豐田普銳斯無法啟動

◆文/廣東 鄧東文

豐田普銳斯無法啟動

◆文/廣東 鄧東文

故障現象

一輛2009年生產的一汽豐田普銳斯(PRIUS)混合動力汽車，行駛里程為117 203km。根據車主的描述，該車在地下車庫停放20余天未正常使用。進入車輛后按下一鍵啟動電源開關，READY燈不點亮，混合動力系統故障燈點亮，擋位指示燈連續(xù)閃爍，車輛無法啟動。

故障診斷與排除

豐田普銳斯采用了THS-II系統(Toyota Hybrid System)，將VVT-i發(fā)動機與2個電動機結合在一起。主要由變速驅動橋總成、MG1和MG2電機總成、HV蓄電池、變頻器總成、HV-ECU以及阿特金森循環(huán)發(fā)動機等組成。電動機向整車提供動力，發(fā)動機在不同工況下(加速或中高速)切入提供輔助動力，其結構如圖1所示。

圖1 THS-II系統

驅動橋總成主要負責啟動發(fā)動機后根據實際工況以適當的比例分配發(fā)動機和電動機的驅動力，直接驅動車輛；MG1和MG2電機總成提供車輛所需的驅動力及實現能量轉化；在HV蓄電池能量不足(≤30%)時啟動發(fā)動機利用電機旋轉發(fā)電進行充電，并在減速或制動過程中把制動能量轉變成電能輸送到HV蓄電池儲存起來，即制動能量回收。HV蓄電池根據車輛實際工況對外輸出能量或在能量回收時儲存電能。變頻器總成由增壓轉換器、DC/DC轉換器和空調變頻器組成。主要將HV蓄電池的高壓DC轉換為高壓AC驅動MG1和MG2工作；并能將DC201.6V的電壓降至DC12V為車身電器組件供電及輔助蓄電池再次充電；還能將HV蓄電池的額定電壓DC201.6V轉換為AC201.6V驅動空調系統的電動變頻壓縮機工作。HV-ECU接收傳感器及車上其他ECU(發(fā)動機ECU、蓄電池ECU、制動防滑控制ECU和EPS-ECU等)發(fā)送的信息，分析運算所需要的轉矩和功率，并將計算結果發(fā)送給車上其他ECU控制執(zhí)行器工作。

根據車主反映的情況，筆者決定先對車輛進行啟動，發(fā)現無法啟動車輛；嘗試利用豐田Inte11igent Tester II故障診斷儀連接診斷接口，發(fā)現故障診斷儀無法進入系統讀取故障信息。

首先，排查診斷儀無法進入系統的原因。1.用汽車專用數字萬用表的正極表筆測量DLC3診斷口的+B端電壓為12.64V，正常；2.測量TC端的電壓為11.84V，正常；3.SIL端電壓為12.23V，正常；4.CANH端電壓為1.8V，不正常(正常值為2.5V～2.6V)；5.CANL端電壓為1.7V，不正常(正常值為2.3V～2.4V)。從以上檢測結果分析，車載網絡信號也存在故障。排除由診斷口引起的故障原因。

其次，根據檢測到車載網絡信號不正常，結合擋位指示燈連續(xù)閃爍的故障現象，筆者分析可能是自動變速器控制單元(ECU)存在故障，發(fā)送錯誤信號致使車載網絡電壓不正常，引起混動系統控制單元(HV-ECU)無法正常工作，導致車輛無法啟動。為了驗證這一故障設想，遵循由簡到繁的排故原則，先斷開自動變速器控制單元的線束接頭，分別對其針腳進行電壓測量，以判斷故障點存在于ECU的硬件還是線路中。當測量自動變速器控制單元的+B端線時，電壓為0.83V(正常值為12V左右)，由此可以得出自動變速器控制單元沒有電源電壓輸入無法正常工作，導致換擋控制執(zhí)行器不工作。查閱普銳斯維修手冊，自動變速器控制單元的+B端是由1個20A的HEV熔絲供電的；斷開蓄電池的負極，從發(fā)動機艙的保險盒取下HEV的熔絲，用萬用表檢測其電阻值，為∞。由此斷定HEV的熔絲已熔斷，更換一個同等規(guī)格的熔絲，接上蓄電池的負極。重新按下一鍵啟動開關，READY燈不點亮，混合動力系統故障燈仍然點亮，車輛還是無法啟動。但擋位指示燈不再閃爍，再次檢測DLC3診斷口的CANH端電壓為2.5V，正常；CANL端電壓為2.4V，正常；由此判定筆者的設想是正確的。

最后，把豐田Inte11igent Tester II故障診斷儀連接上診斷接口，診斷儀能正常進入系統讀取車輛信息。分別對車輛各系統進行故障碼的讀?。?/p>

1.發(fā)動機控制系統(Engine and ECT)，無故障碼，正常;

2.蓄電池控制系統(HV Battery)，無故障碼，正常;

3.混合動力控制系統(Hybrid Contro1)，有P0AA1和P0AA4兩個故障碼，讀取故障碼的定格數據流，如圖2、3所示。

圖2 故障碼

圖3 定格數據流

查閱普銳斯維修手冊，故障碼的含義如表1所示。

表1 普銳斯維修手冊中所列故障碼含義

斷開高壓蓄電池維修開關和輔助蓄電池的負極，等待10min后，帶上安全絕緣手套，穿上絕緣保護靴，從高壓蓄電池包體內拆下故障繼電器，發(fā)現繼電器的銅片觸點有燒蝕熔塊，發(fā)生卡滯后接觸不良(圖4)。

圖4 故障繼電器

更換同型號的繼電器后，安裝好高壓線束，裝上維修開關，接上輔助蓄電池的負極，利用Inte11igent Tester II故障診斷儀清除故障碼后，重新啟動診斷儀和車輛，并將點火開關打到IG-ON檔讀取車輛各系統的信息，系統沒有故障碼。再次啟動車輛，仍舊無法啟動，但混合動力系統故障燈不亮，READY燈閃一下即熄滅且SMRP繼電器斷開。

查閱普銳斯維修電路圖手冊，SMR(系統主繼電器)是根據來自動力管理控制單元(HV-ECU)的指令閉合或斷開高壓動力系統的繼電器(包括3個SMR和1個預充電電阻器)，如圖5所示。車輛啟動是由動力管理控制單元(HV-ECU)接收啟動信號后首先閉合SMRP和SMRG，通過系統主電阻器對車輛變頻器總成充電，以連接高壓動力系統，然后閉合SMRB后斷開SMRP。

圖5 SMR繼電器控制電路圖

根據啟動電路控制原理，車輛在沒有故障碼的情況下無法啟動，結合繼電器觸點有燒蝕現象，分析可能原因是高壓電路發(fā)生斷路故障無法供給高壓電。運用萬用表DC750V的電壓檔，負極表筆搭在5號端子。正極表筆分別測量SMRG的12號端子和6號端子,SMRB的9號端子和1號端子,SMRP的9號端子和10號端子，測得的電壓對應為14.6V和0.16V，204.9V和0.15V，204.9V和0.16V。正極表筆分別測量HV-ECU的2號、3號及4號端子，測得的電壓對應為0.2V、0.3V及0.3V。

參考維修手冊對HV蓄電池接線盒電壓值的規(guī)定，以上測量的數據均符合技術要求，不存在電壓不足的故障。再次重新啟動車輛，發(fā)現SMRP繼電器閉合后斷開，SMRB繼電器不閉合，由此可判斷出故障點應該在10號端子至1號端子之間。測量SMRP繼電器9號端子和10號端子的阻值為∞，正常；測量SMRP電組器10號端子和11號端子的阻值為∞，而正常值為28.5～36.5Ω左右，考慮發(fā)生接觸不良故障。仔細檢查預充電電阻兩端，發(fā)現11號端子接線處表面堆積一團白色固體發(fā)生嚴重鹽化(高壓電池包采用鎳氫材料，電解液為強堿性的氫氧化鉀溶液，長期充放電會揮發(fā)出腐蝕性的氣體)導致接觸不良。清潔干凈白色固體后重新焊接11號端接頭，重新測量10號端子和11號端子的阻值為32.3Ω，符合技術要求阻值范圍。

踩下制動踏板，重新按下一鍵啟動開關，READY燈點亮，車輛能正常啟動，測量1號端子和6號端子之間的工作電壓為218.2V,符合正常電壓范圍。利用診斷儀重新讀取故障碼，沒有任何故障碼顯示，故障徹底排除。

專家點評 —— 高惠民

普銳斯是豐田公司自行研發(fā)具有產品注冊專利的一款混聯式混合動力汽車。車輛混合動力系統可靠性好，故障率低。本文作者能把遇到的這個案例寫出來，而且針對故障現象，結合普銳斯混合動力系統的構造特點和工作原理進行了故障原因的分析與推理，檢查過程詳細，測量數據完整，是一篇難得的混合動力車輛故障修理的好文章。隨著混合動力車輛的逐漸增多，豐田第二代混合動力系統(THS-II)已在一汽豐田的卡羅拉、廣汽豐田的雷凌上批量國產化。由此給行業(yè)在混合動力車輛修理上帶來了新的技術挑戰(zhàn)，所以為了讓讀者對本案例所涉及的一些系統和元件功能以及故障碼診斷信息有更深入的了解，特作以下幾點補充。

1.普銳斯驅動橋是一臺電動變速器EVT(Electrical Variable Transmission)，其結構和工作原理文章開始作者已作了介紹。文中提到的自動變速器控制單元，它的功能不是控制變速器升降檔之用，而是根據HV ECU和電源ECU的指令，激活換擋控制執(zhí)行器總成，將擋位鎖在P擋或解除的作用。換擋執(zhí)行器總成由駐車鎖止電機(磁阻式電機)、擺線減速器和電機旋轉角度傳感器組成，駐車控制系統原理圖如圖6所示。

2.關于SMR(混合動力系統主繼電器)控制，SMR是在收到HV ECU發(fā)出的指令后，接通或斷開高壓電路電源的繼電器。共有三個繼電器，負極側有1個，正極側有2個，一起來確保系統工作正常。電路接通時SMRP和SMRG工作,然后SMRB工作，而SMRP關閉。這樣通過與SMRP觸點串聯的預充電電阻器的限流作用，電路中的觸點受到保護，避免強電流沖擊造成損害。電路斷開時，SMRB和SMRG相繼關閉，然后HV ECU確認各個繼電器是否已經關閉，有無卡住現象。如果SMR觸點卡住，繼電器不能斷開，HV ECU會進入失效保護程序，主警告燈點亮，車輛不能啟動(圖7)。

圖6 普銳斯電子換擋系統圖

3.豐田混合動力系統的故障碼有別于其他電控系統，它是由5位DTC(故障主代碼)和3位INF代碼(信息代碼)組成，INF代碼能夠在DTC定格數據中找到(圖8)。

DTC指示了故障系統，而INF代碼指示問題或故障部位，沒有INF代碼，不能進行故障排除。在DTC定格數據中檢查所有的DTC，應從順序數字最小的DTC開始檢查(圖9)。

圖7 SMR高壓電源繼電器工作順序圖

圖8 豐田混合動力系統故障碼組成

圖9 豐田混合動力系統故障碼出現順序

DTC定格數據中還記錄DTC儲存時的詳細信息(圖10)，能幫助分析混合動力系統故障發(fā)生的時間、里程和運行狀態(tài)信息。

圖10 豐田混合動力系統故障碼的詳細信息