卡車制造端的電氣故障分析與排除（五）

于彥權， 高恩壯， 王鵬理， 劉從萍

（一汽解放汽車有限公司， 吉林 長春 130011）

1 前言

液化天然氣 （LNG） 車型是當前商用車企業在細分市場重點布局的一環， 天然氣重卡發動機通常是以普通柴油發動機為平臺研制開發， 但由于二者燃燒介質的區別， 在燃燒控制和后處理技術方面的差別很大， 需要相關從業人員類比學習。

2 故障分析與排除

案例車型簡介見表1。

表1 案例車型簡介

2.1 下線時的電氣故障

2.1.1 故障現象

點火開關撥至ST擋時， 起動機無動作。

2.1.2 原因分析

LNG發動機的起動方式與柴油車類似， 但點火方式完全不同， LNG發動機的點火方式與汽油機相同， 均為點燃式， 而柴油機為壓燃式。 起動機動作應當具備如下條件：起動信號正常、 空擋開關閉合、 發動機控制單元EMS工作正常、 起動繼電器至起動機接線正確等， 控制接線如圖1所示。空擋開關由換擋手柄控制， 空擋時， 該開關為閉合狀態。

圖1 LNG發動機起動控制接線簡圖

2.1.3 排查過程

用診斷儀讀取EMS故障信息， 未見故障； 讀取EMS的動態數據流， 檢查起動信號和空擋開關信號。 將點火開關撥至ST擋時， 診斷儀讀到起動信號的變化； 將換擋手柄撥至空擋位置， 空擋信號仍然顯示為在擋， 再隨機撥至其他擋位， 動態數據流無變化， 如圖2所示。 由此可推斷是EMS無法獲取空擋信號導致的無法啟動。

圖2 EMS動態數據流及空擋開關測量值

空擋開關安裝在變速器上方， 將其拔下并查看， 未見異常； 用萬用表測得孔位電壓分別為24.50V 和0V， 表明EMS輸出的供電正常； 再測量空擋開關電阻， 測得空擋位置時電阻為無窮大 （正常情況為導通）， 由此斷定該空擋開關已壞。 更換完空擋開關后， 故障消除。

2.2 靜檢時的電氣故障

2.2.1 故障現象

儀表顯示發動機故障燈和排放故障燈； 儀表不顯示天然氣液位； 儀表顯示車道偏離預警和前防碰撞預警故障、胎壓傳感器匹配失敗。

2.2.2 原因分析

1） 發動機及排放故障原因分析

LNG發動機相對于柴油發動機， 電控系統更加復雜，與發動機供氣、 燃燒相關的傳感器數量眾多， 但后處理相關的傳感器很少， 這是因為LNG的主要成分是甲烷， 燃燒后幾乎沒有氮氧化合物和PM的形成， 因此其更容易實現排放升級。 先讀取EMS故障信息， 確定排查方向。

2） 儀表不顯示天然氣液位原因分析

天然氣液位由安裝在LNG罐體上的液位傳感器檢測并傳輸， 而且液位傳感器還是舒適CAN上的節點， 液位信號的傳輸路徑是： 液位傳感器—網關—儀表。 液位的顯示需要在EOL階段向儀表、 網關寫入LNG相關信息， 因此先檢查儀表和網關的配置是否正確。 LNG液位顯示圖標如圖3所示。

圖3 LNG液位顯示圖標

3） 車道偏離及前防碰撞預警故障原因分析

車道偏離預警系統 （LDW） 和前防碰撞預警系統（FCW） 功能分別由前視智能攝像頭和電子掃描雷達實現，車輛下線后需對其進行標定， 否則儀表上會顯示相應的故障燈。 攝像頭和胎壓接收器一樣， 同為舒適CAN上的節點，不同之處在于攝像頭接線于儀表板線束內， 胎壓接收器接線于底盤線束中。 圖4為車輛舒適CAN拓撲圖。

圖4 舒適CAN拓撲圖

由于LDW與TMPS同時顯示故障信息， 大概率是舒適CAN通信故障導致的。 LNG車輛的氣瓶安裝于駕駛室后端，氣瓶液位傳感器遠離CAN總線主線路， 加之舒適CAN總線的兩個終端網關和BCM均安裝于駕駛室內， 因此舒適CAN接線采用儀表板—底盤—儀表板的折回結構， 該區域發生故障的概率較大。 可先用診斷儀讀取攝像頭故障信息。

4） 胎壓匹配失敗故障原因分析

《營運貨車安全技術條件 第2部分： 牽引車輛與掛車》（JT/T 1178.2—2019） 中規定： 最高車速大于或等于90km/h的牽引車輛， 使用單胎的車輪應安裝輪胎氣壓監測系統（TPMS） 或具有輪胎氣壓檢測功能的裝置。 該車的兩個轉向輪安裝有胎壓檢測系統， 車輛下線后需要將各傳感器的ID寫入到胎壓監測接收器 （TPMS控制器）， 實現二者的匹配， 該過程為胎壓標定。 接收器通過CAN總線將傳感器采集到的輪胎氣壓、 溫度信息發送給儀表等節點。

胎壓傳感器安裝在輪胎內部， 本體自帶電源和天線，向TPMS控制器傳輸無線信號。 產線作業時傳感器的ID除了本體存儲， 車輪分裝時還將ID印于標簽并粘貼在車輪外表面， 便于標定人員讀取， 本車的胎壓監測系統如圖5所示。

圖5 胎壓監測系統簡圖

TPMS控制器是車輛舒適CAN上的節點， 診斷儀讀取接收器信息時， 需要借助診斷CAN與網關進行通信， 再由網關經舒適CAN轉接TPMS控制器。 先用診斷儀讀取基本信息查看胎壓匹配失敗的原因。

2.2.3 排除過程

1） 發動機及排放故障排除過程

用診斷儀讀取EMS故障信息為第5缸點火線圈短路， 起動發動機后， 怠速有些不穩定。 將駕駛室舉升起， 找到并拔下發動機上端第5缸的點火線圈插接器， 發現點火線圈端有燒蝕的跡象。 用萬用表測量線束端的供電、 信號及搭鐵均正常， 燒蝕的原因應該是點火線圈內部發生短路故障。重新更換點火線圈， 進入EMS的OBD診斷讀取歷史故障并清除， 斷電保存后再次起動發動機， 發動機故障消失。

2） 儀表不顯示天然氣液位排除過程

用診斷儀讀取儀表參數配置， 其發動機電控類型為天然氣發動機， 表明配置正確。 再讀取網關參數配置， 發現GCT （Gas Capacity Transmitter） 的參數值為 “無”， 如圖6所示， 正確參數應該為“有”。 將參數重置后， 故障排除。

圖6 網關參數配置

3） 車道偏離及前防碰撞預警故障排除過程

用診斷儀分別連接TPMS控制器和攝像頭， 發現均無法讀取其基本信息， 然后再連接網關， 其故障信息為舒適CANbusoff、 車身控制器BCM節點丟失。

由于網關與BCM 在駕駛室內安裝位置緊鄰， 如圖7所示， 因此可用萬用表測量二者舒適CAN的接線情況。 點火開關撥至LOCK擋， 將網關和BCM插接器拔下， 根據導線顏色找到各自的舒適CAN， 本車舒適CANH為粉色線， CANL為棕色線。 測量發現對應顏色的CAN線導通， 排除CAN線斷路故障。 再通過圖紙查看導線在插接器中的線序， 發現網關中的舒適CANH和CANL顛倒， 導致CAN通信中斷。

圖7 網關與BCM實物圖

修復后TPMS控制器和攝像頭可正常連接， 攝像頭和雷達完成標定后故障消除， 但胎壓標定后， 儀表仍顯示右側前輪的胎壓傳感器匹配失敗。

4） 胎壓匹配失敗故障排除過程

該車的胎壓標定是通過診斷儀向TPMS控制器寫入標簽上的ID完成的， 但如果輪胎內部未安裝傳感器或傳感器失效， 抑或標簽內容錯誤都會導致匹配失敗。 這種標定方式完全依賴標簽內容， 無法判斷標簽上的ID是否為傳感器的真實ID。

用掃描設備激活右側車輪胎壓傳感器， 獲取其ID 為4F101D90， 而標簽ID為4F101AC0， 如圖8所示， 用診斷儀讀取到的ID也為4F101AC0， 表明TPMS控制器被傳入了錯誤的ID。 將真實的ID重新寫入后， 胎壓傳感器匹配成功， 故障消除。

圖8 真實ID和標簽ID

2.3 動檢時的電氣故障

2.3.1 故障現象

右轉報警提示音異常； 左轉向時， 四方位影像畫面切換功能失效； 獨立暖風不工作； 定速巡航不工作。

2.3.2 原因分析

1） 右轉報警提示音異常故障原因分析

JT/T 1178.2—2019中規定： 牽引車輛應安裝車輛右轉彎提示音裝置。 右轉彎提示音報警器通常安裝在車輛右側，具有晝間和夜間兩種工作模式， 其中晝間模式時報警器發出的聲音分貝要高。

基本工作原理是： 開啟右轉向， BCM獲取右轉信號后向右轉彎提示音報警器輸出相應的模式信號， 報警器工作。其中小燈點亮時， 觸發夜間模式， 控制接線如圖9所示。

圖9 右轉彎提示音報警器及控制原理簡圖

如果提示音異常時， 原因通常是BCM輸入或輸出信號不正確， 或者提示音報警器損壞。

2） 四方位影像故障原因分析

四方位影像系統在車輛轉向 （如左轉） 時， 顯示畫面會自動將左側畫面切換為主畫面， 而前視畫面隱藏， 右側畫面縮小為輔助畫面。 該車配置的四方位影像系統主要包括四方位影像控制器 （集成顯示屏）、 前后左右4個攝像頭，系統控制如圖10所示。

圖10 四方位影像系統控制簡圖

若轉向時無畫面切換功能， 應檢查該轉向信號是否被正確地傳輸至四方位影像控制器。

3） 獨立暖風故障原因分析

該車配置氣暖式獨立暖風系統， 在發動機熄火狀態也可為駕乘人員提供采暖。 主要組成部分包括小型燃油箱、電磁泵、 氣暖式加熱器、 溫控開關、 油管等， 其中加熱器還包括燃燒室、 熱交換器、 電機等。

采暖工作過程： 開啟溫控開關， 電磁泵向加熱器中輸送柴油， 在燃燒室內蒸發霧化， 與助燃空氣混合后燃燒，通過電機驅動風扇從進氣口吸入冷風， 經熱交換器轉化為暖風后由出風口吹入駕駛室內， 燃燒廢氣則排往駕駛室外。

獨立暖風系統不工作， 可從油路及電路方面分析， 其中電線束主要集中在加熱器處， 主供電從駕駛室熔斷器盒接入。 獨立暖風系統原理如圖11所示。

圖11 獨立暖風系統原理簡圖

4） 巡航失效故障原因分析

定速巡航的接線原理比較簡單， 其功能是否正常通常取決于發動機控制單元EMS的電控數據和開關至EMS的接線情況。 巡航開關與左右轉向開關共同集成在左側手柄上，功能項包括開關信號、 加速set+、 降速set-、 車速復位resume， 開關接線圖12所示。

圖12 定速巡航接線簡圖

接線圖顯示， 開關接線來自EMS， 排查巡航功能失效故障時， 可從EMS電控數據版本號、 開關動態數據流、 開關接線狀態入手。

2.3.3 排除過程

1） 右轉報警提示音異常故障排除過程

小燈關閉時， 撥動右轉開關， 右轉彎提示音報警器工作， 然后開啟小燈， 報警器聲音分貝提升， 表明晝間、 夜間控制模式顛倒。 查看圖紙上的BCM、 報警器管腳接線，發現BCM控制器上的晝夜模式孔位顛倒， 而實車線束也隨之設計錯誤。 將顛倒的接線重置， 再次檢查報警器， 工作模式恢復正常。

2） 四方位影像故障排除過程

通過上述分析， 轉向開關信號影響畫面切換， 而信號線兩端分別接轉向開關和四方位影像控制器， 而后者插接器更容易進行插拔操作。 將影像控制器插接器拔下， 左轉信號孔位未見異常， 用萬用表測量該孔位電壓也正常， 控制器端插針也完好。 重新插接后， 再次檢查， 轉向時畫面能正常切換， 故障不再復現， 因此認為是插接器接觸不良。

生產作業中， 插接器之間配合時出現接觸不良的現象時有發生， 通常也不易察覺。 從工藝角度制定的對策包括插接后打標記確認、 反向插拔等措施盡可能降低漏接和虛接的概率。

3） 獨立暖風故障排除過程

開啟溫控開關， 發現開關上的指示燈不亮， 表明無供電。 掀開臥鋪， 由于整個系統的供電僅來自于駕駛室熔斷器盒的一個插接器， 檢查起來比較方便。 發現供電插接頭漏接 （圖13）， 重新連接后， 獨立暖風功能恢復。

圖13 插接器漏接

4） 巡航失效故障排除過程

用診斷儀連接EMS， 讀取到的電控數據基本信息與生產信息完全相同， 排除電控數據問題， 也未讀取到故障信息； 讀取定速巡航開關信號（圖14）， 發現開關信號始終處于ON狀態， set+也無反應，可能是巡航開關接線問題。

圖14 巡航開關數據流

拆解巡航開關外圍護板， 發現開關插接正常， 插接器未見退針或者管腳折彎情況。 然后順著線束方向檢查， 發現開關線束被螺栓壓住。 修復后， 重新檢查開關， 功能恢復正常。

2.4 分析小結

案例車故障及成因統計見表2。

表2 案例車故障及成因統計

3 總結

LNG發動機因燃料性質及燃燒方式使其具備汽油機的一些特點， 比如LNG發動機安裝有爆震傳感器、 點火線圈等， 而這些裝置在柴油機上是看不到的。 LNG重卡在商用車市場占據重要位置， 各個卡車生產企業也紛紛推出自己的LNG產品， 因此要求汽車工藝及維修等從業人員也要學習相關知識， 拓寬知識面， 提升電氣故障排查技能。