混合動力大巴D檔與R檔錯亂的故障排除

程銀芬（深圳巴士集團(tuán)公汽分公司僑城北新能源車間，廣東 深圳　518000）

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混合動力大巴D檔與R檔錯亂的故障排除

程銀芬
（深圳巴士集團(tuán)公汽分公司僑城北新能源車間，廣東 深圳518000）

五洲龍汽車公司生產(chǎn)的混合動力大巴FDG6111HEVG，于2009年率先在深圳公交行業(yè)投入運(yùn)營，目前該批次車輛都已行駛35萬公里以上，各種故障相繼出現(xiàn)。部分故障第1次出現(xiàn)時，由于維修工對控制系統(tǒng)的理解不甚深刻全面，造成維修時遇到較大困難。本文將敘述該批次車輛D檔與R檔錯亂第1次出現(xiàn)時的故障排除。

1　故障現(xiàn)象

2015年5月31日，一輛混合動力大巴被拖進(jìn)車間，掛檔松手剎加油時車輛不走，經(jīng)檢測為驅(qū)動電機(jī)損壞。更換電機(jī)后試車，掛前進(jìn)檔踩加速踏板時車輛倒車，而掛倒檔則車輛前進(jìn)，倒車蜂鳴器鳴叫。前進(jìn)檔變成倒檔，倒檔變成前進(jìn)檔，即D檔與R檔錯亂。

該車采用集中式控制，配置大連天元電機(jī)有限公司生產(chǎn)的55kW三相變頻調(diào)速驅(qū)動電機(jī)。電機(jī)采用星接、水冷。驅(qū)動電機(jī)及銘牌見圖1。

圖1　　驅(qū)動電機(jī)及銘牌

對于上述現(xiàn)象，一般均認(rèn)為只要將驅(qū)動電機(jī)上的UVW這3根相線任意調(diào)換2根就可以解決問題。其理由是：普通的三相異步電動機(jī)只要將3根相線任意調(diào)換2根，電機(jī)即改變旋轉(zhuǎn)方向。該車裝用的雖然是變頻電動機(jī)，但原理一樣。

基于上述理論基礎(chǔ)，修理工試著調(diào)換驅(qū)動電機(jī)上UVW 這3根相線。其結(jié)果是車輛要么不走，要么能走時D檔與R檔錯亂。根據(jù)推理，變頻器輸出的UVW三相動力線與電機(jī)上的UVW三相接線端子，要做到3根對3根一一準(zhǔn)確對應(yīng)，在不知道端子名稱的情況下理論上要接6次才能正確對接。為防止漏接重接，修理工拿來筆和紙做好記錄。一次又一次反復(fù)調(diào)換，可令人遺憾的是，沒有一次調(diào)換能成功排除故障。

該款車第1次出現(xiàn)這種故障，修理工都認(rèn)為只需調(diào)換相線就能解決問題，甚至只有親身調(diào)換沒解決問題后，才相信單純調(diào)換相線不能解決問題。個個都覺得深奧，不可思議。其實(shí)，弄懂了其原理，故障就可以迎刃而解。

2　驅(qū)動原理分析

2．1驅(qū)動控制基本原理

驅(qū)動電機(jī)控制電路原理圖見圖2。

圖2　　驅(qū)動電機(jī)控制電路原理圖

變速桿掛入D檔或R檔時，CPU226模塊收到檔位邏輯信號，Q0.7端子輸出24 V高電位工作信號至PLC板中的MCN11插座的5號腳，經(jīng)電阻R限流后輸入PC（光藕）元件的觸發(fā)極，光藕的C、E極飽和導(dǎo)通，通過PCN10／5腳將程控板FWD端子的20V高電位轉(zhuǎn)換為0.3V的低電位。此時，程控板進(jìn)入工作待命狀態(tài)；程控板FWD端子的這個0.3V的低電位信號叫做程控板的

變速桿掛入D檔或R檔且踩下加速踏板時，油門信號通過A+、A-端子輸入EM235模塊。EM235模塊將此模擬油門信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過排線輸入CPU226模塊。CPU226模塊又從排線輸出數(shù)字動力信號至EM235模塊，EM235模塊將此信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，從V0、M0輸出模擬動力信號至程控板的Ai1與11端子。進(jìn)入工作待命狀態(tài)的程控板此時輸出驅(qū)動信號至驅(qū)動板，驅(qū)動板觸發(fā)IGBT組件，IGBT組件將單相直流電逆變成三相交流電，為驅(qū)動電機(jī)M提供動力電源。此時，驅(qū)動電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。

在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的瞬間，驅(qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器 （圖2中的 “旋變”，下文簡稱旋變）在驅(qū)動電機(jī)輸出軸的驅(qū)動下產(chǎn)生旋變信號，輸出至旋變轉(zhuǎn)換器，通過旋變轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出至程控板。程控板接收到正確的旋變信號后，繼續(xù)輸出驅(qū)動信號至后級電路，后級電路繼續(xù)工作，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動汽車行駛?？梢姡炭匕鍖︱?qū)動電機(jī)的控制，在旋變的檢測與旋變轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換與反饋?zhàn)饔孟率且粋€閉環(huán)的控制過程。驅(qū)動電機(jī)的閉環(huán)控制見圖3?？梢姡]環(huán)環(huán)路中只要壞掉一個元件，車輛就不能行駛。

圖3　　驅(qū)動電機(jī)的閉環(huán)控制

2.2旋變的結(jié)構(gòu)

旋變的電路與結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。旋變裝于驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，隨驅(qū)動電機(jī)的輸出軸一同旋轉(zhuǎn)。定子繞組共由3組線圈組成，其中紅、黑色引出線的一組為勵磁繞組，標(biāo)稱阻值為16Ω；藍(lán)、白色引出線的一組與黃、綠色引出線的一組為2個信號繞組，標(biāo)稱阻值為32Ω。2個信號繞組的電氣角度相差90°，分別輸出頻率、幅值相同，相位角相差90°的正弦和余弦兩個交流信號。

圖4　　旋變的電路及結(jié)構(gòu)

2.3旋變的作用

在勵磁繞組上加上電壓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，2個信號繞組產(chǎn)生相位相差90°的2個旋變信號，其頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。經(jīng)旋變轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，輸出A、B兩個等幅、等頻、等寬的旋變數(shù)字信號 （見圖5）至程控板的PA、PB端子。車載主變頻器利用其中一個信號作為電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速信號，在車載顯示屏上顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速；并將此信號換算成車速信號輸出至儀表板，儀表板利用此信號顯示車速。同時，程控板將這2個信號作為電機(jī)旋轉(zhuǎn)的確認(rèn)信號，即程控板收到這2個信號后就確認(rèn)驅(qū)動電機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)；另外，程控板將A、B信號的初相角作比較，確認(rèn)哪個超前、哪個落后。A信號超前B信號90°，認(rèn)為電機(jī)是正傳，反之認(rèn)為是反轉(zhuǎn)。故旋變信號也可作為驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)識別信號。

由上可知，車輛要能走，須具備3個條件：①CPU能正常輸出工作信號與動力信號；②程控板能輸出驅(qū)動信號及其后級電路能正常工作；③旋變信號及其反饋電路工作正常。

圖5　A、B兩組旋變信號

3　故障診斷與分析

接手該車時，故障現(xiàn)象與修理工反映的情況一樣，掛前進(jìn)檔車輛倒車，掛倒檔車輛前進(jìn)。

故障現(xiàn)象說明車輛能走須具備的3個條件全都具備，所不正常的是D檔與R檔錯亂。筆者也是首次遇此故障現(xiàn)象。首先懷疑檔位電路故障，遂將檔位操縱桿分別撥入D檔與R檔，查看車載顯示屏，結(jié)果顯示檔位與掛入的檔位一致，不會出現(xiàn)錯亂，說明檔位電路正常。為驗(yàn)證檔位電路是否確實(shí)正常，接著檢測檔位電路邏輯信號，檢測點(diǎn)見圖2“檔位信號入”，結(jié)果確實(shí)正常。檔位邏輯信號見表1。

在CPU檔位信號輸入正常、顯示屏顯示檔位正常，但D檔與R檔卻錯亂且車輛在檔位錯亂時又能行駛的情況下，說明：車載主變頻器信號采集、信號處理、信號輸出均正常，車載主變頻器正常。因此，可以確定不正常的是車載主變頻器的輸出信號執(zhí)行元件與反饋元件。

表1　　檔位邏輯信號表

對車載主變頻器來說，其輸出信號執(zhí)行元件是驅(qū)動電機(jī)，反饋元件是旋變與旋變轉(zhuǎn)換器。況且，該車進(jìn)場維修換的正是驅(qū)動電機(jī)，由于旋變裝在驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，故在換電機(jī)時旋變被一起換掉。至此，問題基本可以確定為驅(qū)動電機(jī)、旋變或旋變轉(zhuǎn)換器。

對驅(qū)動電機(jī)來說，與普通的三相異步電機(jī)原理一樣，旋轉(zhuǎn)方向是由3條相線與三相電源線的連接順序來決定的。驅(qū)動電機(jī)現(xiàn)在能正、反轉(zhuǎn)，說明電機(jī)本體無問題，問題出在旋變或旋變轉(zhuǎn)換器。但如果旋變或旋變轉(zhuǎn)換器本體有問題，則程控板收不到電機(jī)的反饋信號，車輛不能行使。旋變轉(zhuǎn)換器至車載主變頻器的線路在本次維修過程中沒有動過。所以，問題一定出在旋變或旋變轉(zhuǎn)換器線路上。

在詢問修理工旋變的接線方法時，修理工說是按照圖2所示導(dǎo)線顏色接線。而且以前都是這么接的，都沒問題，唯獨(dú)這一次不行。因此，懷疑這個旋變有可能在出廠時將A、B兩相的顏色弄錯了。

在驅(qū)動電機(jī)相線接線正確而A、B兩相旋變信號線接反的情況下：掛D檔加速時，驅(qū)動電機(jī)會有很微小角度的正轉(zhuǎn)。但旋變在這微小角度的正轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的反饋信號是B相超前A相90°（反相了），程控板誤認(rèn)為是反轉(zhuǎn)，與輸出指令不符，故切斷驅(qū)動信號，所以車輛不走；掛R檔時原理一樣車輛也不走。在正常情況下車輛不走時，修理工均知道是相線接錯了 （曾經(jīng)遇到過），于是調(diào)換相線就能解決。但當(dāng)驅(qū)動電機(jī)相線接線正確而A、B兩相旋變信號線接反的情況下調(diào)換相線后掛D檔時，電機(jī)相應(yīng)地由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，但由于此時的旋變信號線反接。旋變反饋信號A相超前B相90°，程控板誤認(rèn)為電機(jī)是正轉(zhuǎn)，符合D檔時正轉(zhuǎn)的輸出指令。故繼續(xù)輸出驅(qū)動信號至后級電路，電機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)反轉(zhuǎn)，車輛起步后退。此時，D檔變成R檔。同理，掛R檔加速時，電機(jī)雖然正轉(zhuǎn)，但是旋變反饋信號B相超前A相90°，程控板認(rèn)為R檔時B相超前A相90°是對的，故繼續(xù)輸出驅(qū)動信號，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，車輛起步前進(jìn)。此時，R檔變成D檔。所以車輛能行駛，只是檔位錯亂而已。

這就是因A、B兩相旋變信號線接反時，為什么車輛要么不走要么前進(jìn)檔變倒檔的原因。

4　故障排除

為驗(yàn)證上述的懷疑與分析是否正確，決定對電路進(jìn)行改動。電路改動示意圖如圖6所示。車輛發(fā)生檔位錯亂時，調(diào)換相線U與W，其目的是讓驅(qū)動電機(jī)在D檔時正轉(zhuǎn)；同時，調(diào)換程控板上的旋變信號線PA與PB，其目的是將旋變在正轉(zhuǎn)時超前90°的一相作為A相輸入程控板。

做好上述調(diào)換后裝復(fù)試車，故障排除。證明上述的懷疑與分析是正確的。

圖6　　電路改動示意圖

5　故障總結(jié)

由于旋變的A、B兩相信號線僅憑萬用表根本就無法判斷，故在出廠時用顏色將其定義，以免接錯，方便使用者正確接線。旋變引出線見圖7。本次故障的根本原因是因旋變出廠時將A、B兩相的線顏色定義錯誤，導(dǎo)致按顏色接線后車輛D檔與R檔錯亂。又由于修理工對驅(qū)動電機(jī)的閉環(huán)控制缺乏理解，故造成只知道調(diào)換相線，不知道調(diào)換旋變信號線，導(dǎo)致維修陷入困境而根本無法下手，甚至差點(diǎn)重新更換驅(qū)動電機(jī)。

圖7　　旋變引出線

經(jīng)過上述故障診斷、分析與排除可知，本次故障的維修工作量并不大，但第1次維修該故障須對控制系統(tǒng)的原理深入詳盡地理解。可見，原理才是解決問題的尚方寶劍。

（編輯心翔）

中圖分類號：U463.142

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003－8639（2016）01－0040－03

收稿日期：2015-09-02；修回日期：2015-10-08

作者簡介：程銀芬 （1970-），男，汽車維修電工技師，主要從事新能源汽車的維修工作，cyf8080058@163.com。工作信號。