(cè)和診斷電腦提示，逐一排除，將使維修變得事半功倍，有效保障客戶的行車安全。