整車控制器檢測(cè)不到離合信號(hào)的故障案例分析

黎琪珍，黎 新，吳明瞭，董慶大，李 光，李 敏

（1.湖北科技學(xué)院，湖北 咸寧 437005；2.東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北 武漢 430057）

東風(fēng)汽車股份有限公司開(kāi)發(fā)的某款純電動(dòng)物流車，在樣車調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)整車控制器檢測(cè)不到離合信號(hào)。雖然這個(gè)問(wèn)題不影響換擋和行駛，但是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)現(xiàn)異常（駕車全程離合信號(hào)不變，擋位信號(hào)卻有變化）。

1 離合相關(guān)電氣原理圖

某款純電動(dòng)物流車離合相關(guān)電器原理圖如圖1所示。離合踏板內(nèi)部帶一個(gè)常閉開(kāi)關(guān)，一端搭鐵，另一端分兩路分別接整車控制器（簡(jiǎn)稱VCU）和電機(jī)控制器（簡(jiǎn)稱MCU）。不踩離合踏板，開(kāi)關(guān)閉合，VCU和MCU均應(yīng)檢測(cè)到低電平；踩下離合踏板，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，VCU和MCU均應(yīng)檢測(cè)到高電平。當(dāng)VCU或MCU檢測(cè)到離合信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，電機(jī)停止輸出轉(zhuǎn)矩，防止電機(jī)超速。從理論上說(shuō)，離合信號(hào)接入VCU就夠了，但是為了提高整車安全性，避免電機(jī)超速，此處采用冗余設(shè)計(jì)，離合信號(hào)接入VCU和MCU，只要有一個(gè)控制器工作正常，電機(jī)就不會(huì)超速。

圖1 離合信號(hào)線

2 故障現(xiàn)象

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙擰到ON擋，VCU調(diào)試工具接入OBD診斷口，反復(fù)踩踏/松開(kāi)離合踏板，上位機(jī)軟件始終顯示離合未踩下。測(cè)量VCU離合信號(hào)輸入引腳，踩下離合時(shí)輸入電壓為0.7 V，松開(kāi)離合時(shí)輸入電壓為0，也就是說(shuō)無(wú)論離合踏板是否踩下，VCU輸入信號(hào)都是低電平，從而使VCU誤判離合踏板未踩下。

3 故障分析

VCU檢測(cè)離合信號(hào)的接口電路如圖2上半部分所示。

圖2 VCU與MCU離合檢測(cè)電路

松開(kāi)離合踏板，離合信號(hào)輸入端經(jīng)常閉開(kāi)關(guān)搭鐵，單片機(jī)檢測(cè)到低電平；踩下離合踏板，常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，單片機(jī)檢測(cè)端口被R3上拉，經(jīng)R4、R5分壓得到12 V×150/250=7.2 V，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部二極管鉗位到5 V，識(shí)別為高電平。該接口電路經(jīng)多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐驗(yàn)證可靠，除非元器件脫落、虛焊或變質(zhì)，否則不會(huì)有問(wèn)題。

更換VCU后，新的VCU仍然檢測(cè)不到離合踩下。在以往的電動(dòng)車型中，離合信號(hào)只接入VCU，從未出現(xiàn)過(guò)這種故障。嘗試剪斷接入MCU的離合信號(hào)線，果然VCU能夠正確識(shí)別離合踏板的狀態(tài)，這充分說(shuō)明是MCU干擾了VCU。

聯(lián)系MCU廠商，得知接口電路如圖2下半部分所示。光耦U1的2腳搭鐵，1腳是控制端，輸入低電平時(shí)U1截止，輸入高電平時(shí)U1導(dǎo)通，但MCU內(nèi)部并未將1腳上拉，而是經(jīng)VCU內(nèi)部的R3上拉。

當(dāng)離合踏板踩下（離合開(kāi)關(guān)斷開(kāi)）時(shí)，由于VCU內(nèi)有上拉電阻R3，因此光耦U1導(dǎo)通，MCU離合信號(hào)輸入端（此輸入端與VCU離合信號(hào)輸入端為并聯(lián)關(guān)系）通過(guò)光耦的原邊搭鐵，VCU輸入端電壓由12 V降低為0.7 V（VCU內(nèi)部單片機(jī)輸入端口電壓相應(yīng)地由7.2 V降為0.42 V），反相器U2輸入端通過(guò)光耦的副邊搭鐵，經(jīng)過(guò)反相器后MCU_GPIO檢測(cè)為高電平；當(dāng)離合踏板松開(kāi)（離合開(kāi)關(guān)閉合）時(shí)，VCU和MCU離合信號(hào)輸入端經(jīng)離合開(kāi)關(guān)搭鐵，光耦U1截止，由于反相器輸入端有上拉電阻，經(jīng)過(guò)反相器后MCU_GPIO檢測(cè)為低電平。故離合器閉合和斷開(kāi)時(shí)檢測(cè)的電平不一樣，即MCU電平檢測(cè)有效。

拔掉VCU再上電試驗(yàn)，踩離合，MCU光耦1腳懸空，光耦截止；松離合，MCU光耦1腳搭鐵，光耦截止。MCU無(wú)法檢測(cè)離合狀態(tài)，表明上述分析推理是正確的。

4 整改方案

臨時(shí)方案剪斷MCU離合信號(hào)線即可。永久方案可以在現(xiàn)有MCU接口電路基礎(chǔ)上改進(jìn)，光耦1腳在MCU內(nèi)部接上拉電阻，2腳接離合信號(hào)線；也可以取消光耦，參考VCU接口電路重新設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

踩下離合踏板（離合開(kāi)關(guān)斷開(kāi)不搭鐵）時(shí)，VCU的R3本來(lái)是用于拉高VCU輸入電平至12 V的，卻被MCU利用使得光耦能夠?qū)?，而光耦?dǎo)通反過(guò)來(lái)使得VCU輸入信號(hào)被拉低至0.7 V，從而使得VCU檢測(cè)不到高電平，誤認(rèn)為離合踏板未踩下。從表面上看，VCU有故障，MCU正常，實(shí)際恰恰相反，本例故障的根本原因是MCU檢測(cè)電路設(shè)計(jì)不合理。本案例教導(dǎo)我們?cè)诠ぷ鲗?shí)踐中切忌頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳。