因果軸分析方法在非量產車型電氣故障排查中的應用

谷原野，孫久龍，孫 云，馮梓軒，崔 巖，節忠海

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

乘用車投放市場之前需要小批量生產一些車輛（如試制車輛、慢裝車等）用于各類測試試驗，此階段由于車型項目的控制器、執行器、線束等電子電器均為未達到最終認可狀態，故這類車輛在試驗過程中經常會出現一些電氣故障。為保證車輛試驗的測試計劃，電氣故障排查工作的準確性、及時性尤為重要。因此，電氣故障分析需要建立標準的排查流程作為指導，應用高效的問題分析方法進行快速分析與定位。

1 故障排查方法

本文參考了豐田八步問題解決方法、福特8D問題解決方法［1］、麥肯錫7S問題解決方法，并經過總結簡化形成一種快速有效的汽車電氣故障排查方法。如圖1所示。

圖1 電氣故障排查方法

電氣故障排查方法主要分為4個步驟：首先進行電氣故障定義，然后分析電氣故障產生的原因，并根據各個可能導致故障的原因制定解決措施并逐個排查，最后將故障現象、故障原因、解決問題的措施錄入資源庫中進行固化及延展，為后續電氣故障排查提供依據及指導。資源庫為整個故障排查方法的智庫，包含了故障解決需要的知識庫、排查故障解決方案的方法庫、各類故障問題匯總的問題庫、排查故障應用工具的設備庫，資源庫的豐富程度對于解決問題的效率及效果具有重要作用，資源庫的建立與完善對于主機廠具有重要的意義。

故障的原因分析是整個故障排查的重點，如何進行故障定位，找出產生問題的根本原因，采用的問題分析工具尤為重要。常用的分析工具包括5個Why、故障樹、因果軸分析、魚骨圖［2］、FMEA等工具。本文結合5個Why與因果軸分析方法進行電氣故障分析。因果軸分析方法是一種分析事件發生的原因和導致的結果的分析方法，能夠理清相互關聯因素之間的關系，5個Why的分析方法可進行層層分析［3］，不斷深入挖掘問題產生的根本原因，并尋找解決問題的入手點，通過兩種工具的有機結合，便于電氣故障的快速定位及排查。因果軸分析方法如圖2所示。

根本原因判定條件為：①不能找到下一層的原因；②當達到自然現象極限；③當達到制度、法規、權利、成本等極限。

2 故障排查實例

2.1 故障現象

某車型生產線上多臺車輛在點火起動后儀表顯示發動機轉速不規律抖動，故障車輛的發動機怠速運轉正常，儀表顯示的發動機轉速頻繁出現轉速從600 r/min歸零后又重新跳到600 r/min的現象。

圖2 因果軸分析方法

2.2 故障分析

首先分析發動機轉速信號的流向［4］。ECU控制器采集發動機運轉的物理信號，計算后發動機實際轉速編碼為十六進制的發動機轉速信息，通過動力CAN總線經網關路由至信息CAN總線，儀表接收到發動機轉速后顯示發動機轉速，信息流向如圖3所示。

圖3 發動機轉速信號流向

根據圖3的發動機轉速的信號流向，應用因果軸分析進行層層分析，所有可能導致儀表顯示轉速發動機轉速抖動故障的原因分析如圖4所示。

圖4 因果軸分析原因

2.3 故障排查

通過因果軸分析到所有可能導致故障產生的原因，根據目前車輛的開發階段及樣件的開發狀態，第1步：確認線束回路的電氣連接狀態［5］，用萬用表檢測整個回路的線束連接關系，排除整個回路線束的短路、斷路、虛接等故障因素。第2步：排查控制器故障，應用診斷儀讀取儀表故障碼，儀表記錄丟失發動機轉速信號的故障碼（丟失ECU_3故障碼），該故障碼的觸發條件為丟失ECU_3報文（包含發動機轉速信號）超過10個周期。應用CANoe測試工具監測儀表CAN的報文情況，發現ECU_3的報文周期不穩定，丟幀現象嚴重，已經超過200 ms，故儀表記錄DTC（丟失ECU_3故障碼）。丟幀原因可能與GW和ECU2個控制器有關，應用診斷儀讀取GW故障碼，GW記錄丟失ECU_3的故障碼，問題排查范圍縮小為動力CAN信息及ECU控制器。診斷儀無法讀取動力CAN控制的信息，用CANoe監測動力CAN有報文信息，但是存在大量錯誤幀，如圖5所示。

圖5 動力CAN信息

用示波器監測動力CAN報文，發現報文的物理波形畸變率非常高，如圖6所示。

圖6 波形畸變

通過問題庫搜索，發現波形畸變產生主要與終端電阻不匹配導致，而終端電阻不匹配的主要原因為CAN網絡通信電路設計未按照通信規范定義，通過試錯法，逐個斷開動力CAN控制單元的方式，發現斷開安全氣囊控制器時發動機轉速跳變現象消失，故障原因鎖定為安全氣囊控制單元。經過檢測該安全氣囊控制單元，發現出現故障的安全氣囊控制器的CAN通信網絡電路的電阻值不符合技術規范規定，如圖7所示。

圖7 終端電阻不匹配

解決措施：將故障車輛的安全氣囊控制單元更換為硬件設計合格的安全氣囊控制單元，保證現生產工作的有序進行。

2.4 固化延展

技術角度方面，儀表顯示發動機轉速抖動的故障為安全氣囊的硬件設計問題，將故障現象及解決措施總結到問題庫中，作為后續故障排查的參考；管理角度方面，此故障現象為樣件批次品質問題，應該完善樣件批次品質的控制方案與管理流程，指導后續樣件的品質管理。

3 結論

本文梳理了電氣故障排查方法及流程，作為電氣故障排查的過程指南，并且在不斷的故障排查過程中將故障現象、排查方法、排查技巧等進行歸類總結，逐步形成豐富的資源庫，作為非量產車型故障排查的參考依據，并為汽車電氣開發設計提供反饋，提升設計品質。同時詳細闡述了因果軸分析方法的原理，并在實際故障分析中進行了應用。該方法能夠分析出電氣故障產生的原因，指導故障排查的實施，快速定位故障產生的根本原因，極大地提升電氣故障排查的效率。

［1］ 沈偉.8D問題解決方法在企業質量改進中的應用［J］.工程機械，2015（2）：51-56.

［2］ 欒輝，張茜銘.魚骨分析法在解決試驗車電氣問題中的應用［J］.汽車電器，2016（1）：36-38.

［3］ 胡玉琴. 基于魚骨圖和層次分析法的石油景點事故影響因素分析［J］.中國安全生產科學技術，2015（1）：133-137.

［4］ 王開德，李再勵.數據流分析在汽車故障檢測中的應用［J］.汽車維修，2013（7）：15-17.

［5］ 朱鳳超，齊志，司華超，等. 線束燒蝕故障分析與設計改進實例探析［J］. 汽車電器，2016（10）：52-54.