沃爾沃鉸接式卡車電氣系統(tǒng)故障診斷

查曉嘉，黃賢森

（江西銅業(yè)集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

江銅集團城門山銅礦使用的沃爾沃A40D、A40E、A45G 系列鉸接式卡車作為工程機械類設(shè)備，主要承擔(dān)礦石的運輸工作。針對礦山生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，沃爾沃鉸卡的車載電子控制系統(tǒng)也具有其獨特的性能和技術(shù)要求，它在整個運行中實現(xiàn)了局部自動化控制，從而提高了設(shè)備性能、安全系數(shù)及實現(xiàn)了操作便捷化。各控制單元分別控制和診斷各自所轄范圍的車輛設(shè)備狀況，同時各單元相互間又有聯(lián)絡(luò)，最終車輛自診斷系統(tǒng)將所診斷的車輛故障狀況以故障碼或圖標(biāo)符的形式在信息顯示單元顯示并保存，車輛歷史故障也可以通過信息顯示單元的鍵盤調(diào)閱出來，為剖析處理故障類型和范圍帶來了許多便捷。但是，有些因軟件漏洞或關(guān)聯(lián)元件導(dǎo)致的故障，系統(tǒng)不能精準(zhǔn)描述或無法診斷，因此，僅靠系統(tǒng)顯現(xiàn)的故障代碼來進行診斷，往往與真正的故障部位相去甚遠，易出現(xiàn)判斷失誤，使得維修工作走許多彎路。

2 自診斷系統(tǒng)與故障解析

2.1 故障監(jiān)測

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，車載電子控制系統(tǒng)（ECU）在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越深入，尤其是與各類傳感、執(zhí)行電子元件間的應(yīng)用，借助于液壓、機械等技術(shù)的結(jié)合，使得設(shè)備電、氣、液、機環(huán)環(huán)相扣。沃爾沃鉸接式卡車作為世界領(lǐng)先的工程機械設(shè)備，在電器部分展現(xiàn)了極其精湛的技術(shù)。其車載電子控制系統(tǒng)一般由4-7 塊ECU 組成的，以A40E 型鉸卡為例，分別有發(fā)動機控制單元（E-ECU）、儀表控制單元（I-ECU）、變速箱控制單元（T-ECU）和車輛控制單元（V-ECU），其中在T-ECU 和V-ECU 的背面上有一個發(fā)光二極管，可指示該控制組件的工作模式。正常狀態(tài)時，該發(fā)光二極管會以不同頻率來閃光；不亮、或者持續(xù)發(fā)亮，表示工作模式出現(xiàn)異常。這些控制單元有整合的故障診斷程序，監(jiān)測該電子系統(tǒng)。一般來說，監(jiān)測可分為以下三個方面。

（1）監(jiān)測在該控制單元內(nèi)部的故障，例如自行測試發(fā)現(xiàn)一個記憶電路的故障；

（2）監(jiān)測外部數(shù)據(jù)總線通訊，例如控制總線J1708/1587 或信息總線J1939 的相應(yīng)傳輸頻率；

（3）監(jiān)測來自電子元件的輸出、輸入或信號端線，例如發(fā)現(xiàn)了來自某個電磁閥工作時的異常數(shù)值。

2.2 故障自診斷系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)現(xiàn)某故障時，有一個故障代碼產(chǎn)生，此故障代碼是根據(jù)車輛通訊標(biāo)準(zhǔn)（SAE）來設(shè)立。故障代碼使其可能決定哪一控制單元發(fā)現(xiàn)有故障，以及故障的來源和類型。車載電子控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號都是在一定的規(guī)定范圍內(nèi)運行，當(dāng)系統(tǒng)控制電路的信號出現(xiàn)異常時，ECU 中的自診斷系統(tǒng)就判定該電路出現(xiàn)故障。根據(jù)我們平時的工作總結(jié)，車載電子控制系統(tǒng)的自診斷系統(tǒng)出現(xiàn)以下幾種情形時將發(fā)出故障報警信號。

（1）當(dāng)控制電路的信號超出ECU 設(shè)計的額定范圍。例如：沃爾沃發(fā)動機冷卻液溫度傳感器（SE2606）在正常工作時，其輸出電壓在0.1 ～5.0V內(nèi)，該溫度傳感器核心部分為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度越高阻值越?。ㄈ鐖D1、圖2 所示），其兩端作為輸出信號的電壓也越小。如超出這一范圍，自診斷系統(tǒng)則判定為故障信號，立即顯現(xiàn)故障代碼。

圖1 溫度傳感器原理圖

圖2 溫度傳感器曲線圖

（2）當(dāng)控制單元（ECU）在一段時間內(nèi)接收不到傳感器的信號或接收到的信號在一段時間內(nèi)不變，自診斷系統(tǒng)也會判定為故障，發(fā)出故障代碼信號。例如：大氣壓力傳感器在正常工作時，其輸入電壓應(yīng)在4.75～5.25V內(nèi)，波動不少于8次／10秒。

（3）控制單元診斷系統(tǒng)偶爾發(fā)現(xiàn)一次不正常的輸入信號時，不會診斷為故障信號，只有不正常的輸入信號多次出現(xiàn)或持續(xù)一定時間，才會判定為故障信號。例如：轉(zhuǎn)速信號是一個脈沖信號，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在每分鐘650r 以上時，丟失幾個脈沖信號，ECU 不會判定為故障。

2.3 故障分析

城門山銅礦的沃爾沃鉸接式卡車運用了多個控制單元來同時采集傳感信號，并相互聯(lián)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)，出現(xiàn)故障時自診斷并顯現(xiàn)代碼或圖標(biāo)。而監(jiān)測采集到的與傳感、電磁、按鈕相關(guān)的異常數(shù)值均是運用廠家特定的字符或圖標(biāo)來呈現(xiàn)，這種讀碼方式還需查有關(guān)的資料，才能懂得故障代碼的含義。據(jù)統(tǒng)計沃爾沃A40E 型鉸卡有故障代碼264 個，圖標(biāo)47 個，出于安全保護考慮，任何一個代碼的閃現(xiàn)都有可能造成設(shè)備自動熄火停機或行駛困難。而沃爾沃鉸卡為全電控設(shè)備，如果控制單元自診斷出現(xiàn)記錄錯誤和關(guān)聯(lián)顯示的故障代碼，則將把故障分析和故障維修工作引向歧路，帶來許多不便。根據(jù)我們多年研究沃爾沃鉸卡電氣疑難故障所總結(jié)出的一點經(jīng)驗，在以下五種情況時，易使維修人員出現(xiàn)誤判。

（1）鉸卡運行時故障明顯，傳感器有故障而自診斷系統(tǒng)沒有監(jiān)測顯現(xiàn)。

實際上，故障代碼僅僅是ECU 讀取的一個是或否的界定結(jié)論，當(dāng)ECU 對傳感器信號進行檢測時，是通過接受與拒絕其設(shè)定范圍之內(nèi)的信號值，從而判別傳感器的好與壞。當(dāng)傳感器信號值在設(shè)定范圍內(nèi)，ECU 接受這一信號，表明傳感器正常和該部分元器件正常；當(dāng)傳感器信號值超出設(shè)定范圍，ECU 拒絕這一信號，表明傳感器異常和該部分設(shè)備不正常；同時ECU 輸出一個對應(yīng)的故障代碼。一旦解讀故障代碼故障后，只要對相應(yīng)的傳感器的控制電路進行檢查，找到并排除故障即可。但是，若因某種原因致使傳感器靈敏度下降、輸出特性偏移等，則自診斷系統(tǒng)就診斷不出來了。盡管鉸卡確有故障表現(xiàn)，但是控制單元自診斷系統(tǒng)卻未獲取異常電壓或電流值，未輸出故障代碼報警。這時就應(yīng)該依據(jù)鉸卡的故障征兆進行分析判斷，繼而對傳感器進行檢測，以便找到并排除傳感器故障。例如，一臺發(fā)動機轉(zhuǎn)速失準(zhǔn)并伴有難啟動和行駛中怠速不穩(wěn)，自診斷系統(tǒng)沒有故障代碼輸出，機械和油路方面反復(fù)檢查均無異常。這時，就需要維修人員根據(jù)經(jīng)驗來分析判斷了，首先值得考慮和懷疑的便是環(huán)境溫度傳感器、空氣流量傳感器或者進氣壓力傳感器出了故障，因為這別類傳感器性能的好壞，直接影響ECU 所控制的發(fā)動機基本的燃油噴射量。盡管此時沒有顯示相應(yīng)的故障代碼，也應(yīng)該對它們進行檢查，城門山銅礦的A40E 鉸卡就出現(xiàn)過多起類似故障。

（2）由于沃爾沃鉸卡軟件上控制程序有誤或存在少部分的漏洞，導(dǎo)致ECU 監(jiān)測指令不暢，自診斷系統(tǒng)這時就可能給出錯誤的信息，導(dǎo)致車輛啟動不了。

例如，A40E 型鉸卡使用兩年后，陸續(xù)出現(xiàn)過自檢完成后擰動啟動鑰匙開關(guān)馬達無反應(yīng)的故障現(xiàn)象。檢查啟動鑰匙及其線路都正常，檔位手柄也是在空擋位置，測V-ECU 的EA15、EA2 腳供電電壓，擰鑰匙打到啟動檔有24V 電壓，V-ECU 接到指令，但V-ECU 的EC51 腳卻沒有輸出，導(dǎo)致啟動繼電器沒有得電（如圖3 所示），所以啟動馬達不轉(zhuǎn)啟動不了。

圖3 點火鎖開關(guān)電路原理

在這起故障中，對所有的硬件進行排查均正常。只有在重新關(guān)掉電源，在自檢沒有結(jié)束的情況下，擰鑰匙開關(guān)打到啟動檔，馬達有反應(yīng)，發(fā)動機著車了，后期對于出現(xiàn)這種情況的故障車，我們的處理措施就是不在自檢情況下，讓車輛啟動，啟動完成了再次熄火，又重新自檢完成才能啟動。后分析為ECU 的軟件可能出現(xiàn)檢測失誤，軟件又能自動修復(fù)，所以啟動后再重新自檢啟動，又能正常。當(dāng)然，過了幾小時后再擰啟動鑰匙試車，V-ECU 的EC51腳又能輸出，車輛也能自動恢復(fù)正常啟動。

（3）機械原因造成的監(jiān)測信號異常也可能引發(fā)錯誤代碼的顯現(xiàn)。

當(dāng)車輛出現(xiàn)機械方面的故障常常也會引發(fā)電路故障代碼的報警，因為各型傳感元件接收的信號部分是來自與機械部件的感應(yīng)和反饋［4-6］，它們之間是緊密聯(lián)系的，并通過傳感元件實時傳達至ECU進行監(jiān)控和顯現(xiàn)，其中一部分因為非正常狀態(tài)下傳感元件長時間反饋至ECU 的電壓值異常，從而出現(xiàn)故障報警，但實際故障部位與此時顯現(xiàn)的故障代碼相去甚遠，若不依靠維修經(jīng)驗來甄別，那么難度就非常大，極易使維修人員多走不少的彎路。例如，當(dāng)車輛啟動困難時常常幾秒后出現(xiàn)SE4219-3 或SE4219-5 報警，而這是T-ECU 檢測到變速箱主機油壓力值在發(fā)動機運轉(zhuǎn)階段時過低引起的，壓力始終保持在0bar，若啟動困難故障排除后SE4219 故障碼隨即將消失。

（4）在線路接插頭裝反情況下未出現(xiàn)代碼報警但呈現(xiàn)故障。

沃爾沃鉸卡相近部位上有許多型號一致的線路接插頭，甚至兩兩間的線束長短與傳感器、電磁閥樣式型號均一致，若不仔細對接可能會造成接收的功效和頻率上的不一致，雖然未超出軟件設(shè)定的各自應(yīng)有反饋電壓或脈沖電流值，但相聯(lián)功效無法正常工作，同時不呈現(xiàn)任何報警，令判斷故障沒有頭緒。如：一臺A40E 型鉸卡更換剛大修完的變速箱總成后，試車無高速檔，無任何故障報警，以前也未出現(xiàn)過類似情況，于是大家開始糾結(jié)許久這臺換上的變速箱是否存在問題，最終細心的人員發(fā)現(xiàn)在變速箱末端，長相完全相同的SE4215 轉(zhuǎn)速范圍傳感器和SE4307 輸出速度傳感器兩接插頭裝反了，導(dǎo)致ECU 接收到的范圍和速度兩類型的數(shù)值相反，從而ECU 從安全角度考慮控制了車速。

（5）鉸卡維修過程中操作不當(dāng)也可能引發(fā)錯誤的故障代碼。

在對鉸卡電控設(shè)備實施維修時，由于維修人員技能水平不高或者操作不當(dāng)，也會導(dǎo)致自診斷系統(tǒng)輸出錯誤的故障代碼。比如我們在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，隨意或者無意把傳感器插接頭拔下，每拔下一次傳感器插接頭，自診斷系統(tǒng)就會記錄一次故障代碼；還有在電磁元件帶電工作時拔下插頭，可能導(dǎo)致瞬間電流過大冒火花造成保險片燒熔，引發(fā)此保險片關(guān)聯(lián)電器線路的故障碼的一系列報警出現(xiàn)；若在上一次車輛維修時，由于操作不當(dāng)而未能完全清除掉舊的故障代碼，那么ECU 也同樣將原來舊的故障代碼保存其內(nèi)，因此在對鉸卡電控設(shè)備維修時也要加以注意，不應(yīng)造成不必要的人為故障代碼，給維修工作帶來混亂和困難。對于新的故障代碼和歷史的故障代碼在儀表盤上顯示是有區(qū)別的，新出現(xiàn)的故障代碼儀表的顯示為黃底色、黑字體的顯示，歷史故障代碼是黑底色。另外，在啟動通電的狀態(tài)下如不小心拔掉了電器插頭出現(xiàn)了故障代碼，只要在熄火了完全切斷電源并恢復(fù)插頭，在下一次的時候開電源，故障代碼就會自動消失。

3 結(jié)論

通過對沃爾沃鉸卡這種全電控工程車輛的使用和維護，我們對于車載電子控制系統(tǒng)自診斷功能有了一定的了解。故障代碼和圖標(biāo)在大多數(shù)情況下都能正確的判斷車輛的故障源和所在位置，為正確地檢修車輛，快速排出故障提供了很好的幫助，提高

了檢修速度和效率，這是有利的一面。但是，也不能完全依靠或盲目依賴故障代碼，如果在判斷故障時，我們僅著眼于故障代碼或電路圖，而不加以分析，則可能使檢修誤入歧路，延長檢修時間、效率低下，或者忽視其他因素導(dǎo)致處理不當(dāng)，都會重新誘發(fā)機械性和電器性綜合故障，這些是不利的一面。為了提高判斷線路故障的準(zhǔn)確性，縮短查找線路的時間，防止增添新的故障，無論是憑借個人經(jīng)驗還是借助故障代碼、儀表儀器、識別元件去檢測，都應(yīng)根據(jù)電路原理結(jié)合實際，遵循下列原則：查清癥狀仔細分析，探明構(gòu)造；結(jié)合原理分段檢測、由表及里、從簡到繁；替代對比。只要做到這些，故障便可逐一排除。