東風純電動微型客車故障解析及排除

東風純電動微型客車故障解析及排除摘要：本文描述一例東風純電動微型客車突發(fā)熄火故障現(xiàn)象及故障排查思路。緊扣整車電氣原理圖，替換可疑部件定位故障，現(xiàn)場測量端子電壓，采集CAN總線數(shù)據(jù)，分析相關控制器軟硬件接口，列出各種失效的可能原因，按照先簡單后復雜的原則，逐一排除最終確定真正的故障原因。\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"電動汽車比燃油汽車增加了很多電子電器部件和固件，所以\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"電動汽車故障往往有其特殊性，不能照搬燃油汽車的思路來檢修。1.整車電氣原理及重要總成簡介

東風汽車以某成熟的汽油版微型客車（以下簡稱微客）為基礎設計開發(fā)了一款純電動微客，純電動版與汽油版最大的差異是動力裝置和能源系統(tǒng)，即將汽油發(fā)動機替換為永磁同步電動機和MCU（電機控制器），增加動力電池、BMS（電池管理系統(tǒng)）、VCU（整車控制器）、DC-DC（直流一直流變換器）和車載充電機，傳動系統(tǒng)作局部調整，其余零部件都是通用的。VCU、BMS和MCU都接12V常電，三者通過CAN總線實現(xiàn)相互通信，停車時均處于休眠模式，靜態(tài)功耗很低；車鑰匙擰到點火開關ON檔時，VCU\BMS和MCU都得到12V信號電壓被激活進入正常工作模式；短按START鍵，開始預充電，預充電結束后，動力電池的高壓加到MCU上。至此，整車準備就緒，松手剎和腳剎、掛檔、踩電子加速踏板，車輛就可以行駛了。

VCU軟件采用國際上流行的V模式開發(fā)，通過MATLAB建模自動生成C代碼。BMS和MCU軟件都采用手工編碼的方式開發(fā)。2.故障現(xiàn)象分析及排除

試車員反映純電動微型客車在正常行駛中突然熄火，緩緩滑行直至停車，反復踩加速踏板，車輛紋絲不動。由于筆者不在現(xiàn)場，只能電話溝通了解現(xiàn)場情況，指導試車員排除故障。按先易后難的原則排查故障，最容易想到的原因是某個控制器程序跑飛了。這種故障的永久性修復措施是確認哪個控制器程序跑飛，然后檢查該控制器程序代碼，修復代碼漏洞。根據(jù)以往的經驗，現(xiàn)場應急處理只需切斷整車12V常電，再上電使控制器復位，一般就能恢復正常工作。試車員提供以下4條信息：①車輛剛起步駛出300m左右，突然失去動力滑行；②儀表顯示動力電池SOC高達64%;③重啟復位后，仍然不能行駛；④重啟復位后，按START鍵上高壓電之前，儀表檔位正常指示換檔操作；按START鍵之后，儀表檔位指示不隨換檔操作變化。

根據(jù)第①條，可知車輛剛上電工作不久，應該不會過熱保護導致停車；根據(jù)第②條，電量充足應該不會欠壓保護導致停車；根據(jù)第③條，熄火不太可能是程序跑飛導致的；第④條反映的故障現(xiàn)象比較奇特，但似乎與意外熄火、重啟不能行駛沒有直接關系，并不能從中分析出故障原因。顯然，遠程排查已陷入僵局，只能攜帶檢測設備趕赴拋錨現(xiàn)場處理。

2.1儀表檔位指示故障

儀表根據(jù)VCU通過CAN總線發(fā)來的檔位信號，點亮相應檔位LED指示燈。檔位指示信號在CAN報文中占3個二進制位，其中1位表示倒檔開關狀態(tài)，2位表示檔位標識。檔位指示錯誤，要么是儀表損壞，要么是VCU故障，要么是CAN通信線路故障?？紤]到按START鍵之前，儀表檔位指示是正常的，VCU故障的可能性非常大。VCU故障可能是硬件故障，也可能是軟件故障，由于之前并未出現(xiàn)過檔位指示錯誤的問題，因此高度懷疑VCU硬件損壞。將儀表和VCU都用備件替換，檔位顯示故障及整車不能行駛故障依舊，因此硬件故障的可能性被排除。用CAN總線工具讀取整車CAN報文，發(fā)現(xiàn)VCU發(fā)送給儀表的檔位信息在按START鍵之前是正確的，在按START鍵之后是錯誤的，因此下一步工作就是重點檢查VCU程序上電流程相關的代碼。

VCU軟件中的上電流程是用MATLAB的Stateflow建模實現(xiàn)的，與行車有關的狀態(tài)有3個：ON狀態(tài)、Start狀態(tài)、Drive狀態(tài)，分別表示車鑰匙處于點火鎖的ON檔；按下Start按鍵，系統(tǒng)進入高壓上電流程；高壓上電成功，整車處于Drive狀態(tài)，掛檔踩油門就可以驅動。3個狀態(tài)轉換如圖2所示。按Start鍵，VCU從ON狀態(tài)進入Start狀態(tài)，開始執(zhí)行高壓上電控制邏輯。如果高壓上電成功，VCU從Start狀態(tài)遷移到Drive狀態(tài)，否則停留在Start狀態(tài)。

VCU程序有一個檔位管理模塊是專門負責解析車輛當前處于哪個檔位用的，VCU通過這個模塊判斷檔位，發(fā)送CAN信號給儀表。嚴格地說，在ONNStart、Drive這3個狀態(tài)中都應該調用檔位管理模塊，但是由于高壓上電過程非常短暫，VCU處于Start狀態(tài)的時間也非常短，很快就轉入Drive狀態(tài)了。為了提高程序效率，Start狀態(tài)下沒有調用檔位管理模塊。這種作法的初衷是好的，但是忽略了高壓上電失敗的異常情形。一旦高壓上電不成功，VCU便一直處于Start狀態(tài)，而Start狀態(tài)是不調用檔位管理模塊的，所以無論如何變換檔位，VCU發(fā)出的檔位信號還是保持ON狀態(tài)時的值。

在Start狀態(tài)中增加調用檔位解析模塊的邏輯，儀表檔位顯示恢復正常，但車輛還是不能行駛。

2.2拋錨重啟不能行駛故障

檔位指示故障是由于高壓上電失敗觸發(fā)VCU程序缺陷而導致的。

高壓上電的具體流程：VCU向BMS發(fā)送閉合預充繼電器的指令，BMS收到指令閉合預充繼電器，并向VCU反饋預充繼電器狀態(tài)。VCU根據(jù)BMS發(fā)來的動力電池電壓以及MCU發(fā)來的電機母線電壓，判斷預充電是否完成。如預充電完成，則VCU發(fā)出指令至BMS，要求BMS吸合MCU繼電器、斷開預充繼電器，高壓上電成功。

上電狀態(tài)轉換流程涉及到硬線信號和CAN信號，上電失敗的原因大致有：①BMS繼電器控制端口損壞；②預充電阻損壞；③預充電容損壞；④預充繼電器損壞；05MCU繼電器損壞；）BMS或MCU軟硬件故障或線束接觸不良導致CAN報文缺失。

可能的原因都和硬件有關，有的甚至要拆卸檢查，比較費時費力。由于第⑥條CAN報文是否缺失最容易驗證，因此先從第⑥條開始檢查。首先，將車鑰匙擰到ON檔，用CAN總線工具檢查整車CAN網絡，確實看不到MCU報文；然后，在確定MCU插接件接觸良好的前提下拔出MCU插接件，用萬用表測量插接件各腳電壓，發(fā)現(xiàn)12V常電正常，12VON檔電（圖1）斷電。ON檔電是一個激活信號，將MCU從休眠狀態(tài)喚醒，在休眠狀態(tài)下，MCU是不會發(fā)送CAN報文的；最后，根據(jù)整車原理判斷斷電原因，由于ON檔信號是通過MCU常閉繼電器加到MCU上的，所以先檢查儀表板下方MCU常閉繼電器。果然，MCU常閉繼電器有些松動，插緊該繼電器，再檢測整車CAN網絡上可見MCU報文。按START鍵，從CAN報文可以看出整車高壓上電成功。高壓上電失敗致使VCU不能進入Drive狀態(tài)，這就解釋了為什么重啟車輛仍然不能行駛。但是熄火故障出現(xiàn)時，整車早已完成高壓上電，VCU早已進入Drive狀態(tài)，為什么還會突然熄火呢？會不會還是MCU常閉繼電器接觸不良導致的呢？抱著試試看的想法，重啟上電掛檔踩加速踏板，沒想到車輛居然恢復正常行駛了。事后與MCU軟件設計師溝通，得知MCU不僅需要ON信號將其從休眠狀態(tài)喚醒進入正常工作模式，而且MCU處于正常工作模式時，還需要ON信號作為電機工作的必要條件。也就是說MCU在正常工作模式下會時刻監(jiān)測ON信號，一旦該信號丟失，立即禁止電機工作。2.3人為再現(xiàn)拋錨故障

為了驗證故障是否徹底排除，很有必要再現(xiàn)車輛行駛中突然拋錨故障。在車輛正常行駛時，突然拔掉MCU常閉繼電器，車輛果然逐漸停止，不再響應加速踏板動作。用CAN總線工具檢查，VCU還在正常發(fā)送扭矩指令給MCU，表明VCU還處于Drive狀態(tài)。雖然MCU還在收發(fā)CAN報文，但MCU檢測到ON檔信號丟失，禁止電機工作。故障成功再現(xiàn)充分表明故障原因解析是正確的，處置措施是完善的。3.結束語

純\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"電動汽車突然熄火且重啟無效，看起來是非常嚴重的故障，但實際上只是繼電器接觸不良導致的，并且意外地幫助我們檢查出了VCU軟件中的一個缺陷。由于\t"/