江淮瑞風(fēng)M4弱混汽車混動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)析與故障案例分析

江淮汽車乘用車營銷公司 盧 強(qiáng)，胡懷軍

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，汽車越來越成為人們生活中必不可少的交通工具。汽車給人們帶來諸多方便的同時(shí)也帶來了極大的危害，快速增長的汽車消耗了大量的石油資源，排放了大量的廢氣，給人們賴以生存的大氣環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染。為了緩解這個(gè)問題，各汽車制造廠結(jié)合傳統(tǒng)燃油汽車和新型電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)相繼推出了混合動(dòng)力汽車。

混合動(dòng)力汽車由傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和以動(dòng)力電池為動(dòng)力源的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)原理和混合動(dòng)力效果的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)有

多種形式的布置方式（圖1）。混合動(dòng)力汽車在不同路況下由混合動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)選擇不同的驅(qū)動(dòng)模式（發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)），實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的最佳配合，以達(dá)到在保證汽車行駛性能的情況下保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的目的。本文簡(jiǎn)單解析了江淮瑞風(fēng)M4弱混汽車的控制原理，并例舉了2例故障案例，旨在讓維修人員了解江淮瑞風(fēng)M4弱混汽車的常規(guī)維護(hù)方法和故障診斷方法。

瑞風(fēng)M4弱混汽車采用的是P0技術(shù)路線，P0

技術(shù)路線指的是將電機(jī)呈縱向與發(fā)動(dòng)機(jī)并列安裝，用前部傳動(dòng)帶將起動(dòng)、發(fā)電一體化電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接（圖2），從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的加力輔助。

圖1 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的布置方式

圖2 電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接

P0布置方式實(shí)質(zhì)上沒有改變汽車原有的動(dòng)力系統(tǒng)，由于傳動(dòng)帶易打滑等特性，P0布置方式理論上不支持大強(qiáng)度的混合動(dòng)力輸出。因此，瑞風(fēng)M4混合動(dòng)力汽車?yán)碚撋媳环Q為弱混汽車。瑞風(fēng)M4弱混汽車支持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速停機(jī)、停機(jī)后快速起動(dòng)、電機(jī)助力及制動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收。

1 瑞風(fēng)M4弱混汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成

1.1 混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成部件及作用

瑞風(fēng)M4弱混汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由混合動(dòng)力控制單元（HCU）、電機(jī)（BSG）、48 V鋰電池、直流轉(zhuǎn)直流控制器（DCDC）、高壓接線盒（PDB)等部件組成（圖3）。

1.1.1 混合動(dòng)力控制單元（HCU）

HCU被集成在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）上，車輛在正常行駛時(shí)，HCU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)施控制，并通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與ECU、BSG之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，需要時(shí)，HCU也能發(fā)出指令給BSG，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起停、制動(dòng)能量回收等。

1.1.2 電機(jī)（BSG）

BSG是Belt-driven Starter Generator的簡(jiǎn)寫，BSG由電機(jī)本體和控制器2個(gè)部分組成。BSG與發(fā)動(dòng)機(jī)之間采取傳動(dòng)帶方式進(jìn)行動(dòng)力傳輸，在正常行駛中，BSG和常規(guī)發(fā)電機(jī)一樣由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電給蓄電池充電。當(dāng)輸出為負(fù)轉(zhuǎn)矩時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效智能發(fā)電、制動(dòng)能量回收，降低車輛油耗；在輸出正轉(zhuǎn)矩時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)助力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能 。

BSG為6相爪極同步電機(jī)，電機(jī)控制單元（MCU）集成在電機(jī)的后端，電機(jī)的原理和直流電機(jī)原理一樣。如圖4所示，磁極一端固定在機(jī)座上，另一端向兩邊延伸，形狀像爪，故名為爪極。6相是指電機(jī)有6相繞組，具有體積小、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。

1.1.3 48 V鋰電池

瑞風(fēng)M4弱混汽車在12 V主供電源的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)48 V鋰電池，48 V鋰電池的安裝位置在前排乘員側(cè)座椅下（圖5），電池結(jié)構(gòu)方式為1并14串（電芯單體為8 Ah/3.3 V，14個(gè)電池單體串聯(lián)成組件）。電池管理控制單元（BMS）集成在48 V鋰電池包內(nèi)，其作用主要是監(jiān)控電池的狀態(tài)，如鋰電池的充放電狀態(tài)、溫度等。

1.1.4 直流轉(zhuǎn)直流控制器（DCDC）

圖3 瑞風(fēng)M4弱混汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)的主要部件

圖4 電機(jī)（BSG）結(jié)構(gòu)

圖5 48 V鋰電池安裝位置

直流轉(zhuǎn)直流控制器（DCDC）是48 V/12 V雙電源轉(zhuǎn)換控制單元，DCDC包括功率模塊和控制單元，其中功率模塊包含濾波電路、升壓電路、降壓電路，控制單元包含測(cè)量電路、通信電路等。混合動(dòng)力系統(tǒng)工作過程中，DCDC將12 V升壓至48 V并輸送到48 V網(wǎng)絡(luò)，觸發(fā)48 V鋰電池控制繼電器閉合?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)工作后，DCDC將48 V電壓降至12 V并輸送到12 V蓄電池及用電設(shè)備，滿足12 V蓄電池充電和全車12 V用電設(shè)備的用電需求。如圖6所示，DCDC由外殼體、控制板、散熱外殼、接插件及透氣孔組成。

圖6 直流轉(zhuǎn)直流控制器（DCDC）結(jié)構(gòu)

1.1.5 高壓接線盒（PDB）

高壓接線盒（PDB）的作用是將48 V鋰電池的供電分配給48 V用電設(shè)備使用，PDB內(nèi)有熔絲、繼電器（圖7），可實(shí)現(xiàn)對(duì)48 V用電設(shè)備的保護(hù)和電源切斷。

圖7 高壓接線盒（PDB）

1.2 48 V系統(tǒng)

48 V鋰電池電壓輸出的電纜從前排乘員側(cè)座椅下的地毯下方穿過防火墻至發(fā)動(dòng)機(jī)室PDB，再通過PDB分別連接至BSG、DCDC及其他用電設(shè)備（圖8）。48 V系統(tǒng)的電路如圖9所示。

2 瑞風(fēng)M4弱混汽車通信網(wǎng)絡(luò)

如圖10所示，瑞風(fēng)M4弱混汽車通信網(wǎng)絡(luò)包含3路CAN總線和1路LIN總線。3路CAN總線分別是混合動(dòng)力CAN總線、動(dòng)力CAN總線和舒適CAN總線。3路CAN總線的波特率均為500 kbit/s，LIN總線的波特率為19.2 kbit/s。車身控制單元（BCM）是動(dòng)力CAN總線和舒適CAN總線的網(wǎng)關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）是動(dòng)力CAN總線和混合動(dòng)力CAN總線的網(wǎng)關(guān)。

3 瑞風(fēng)M4弱混汽車混動(dòng)系統(tǒng)的主要功能

瑞風(fēng)M4弱混汽車混動(dòng)系統(tǒng)的智能充、放電功能和BSG助力功能見表1～表2所列。

4 瑞風(fēng)M4弱混汽車BSG助力進(jìn)入、退出條件

4.1 BSG助力進(jìn)入條件

（1）距離上次BSG助力時(shí)間超過15 s。（2）加速踏板開度≥70%。（3）48 V鋰電池電量≥45%。（4）自動(dòng)擋車為D擋、倒擋狀態(tài)，手動(dòng)擋車為除空擋以外的擋位。

（5）離合器踏板松開。

（6）允許BSG拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩≥5 N·m。

（7）發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩值均有效。

4.2 電機(jī)（BSG）助力退出條件

（1）BSG助力時(shí)間超過20 s。

（2）加速踏板開度≤50%。

（3）48 V鋰電池電量≤35%。

（4）踩下加速踏板。

（5）自動(dòng)擋車為P擋或N擋，手動(dòng)擋車為空擋狀態(tài)。

（6）離合器踏板踩下。

（7）允許BSG拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩≤1 N·m。

圖8 48 V系統(tǒng)部件布置

圖9 48 V系統(tǒng)電路

圖10 瑞風(fēng)M4弱混汽車通信網(wǎng)絡(luò)

表1 智能充、放電功能

表2 電機(jī)（BSG）助力功能

5 瑞風(fēng)M4弱混汽車使用時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）瑞風(fēng)M4弱混汽車配置的是48 V系統(tǒng)，BSG發(fā)電輸出的電能儲(chǔ)存到48 V鋰電池內(nèi)，再由48 V鋰電池經(jīng)DCDC轉(zhuǎn)換，將48 V電壓降壓成12 V，供12 V蓄電池充電和整車12 V用電設(shè)備使用，如收音機(jī)、前照燈、刮水器等。車輛長期停放時(shí)會(huì)導(dǎo)致12 V蓄電池和48 V鋰電池虧電，因此，瑞風(fēng)M4弱混汽車長時(shí)間停放時(shí)應(yīng)斷開12 V蓄電池的負(fù)極樁頭，以免蓄電池虧電引起發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)和鋰電池電源無法接通。

（2）瑞風(fēng)M4弱混汽車起停系統(tǒng)正常工作需要滿足的條件有：發(fā)動(dòng)機(jī)室蓋關(guān)閉；安全帶扣上；全車車門（包括行李箱蓋）關(guān)閉；空調(diào)關(guān)閉等。如發(fā)動(dòng)機(jī)怠速起停功能出現(xiàn)異常，在維護(hù)檢查過程中應(yīng)注意上述條件是否滿足。

（3）在室外溫度低于-10 ℃的環(huán)境下長時(shí)間停放或48 V鋰電池溫度低于-10 ℃時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)的使用會(huì)受到限制，車輛需要長時(shí)間運(yùn)行，等鋰電池升溫后，混合動(dòng)力系統(tǒng)才能正常工作。夏季車內(nèi)溫度過高時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作也會(huì)受到限制。

6 瑞風(fēng)M4弱混汽車維護(hù)時(shí)的注意事項(xiàng)

瑞風(fēng)M4弱混汽車48 V雖然是安全電壓，但維修或檢查時(shí)仍需注意安全，禁止帶電操作，非專業(yè)人員禁止拆裝混合動(dòng)力部件及高壓線纜等?；旌蟿?dòng)力部件拆裝過程中需注意以下幾個(gè)方面。

（1）拆卸、安裝鋰電池時(shí)，必須確保點(diǎn)火開關(guān)在“OFF”擋。

（2）鋰電池安裝時(shí)，必須確保鋰電池的廢氣排氣口與通往車體外的廢氣排氣管連接完好，并保證廢氣排氣管無堵塞，防止鋰電池工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣排入車內(nèi)。

（3）拆卸或連接48 V線束時(shí)，應(yīng)注意電池和線束上標(biāo)注的“+”“-”符號(hào)，避免接錯(cuò)。

（4）拆裝或連接BSG、DCDC等48 V/12 V電源導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)注意避免各連接樁頭相互磕碰，防止樁頭保護(hù)格柵被損壞，導(dǎo)致電源之間的短路。

7 瑞風(fēng)M4弱混汽車故障案例2例

案例1 故障現(xiàn)象 一輛瑞風(fēng)M4弱混汽車，累計(jì)行駛里程約為1.3萬km。該車在行駛中無法進(jìn)入混合動(dòng)力模式，且發(fā)動(dòng)機(jī)起停功能失效，儀表盤上的EPC燈及充電指示燈長亮。

故障診斷接車后試車驗(yàn)證故障，故障現(xiàn)象確實(shí)存在。連接故障檢測(cè)儀檢測(cè)，讀取到4個(gè)故障代碼，分別為“P1A17 48 V預(yù)充失效”“P1A20 12 V端電壓測(cè)量偏差較大”“U0120 BSG CAN通信故障”“U0298 DCDC CAN通信故障”。根據(jù)故障代碼的提示，結(jié)合該車的故障現(xiàn)象分析，認(rèn)為可能的故障原因有：電路或電器設(shè)備對(duì)搭鐵短路；通信故障；12 V蓄電池電量不足；48 V鋰電池電量不足；DCDC故障。

用故障檢測(cè)儀讀取12 V蓄電池剩余電量，顯示“剩余電量為70%，可正常預(yù)充”，排除12 V蓄電池電量低導(dǎo)致混合動(dòng)力功能失效的可能。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的搭鐵并緊固，排除搭鐵故障的可能。進(jìn)一步檢查混合動(dòng)力系統(tǒng)電路，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)CAN總線及各導(dǎo)線連接器進(jìn)行檢查，并對(duì)接通電源時(shí)DCDC等部件的通電順序進(jìn)行測(cè)試，均無異常，排除電路連接不良造成混合動(dòng)力功能失效的可能。

常規(guī)檢查結(jié)束后，根據(jù)故障代碼“U0120”和故障代碼“U0298”的提示，維修人員推斷，可能是BSG或DCDC出了故障。本著先易后難的原則，維修人員更換了DCDC，清除故障代碼后試車，行駛中車輛能正常進(jìn)入混合動(dòng)力模式，且發(fā)動(dòng)機(jī)起停功能恢復(fù)正常，EPC燈及充電指示燈不再點(diǎn)亮。

故障排除更換DCDC，混合動(dòng)力功能和起停功能均恢復(fù)正常，故障排除。

故障分析該車因DCDC失效，導(dǎo)致48 V鋰電池控制繼電器沒有閉合，從而無法給BSG供電，HCU檢測(cè)到BSG供電異常后通過CAN總線報(bào)送錯(cuò)誤信號(hào)給ECU，ECU生成故障代碼U0120和故障代碼U0298，并點(diǎn)亮儀表盤上的EPC燈。

案例2 故障現(xiàn)象 一輛瑞風(fēng)M4弱混汽車，行駛里程僅為65 km（新車）。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，儀表盤上的EPC燈長亮，且車載顯示屏顯示發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)充電停止。

故障診斷維修人員在驗(yàn)證該車故障時(shí)，通過查看車載顯示屏發(fā)現(xiàn)48 V鋰電池剩余電量為52%。查閱維修手冊(cè)得知，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定48 V鋰電池剩余電量低于55%時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)控制BSG充電，而車載顯示屏卻提示發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)充電停止。

用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，讀取到的故障代碼為“P1A07 BSG濫用重要故障”。因這個(gè)故障代碼的含義比較含糊，維修人員只能根據(jù)該車的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，推斷故障的可能原因有BSG損壞、DCDC失效、48 V鋰電池?fù)p壞、連接電路故障等。

首先檢查BSG輸入、輸出狀態(tài)，均正常。再檢查12 V蓄電池電量，顯示充足。接著檢查其他電器設(shè)備的供電，均無異常，說明DCDC狀態(tài)正常。進(jìn)一步重點(diǎn)檢查混合動(dòng)力控制系統(tǒng)連接線及導(dǎo)線連接器，包括高壓線纜、信號(hào)電路等，當(dāng)拆下前排乘員側(cè)座椅時(shí)，發(fā)現(xiàn)地板上鋰電池包的連接線束有一處被擠壓變形（圖11），拆開檢查，發(fā)現(xiàn)2根CAN總線的絕緣層因擠壓而破損。

圖11 故障車連接電池包的線束受擠壓破損

故障排除將破損的2根CAN總線包扎好后試車，EPC燈不再點(diǎn)亮，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)充電正常，故障排除。

故障分析瑞風(fēng)M4弱混汽車的48 V鋰電池安裝在前排乘員側(cè)座椅下的地板上，CAN總線等線束也被布置在座椅下的地板上。該車裝潢時(shí)裝潢工私自挪動(dòng)了線束位置，座椅骨架正好壓在線束上，造成2根CAN總線被擠壓損壞，其中1根CAN總線對(duì)搭鐵短路。根據(jù)該車48 V系統(tǒng)控制原理，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)，48 V鋰電池控制繼電器首先斷開，如果繼電器不能斷開則BSG始終在通電，不僅BSG無法進(jìn)入充電狀態(tài)，整個(gè)48 V系統(tǒng)中的設(shè)備電源接通和斷開順序也會(huì)出現(xiàn)混亂，最終，自診斷系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)電壓異常，存儲(chǔ)故障代碼“P1A07”。