凯迪拉克ATS-L电动助力转向系统故障检修

2019-04-24苏庆列

沿海企业与科技 2019年1期

苏庆列

汽车转向系统的发展至今已有一百多年的历史，主要经历了三个基本发展阶段，包括机械转向系统、液压助力转向系统和电动助力转向系统。凯迪拉克前期采用的SRX、SLS、CTS等转向系统都是液压助力系统。2015款凯迪拉克ATS装配了全新电子助力转向系统，该系统融合了普通电子助力转向的优点，拥有近似液压助力转向的特性。在驾驶员操纵方向盘时，可以感知完美的线性响应。另外，转向柱与中间轴之间是固定的，这种转向柱与转向轴承的链接更直接，从而可获得更为清晰的路感。

一、凯迪拉克ATS-L转向系统的组成

凯迪拉克ATS-L转向系统摒弃转向助力油管和转向助力液等机械助力部件，采用纯电动助力转向系统，如图1所示。凯迪拉克ATS-L纯电动助力系统主要包括：传动机构、减速机构、传感器（包括车速、扭矩、电机转速等）、控制单元、助力电机、转向机等。凯迪拉克ATS-L转向机（齿轮齿条式）的作用则比较复杂，主要是放大驾驶员传递的转向力，同时改变力的传递方向。作为汽车转向系统中的核心部件，它将机械转向力和电动助力在这里综合输出[1]。

图1 电动助力转向系统示意图

二、凯迪拉克ATS-L转向系统的工作原理

凯迪拉克ATS-L在转向时，助力转向系统控制ECU掌握助力电机驱动转向齿条，凯迪拉克ATS-L的带传动电动助力转向系统可以减少机械转向力。动力转向系统控制ECU采集扭电瓶电压、电机转速、电机扭矩等信号，通过汽车局域网串行数据电路的输入确定电机辅助级别。采集的汽车局域网串行数据电路的车速和发动机转速等信号，用于确定车辆转向时所需的转向助力大小。通过对电控助力电机的控制，使电机输出扭矩随着车速的变化而发生变化，可在低速时转向更加轻便，在高速时转向更加稳定，使驾驶变得更加安全和舒适[2]。

凯迪拉克ATS-L扭矩传感器固定在输入轴附近的转向机壳体上，对于其转向系统的正常工作至关重要。转动方向盘并向转向轴施加扭矩时，扭矩传感器监视输入扭矩量。转向时，动力转向系统控制ECU发送PWM指令给助力转向电机，控制其工作电流，并实时采集电机输出扭矩信号和转速信号[3]。

动力转向系统控制模块和电机连接至转向机壳体底座，通过带传动和转向螺母机构向转向齿条提供助力；转向螺母机构将带传动系统的旋转运动转换为转向齿条的直线往复运动。助力转向系统ECU实时检测电动助力转向系统故障信息，一旦检测到转向助力系统故障，ECU会在驾驶员信息中心显示SERVICE POWER STEERING的故障信息。此外，助力转向系统ECU还会自动检测系统温度，用于保护电动助力转向电机不至于高温受损，当计算的温度超过预定水平时，则降低指令输送至动力转向电机的电流量，这将导致助力水平暂时降低，计算的温度降至预定水平以下后，就又恢复最大助力，形成动态稳定。

三、凯迪拉克ATS-L转向系统故障

（一）故障现象

一辆行驶里程为19876km的凯迪拉克ATS-L车主反映：车子在地下室无法启动，方向盘不能解锁，要求我们上门施救。

由于客户给的信息不全，单考虑凯迪拉克ATSL不能启动的原因，可能有电量不足、电瓶坏掉、起动机故障、汽油不足、油路堵塞、汽油泵损坏、发动机搭铁不良等，考虑其是新车，这些故障概率比较小。同时车主还反映方向盘不能解锁，综合同款车型维修经验，我们推测可能是由于转向系统故障的原因。

（二）故障初步排查

由于不能确定不能启动且方向盘不能解锁的具体原因，我们带了搭电的工具和诊断电脑来到现场。首先启动车辆，确实没有启动征兆，但却有马达启动的声音，排除了蓄电池电量不足和启动马达有故障或发动机搭铁不良的可能性。那么就只剩下油路堵塞和油泵坏掉或转向柱锁止的原因。于是进一步排查，发现仪表上有显示“service column lock system（维修转向柱锁系统）”的警告信息，并且转向柱锁止装置指示灯点亮，这个信息很关键，大大缩小了排查范围。接着便用GDS诊断电脑对车辆进行初步诊断，得到的故障码为DTC B2897 05:转向柱锁电机锁止电路电压过高/开路，初步判断为转向系统故障，需拖回修理厂进行检修。

（三）凯迪拉克ATS-L电动助力转向系统常见故障分析

1.转向太困难或太容易故障分析

转向太难或太易故障的主要原因有：

（1）胎压过高或过低，需要确保胎压在正常范围。

（2）蓄电池电量过低，需要确保蓄电池电压正常。

（3）中间轴前围板密封件卡滞，必要时更换中间轴或前围板密封件。

（4）中间轴接头松动或磨损，检查夹紧螺栓及其接头是否损坏，必要时更换中间轴。

（5）转向机卡滞，必要时检查并更换转向机。

（6）上转弯轴弯曲，必要时更换转向柱。

（7）辅助电机的连接器损坏或断开，则需要确认连接器是否正确连接，确认连接器没有损坏，如果连接器损坏则更换连接器。

（8）传感器导线损坏，维修传感器线束，必要时更换转向机。

（9）控制单元故障，用诊断仪确认故障码，必要时更换控制单元。

（10）电机轴卡滞，需要确认诊断故障码，必要时更换电机或者模块总成。

2.转向系统异响故障分析

如果在不平的路面上驾驶时出现咔嗒声，则将钥匙置于ON（打开）位置，向左和向右转动方向盘若干次，确认是否出现咔嗒声或沉闷金属声。有则检查凯迪拉克ATS-L转向机是否有存在安装不当的现象。若存在安装不当，则重新正确安装转向机再进行路试，确认故障是否已经排除。

若转向机没有存在安装不当的现象，则检查中间转向轴，看中间转向轴是否有磨损。如果有磨损，则更换中间转向轴。如果没有磨损，则检查凯迪拉克ATS-L前悬架，看前悬架哪里出现磨损，更换产生噪音的前悬架组件。

3.方向盘回正性差故障分析

进行路试确认方向盘存在回正性差的现象，则可先润滑转向横拉杆接头和球头，检查悬架系统是否存在磨损或损坏的部件，必要时进行维修。

若不存在，则将方向盘向左右两个方向各转一圈，看方向盘回到原来位置是否出现困难或者异常。如果没有存在，则检查汽车四轮定位，查看数据，必要时进行调整。

如果不存在上述的现象则将车轮定位在正前位置，并锁定方向盘以防旋转。将中间轴从转向柱上断开，在方向盘上做好朝前标记，向左打方向盘一圈，再向右打方向盘一圈，回位方向盘，检查方向盘左右转向是否存在异常。如果有，则检查转向柱是否存在卡滞，必要时对转向柱进行维修或者更换。

若不存在上述的现象，则检查转向机是否存在卡滞或者其他异常，必要时对转向机进行维修或者更换新的转向机。

4.转向时方向盘喘振、颤动故障分析

进行路试，确认在转向时出现方向盘喘振或者颤动的原因，则检查前悬架部件是否有存在磨损或者卡滞的现象，如果发现必要时润滑或者更换前悬架磨损及卡滞的部件。

若不存在前悬架部件卡滞或磨损，则检查转向横拉杆接头是否存在卡滞或者磨损。如果存在，则更换外转向横拉杆顶端。

如果不存在转向横拉杆接头卡滞或磨损，则检查中间轴是否存在卡滞或磨损现象。如果存在，则更换中间转向轴。

如果不存在中间转向轴磨损或卡滞，则检查动力转向机是否有存在磨损或者卡滞。如果存在，则更换凯迪拉克ATS-L动力转向机。

如果不存在动力转向机卡滞或磨损，则检查凯迪拉克ATS-L转向柱是否存在卡滞或磨损。如果存在，则更换转向柱。

如果不存在转向柱卡滞或磨损，则动力转向辅助电机是否过热。如果辅助电机过热，则使动力转向辅助电机冷却并重新测试故障是否排除。如果仍过热，则直接更换凯迪拉克ATS-L转向机。

如果不存在转向辅助电机过热现象，也直接更换转向机。

（四）故障检修

由于诊断电脑显示凯迪拉克ATS-L存在故障码DTC B2897 05：转向柱锁电机锁止电路电压过高/开路，初步诊断为转向系统故障。根据维修手册我们可以得知，凯迪拉克ATS-L转向柱锁控制单元（SCLM）可以电子锁定转向柱。当使用原车钥匙启动车辆时，车身电子控制单元将通过点火开关识别钥匙，并将加密密码发送至SCLM控制单元。SCLM控制单元将自身存储的密码与车身电子控制单元发送的加密密码进行比较，如果钥匙信息匹配，则将转向柱解锁。

为了让转向柱锁止，SCLM控制单元必须得到3个输入值。

（1）车身电子控制单元的电源模式应处于OFF状态。

（2）车速为 0。

（3）车辆车门打开，进入被动式启动模块报告。

当SCLM控制单元接收到这些输入信息，转向柱将锁止。SCLM控制单元实时监测转向柱锁止系统，当SCLM控制单元检测到系统内故障时，将在SCLM控制单元存储故障码。转向系统出现故障时，将会在驾驶员信息中心显示Service Column Lock Now故障信息，其表明SCLM控制单元内存储了故障码。

1）查阅SCLM控制电路图[4]，如图2所示，将点火开关置于OFF（关闭）位置，断开K60SCLM控制单元上的线束连接器。点火开关置于“ON（打开）”位置。

2）测试SCLM控制单元端子4与搭铁之间的电压是否小于 1V。如图 3所示，测得的数据为0.253V，正常，则进行下一步检测。

3）点火开关置于“OFF（关闭）”位置。测试 SCLM控制单元端子4和搭铁之间是否断路。得到的数据是电阻无穷大，则进行下一步检测。