純電動(dòng)客車VCU故障分析與處理

韓志強(qiáng)

(中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南豪沃客車有限公司，濟(jì)南 250200)

純電動(dòng)客車具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)客車電氣系統(tǒng)相比，純電動(dòng)客車的電氣系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電壓高、環(huán)節(jié)多、關(guān)聯(lián)性高等特點(diǎn)。

1 電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及VCU故障

1.1 純電動(dòng)客車電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動(dòng)客車電氣系統(tǒng)是由儀表系統(tǒng)、整車控制器(VCU)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、多合一電源轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)空氣壓縮機(jī)、液壓助力轉(zhuǎn)向泵等電器部件組成。

整車控制器(VCU)是車輛的大腦，通過分析儀表、電池、電機(jī)的數(shù)據(jù)，按照整車控制策略對(duì)電機(jī)、電池、多合一電源控制器等部件進(jìn)行指令控制，同時(shí)對(duì)各部件反饋回的數(shù)據(jù)及故障信息進(jìn)行分析，對(duì)車輛做出安全限制，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

VCU與客車儀表系統(tǒng)、動(dòng)力電池、電機(jī)、多合一電源轉(zhuǎn)換器等部件之間通過CAN總線按照整車通訊協(xié)議進(jìn)行信息交換、故障播報(bào)和指令收發(fā)［1］。

1.2 常見的VCU故障

1)車輛無法啟動(dòng)。車輛報(bào)VCU故障，車輛電氣系統(tǒng)整體陷入癱瘓狀態(tài)，VCU不能啟動(dòng)的同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)部分電氣元件無法工作。

2)部分電器件不工作。車輛可以正常上高壓電，電機(jī)及電池?zé)o故障報(bào)警，但部分輔助行車設(shè)備，如電子油門踏板、制動(dòng)踏板、多合一電源轉(zhuǎn)換器、換擋面板等出現(xiàn)故障，不能正常工作。

3)CAN通訊及系統(tǒng)軟件故障。CAN通訊故障是指整車控制器與儀表系統(tǒng)或整車控制器與電池、電機(jī)、多合一電源轉(zhuǎn)換器無法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)交換而導(dǎo)致車輛無法啟動(dòng)，或啟動(dòng)后車輛無法行駛［2］。整車控制器軟件故障導(dǎo)致儀表報(bào)VCU故障，此時(shí)整車控制器采集數(shù)據(jù)正常、CAN總線數(shù)據(jù)交換正常，但車輛無法行駛。

2 故障分析與處理

2.1 車輛無法啟動(dòng)故障分析與處理

純電動(dòng)車輛啟動(dòng)不了的直接原因?yàn)殡姵刂骺叵鋬?nèi)主繼電器不閉合，導(dǎo)致動(dòng)力電池?zé)o法給電機(jī)控制器、多合一電源轉(zhuǎn)換器及其他高壓電器件供電，致使車輛無法啟動(dòng)。無法啟動(dòng)情況有兩種表現(xiàn):

1)表現(xiàn)為整車各低壓電器件不能正常工作，即低壓蓄電池電壓低于18 V，儀表上報(bào)出多組電器部件故障車輛無法啟動(dòng)。純電動(dòng)車輛因無起動(dòng)機(jī)等大功率低壓用電設(shè)備，故與傳統(tǒng)車輛相比在設(shè)計(jì)低壓蓄電池時(shí)電量較小，若操作不當(dāng)易出現(xiàn)蓄電池虧電［3］。出現(xiàn)此類故障的原因?yàn)檐囕v長(zhǎng)時(shí)間存放，未關(guān)閉低壓蓄電池的機(jī)械電源總開關(guān)，造成低壓蓄電池虧電，從而導(dǎo)致低壓用電器和高壓設(shè)備控制端供電不足。解決由此種原因?qū)е萝囕v無法啟動(dòng)的故障，可對(duì)低壓蓄電池進(jìn)行外部充電，使蓄電池電壓大于24 V或更換蓄電池。

2)另一種現(xiàn)象為低壓蓄電池電壓正常，低壓用電器及高壓設(shè)備控制端供電正常，儀表不顯示電池、電機(jī)、輔助設(shè)備的所有信息，車輛無法啟動(dòng)。此類故障為整車控制器自身故障，整車控制器不能正常喚醒開機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制策略指令的發(fā)送，故電機(jī)、電池、多合一電源轉(zhuǎn)換器及其他高壓部件無法接收指令工作，車輛無法啟動(dòng)。此問題可檢查VCU的供電管腳是否正常，將VCU連接插件斷開，使用萬用表測(cè)量電源管腳線束端的針腳是否有24 V電壓，若無電壓則檢查配電盒VCU電源保險(xiǎn)是否斷開，若斷開則更換保險(xiǎn)片可解決。將點(diǎn)火鎖旋到ON擋用萬用表檢查ON擋電源管腳是否有24 V電壓［4］。若無電壓檢查配電盒VCU ON保險(xiǎn)是否斷開，若斷開，則更換保險(xiǎn)即可解決。若兩個(gè)保險(xiǎn)均未斷開，量管腳仍無電壓，則需要根據(jù)電器圖紙往前推，確定故障點(diǎn)進(jìn)行處理。若兩管角都有24 V電壓且VCU的負(fù)極管腳都搭鐵良好，整車控制器仍然無法工作，則可斷定為VCU內(nèi)部故障或VCU在進(jìn)行程序刷寫時(shí)失敗導(dǎo)致VCU無法使用，此問題可更換相同型號(hào)的VCU進(jìn)行調(diào)試。

2.2 部分電器不工作故障分析與處理

一種情況為可以直接觀察到的現(xiàn)象，車輛能夠正常上下高壓電，但是儀表顯示VCU故障報(bào)警符號(hào)片。這類故障一般為線束連接器接觸不良導(dǎo)致，設(shè)備供電中斷或采集信號(hào)丟失［4］。此類故障的引發(fā)部件為電子油門踏板、制動(dòng)踏板、制動(dòng)燈開關(guān)、換擋面板與整車線束連接的連接器接觸不良，插接器脫針、虛接。處理這類問題可根據(jù)電器圖紙往前推，確定故障點(diǎn)進(jìn)行處理［4］。

另一種情況為必須要有既定條件的輸入，既定條件包括車輛氣壓值、設(shè)備的供電電源與搭鐵。處理此類問題的具體思路為首先用萬用表確定電源供給是否正常，其次確認(rèn)各個(gè)電器設(shè)備的接入口是否松動(dòng)，最后確認(rèn)搭鐵是否正常。如果上述情況都能確定在正常工作范圍內(nèi)則說明電器件本身出現(xiàn)故障，可更換相同型號(hào)的部件進(jìn)行調(diào)試。此類故障大多數(shù)是因?yàn)檫B接器接口環(huán)節(jié)異常，導(dǎo)致電源供給中斷，此時(shí)依據(jù)電器圖紙逐一向前排查確定故障點(diǎn)。

再一種情況為配電盒故障引發(fā)VCU故障，此問題處理時(shí)應(yīng)當(dāng)首先保證既定條件的輸入正常，再排查其他問題。如果輸入條件正常則排查是繼電器還是配電盒自身問題，若是繼電器問題則通過更換繼電器排除故障;若是配電盒自身問題則需要更換配電盒來解決。

2.3 CAN通訊及系統(tǒng)軟件故障分析與處理

某純電動(dòng)客車采用多級(jí)模塊管理的儀表系統(tǒng)，整車低壓設(shè)備控制及各傳感器數(shù)據(jù)采集均由模塊處理并轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)，并按照J(rèn)1939通訊協(xié)議將整車通訊發(fā)送到CAN總線［5］。整車控制器接收CAN總線上的數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，并按照設(shè)定好的控制策略將指令發(fā)送到CAN總線，各高壓設(shè)備的控制端接收來自CAN總線的指令進(jìn)行工作，同時(shí)將設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)和故障反饋到CAN總線上，整車控制器根據(jù)各設(shè)備反饋的信息進(jìn)行處理并將故障信息發(fā)送給儀表，儀表通過故障報(bào)警符號(hào)片及聲音報(bào)警提醒駕駛員［6］。如CAN總線不通則整車控制器無法對(duì)各部件進(jìn)行指令控制，車輛無法啟動(dòng)。此類問題按以下步驟處理:

1)先測(cè)量CAN總線電壓。在OBD診斷口處測(cè)量CAN－H端電壓為2.64 V，CAN－L端電壓為2.44 V，符合標(biāo)準(zhǔn)值，可排除通信線路對(duì)電源短路或者是對(duì)地短路故障。

2)再測(cè)量終端電阻。某純電動(dòng)城市客車CAN總線在儀表主站模塊和多合一電源轉(zhuǎn)換器處分別裝有120 Ω的終端電阻，在CAN總線上的終端電阻可以用萬用表測(cè)量［7－8］。終端電阻測(cè)量步驟如下:將蓄電池的手動(dòng)電源總開關(guān)關(guān)閉;等待大約5 min，直到所有電容器都充分放電;用萬用表在OBD診斷口處測(cè)量CAN－H和CAN－L之間的電阻;將一個(gè)帶有終端電阻的控制單元的插頭拔下;檢測(cè)總電阻是否發(fā)生變化。帶有終端電阻的兩個(gè)控制單元是連接相通的，測(cè)量的結(jié)果是每個(gè)終端電阻為120 Ω，總的電阻值為60 Ω。在測(cè)出總電阻值后，將一個(gè)帶有終端電阻的控制單元的插頭拔下，若所顯示的阻值發(fā)生變化，則可判斷這是一個(gè)控制單元的電阻;若測(cè)出的阻值沒有發(fā)生變化，則說明系統(tǒng)中存在問題，故障可能是被拔取的控制單元的終端電阻損壞或者是CAN總線出現(xiàn)斷路;若顯示的電阻值變?yōu)闊o窮大，則說明連接中的控制單元終端電阻損壞，或者是該控制單元的CAN總線出現(xiàn)故障。

3)若CAN總線故障可根據(jù)電器圖紙往前推，確定故障點(diǎn)進(jìn)行處理。若控制單元故障可更換相同型號(hào)的控制單元進(jìn)行調(diào)試［4］。

對(duì)于整車控制器軟件故障，以某純電動(dòng)客車為例，車輛啟動(dòng)后各設(shè)備均正常工作，車輛滿足行駛條件后踩剎車掛擋，松剎車后車輛無法開動(dòng)，同時(shí)儀表顯示VCU故障。處理此問題時(shí)需使用周立功CAN卡工具截取總線報(bào)文數(shù)據(jù)，按照整車通訊協(xié)議解析報(bào)文信息［9］。

從截取的整車報(bào)文中可以看出車輛在進(jìn)行掛擋操作時(shí)的報(bào)文信息如下:

接收 18F005EF DATA EXTENDED 00 00 00 7D 00 00 00 00接收 18FFD2EF DATA EXTENDED 00 00 00 00 00 00 00 00接收 18FFE117 DATA EXTENDED 00 00 00 39 3A 4E FF 67接收 18FFE117 DATA EXTENDED 04 00 00 3A 3A 4E FF 68接收 18F005EF DATA EXTENDED 00 00 00 7D 00 00 00 00接收 18FFD2EF DATA EXTENDED 10 00 00 00 00 00 00 00

根據(jù)通訊協(xié)議規(guī)定，可對(duì)故障報(bào)文信息進(jìn)行解析［10］。由CAN報(bào)文信息可看出，換擋前VCU故障報(bào)文 ID:18FFD2EF，數(shù)據(jù):00 00 00 00 00 00 00 00，即無故障;擋位信息ID:18F005EF，數(shù)據(jù):00 00 00 7D 00 00 00 00，即當(dāng)前擋位為“N”空擋;剎車信息 ID:18FFE117，數(shù)據(jù):00 00 00 39 3A 4E FF 67，即處于未踩剎車狀態(tài)。隨后換擋時(shí)剎車信息ID:18FFE117，數(shù)據(jù):04 00 00 3A 3A 4E FF 68，即處于踩剎車狀態(tài)，但此時(shí)擋位信息ID:18F005EF，數(shù)據(jù):00 00 00 7D 00 00 00 00，與前面相比無變化，而同時(shí)VCU故障報(bào)文ID:18FFD2EF，數(shù)據(jù):10 00 00 00 00 00 00 00，儀表顯示VCU故障。從CAN總線數(shù)據(jù)狀態(tài)看換擋時(shí)總線數(shù)據(jù)收發(fā)均正常，但未掛上擋位，同時(shí)有故障報(bào)出，說明VCU內(nèi)部處理數(shù)據(jù)存在問題，程序員查看整車控制器程序后，發(fā)現(xiàn)在程序編寫時(shí)對(duì)ID:18FFE117這條報(bào)文未做處理而引發(fā)故障，更改程序后問題解決。此問題多發(fā)生在整車廠新車型研發(fā)階段。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從純電動(dòng)客車的結(jié)構(gòu)、原理及CAN通訊等幾個(gè)方面，分析幾種常見的VCU故障，通過分析故障產(chǎn)生的原因提出了解決方法。由于純電動(dòng)客車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，引起VCU故障的原因還有很多，故在處理純電動(dòng)車輛的系統(tǒng)性故障時(shí)既要按照處理傳統(tǒng)車輛時(shí)的方法、思路，依照?qǐng)D紙對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，又要借助工具如CAN卡工具對(duì)車輛CAN總線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查找總線數(shù)據(jù)中的異常從而找到故障的引發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的處理。解決純電動(dòng)車輛問題時(shí)要大膽心細(xì)，敢于做出判定，同時(shí)要做好高壓電的安全防護(hù)避免受到傷害。

修改稿日期:2018－05－22