卡车制造端的电气故障分析与排除（五）

于彦权， 高恩壮， 王鹏理， 刘从萍

（一汽解放汽车有限公司， 吉林 长春 130011）

1 前言

液化天然气 （LNG） 车型是当前商用车企业在细分市场重点布局的一环， 天然气重卡发动机通常是以普通柴油发动机为平台研制开发， 但由于二者燃烧介质的区别， 在燃烧控制和后处理技术方面的差别很大， 需要相关从业人员类比学习。

2 故障分析与排除

案例车型简介见表1。

表1 案例车型简介

2.1 下线时的电气故障

2.1.1 故障现象

点火开关拨至ST挡时， 起动机无动作。

2.1.2 原因分析

LNG发动机的起动方式与柴油车类似， 但点火方式完全不同， LNG发动机的点火方式与汽油机相同， 均为点燃式， 而柴油机为压燃式。 起动机动作应当具备如下条件：起动信号正常、 空挡开关闭合、 发动机控制单元EMS工作正常、 起动继电器至起动机接线正确等， 控制接线如图1所示。空挡开关由换挡手柄控制， 空挡时， 该开关为闭合状态。

图1 LNG发动机起动控制接线简图

2.1.3 排查过程

用诊断仪读取EMS故障信息， 未见故障； 读取EMS的动态数据流， 检查起动信号和空挡开关信号。 将点火开关拨至ST挡时， 诊断仪读到起动信号的变化； 将换挡手柄拨至空挡位置， 空挡信号仍然显示为在挡， 再随机拨至其他挡位， 动态数据流无变化， 如图2所示。 由此可推断是EMS无法获取空挡信号导致的无法启动。

图2 EMS动态数据流及空挡开关测量值

空挡开关安装在变速器上方， 将其拔下并查看， 未见异常； 用万用表测得孔位电压分别为24.50V 和0V， 表明EMS输出的供电正常； 再测量空挡开关电阻， 测得空挡位置时电阻为无穷大 （正常情况为导通）， 由此断定该空挡开关已坏。 更换完空挡开关后， 故障消除。

2.2 静检时的电气故障

2.2.1 故障现象

仪表显示发动机故障灯和排放故障灯； 仪表不显示天然气液位； 仪表显示车道偏离预警和前防碰撞预警故障、胎压传感器匹配失败。

2.2.2 原因分析

1） 发动机及排放故障原因分析

LNG发动机相对于柴油发动机， 电控系统更加复杂，与发动机供气、 燃烧相关的传感器数量众多， 但后处理相关的传感器很少， 这是因为LNG的主要成分是甲烷， 燃烧后几乎没有氮氧化合物和PM的形成， 因此其更容易实现排放升级。 先读取EMS故障信息， 确定排查方向。

2） 仪表不显示天然气液位原因分析

天然气液位由安装在LNG罐体上的液位传感器检测并传输， 而且液位传感器还是舒适CAN上的节点， 液位信号的传输路径是： 液位传感器—网关—仪表。 液位的显示需要在EOL阶段向仪表、 网关写入LNG相关信息， 因此先检查仪表和网关的配置是否正确。 LNG液位显示图标如图3所示。

图3 LNG液位显示图标

3） 车道偏离及前防碰撞预警故障原因分析

车道偏离预警系统 （LDW） 和前防碰撞预警系统（FCW） 功能分别由前视智能摄像头和电子扫描雷达实现，车辆下线后需对其进行标定， 否则仪表上会显示相应的故障灯。 摄像头和胎压接收器一样， 同为舒适CAN上的节点，不同之处在于摄像头接线于仪表板线束内， 胎压接收器接线于底盘线束中。 图4为车辆舒适CAN拓扑图。

图4 舒适CAN拓扑图

由于LDW与TMPS同时显示故障信息， 大概率是舒适CAN通信故障导致的。 LNG车辆的气瓶安装于驾驶室后端，气瓶液位传感器远离CAN总线主线路， 加之舒适CAN总线的两个终端网关和BCM均安装于驾驶室内， 因此舒适CAN接线采用仪表板—底盘—仪表板的折回结构， 该区域发生故障的概率较大。 可先用诊断仪读取摄像头故障信息。

4） 胎压匹配失败故障原因分析

《营运货车安全技术条件 第2部分： 牵引车辆与挂车》（JT/T 1178.2—2019） 中规定： 最高车速大于或等于90km/h的牵引车辆， 使用单胎的车轮应安装轮胎气压监测系统（TPMS） 或具有轮胎气压检测功能的装置。 该车的两个转向轮安装有胎压检测系统， 车辆下线后需要将各传感器的ID写入到胎压监测接收器 （TPMS控制器）， 实现二者的匹配， 该过程为胎压标定。 接收器通过CAN总线将传感器采集到的轮胎气压、 温度信息发送给仪表等节点。

胎压传感器安装在轮胎内部， 本体自带电源和天线，向TPMS控制器传输无线信号。 产线作业时传感器的ID除了本体存储， 车轮分装时还将ID印于标签并粘贴在车轮外表面， 便于标定人员读取， 本车的胎压监测系统如图5所示。

图5 胎压监测系统简图

TPMS控制器是车辆舒适CAN上的节点， 诊断仪读取接收器信息时， 需要借助诊断CAN与网关进行通信， 再由网关经舒适CAN转接TPMS控制器。 先用诊断仪读取基本信息查看胎压匹配失败的原因。

2.2.3 排除过程

1） 发动机及排放故障排除过程

用诊断仪读取EMS故障信息为第5缸点火线圈短路， 起动发动机后， 怠速有些不稳定。 将驾驶室举升起， 找到并拔下发动机上端第5缸的点火线圈插接器， 发现点火线圈端有烧蚀的迹象。 用万用表测量线束端的供电、 信号及搭铁均正常， 烧蚀的原因应该是点火线圈内部发生短路故障。重新更换点火线圈， 进入EMS的OBD诊断读取历史故障并清除， 断电保存后再次起动发动机， 发动机故障消失。

2） 仪表不显示天然气液位排除过程

用诊断仪读取仪表参数配置， 其发动机电控类型为天然气发动机， 表明配置正确。 再读取网关参数配置， 发现GCT （Gas Capacity Transmitter） 的参数值为 “无”， 如图6所示， 正确参数应该为“有”。 将参数重置后， 故障排除。

图6 网关参数配置

3） 车道偏离及前防碰撞预警故障排除过程

用诊断仪分别连接TPMS控制器和摄像头， 发现均无法读取其基本信息， 然后再连接网关， 其故障信息为舒适CANbusoff、 车身控制器BCM节点丢失。

由于网关与BCM 在驾驶室内安装位置紧邻， 如图7所示， 因此可用万用表测量二者舒适CAN的接线情况。 点火开关拨至LOCK挡， 将网关和BCM插接器拔下， 根据导线颜色找到各自的舒适CAN， 本车舒适CANH为粉色线， CANL为棕色线。 测量发现对应颜色的CAN线导通， 排除CAN线断路故障。 再通过图纸查看导线在插接器中的线序， 发现网关中的舒适CANH和CANL颠倒， 导致CAN通信中断。

图7 网关与BCM实物图

修复后TPMS控制器和摄像头可正常连接， 摄像头和雷达完成标定后故障消除， 但胎压标定后， 仪表仍显示右侧前轮的胎压传感器匹配失败。

4） 胎压匹配失败故障排除过程

该车的胎压标定是通过诊断仪向TPMS控制器写入标签上的ID完成的， 但如果轮胎内部未安装传感器或传感器失效， 抑或标签内容错误都会导致匹配失败。 这种标定方式完全依赖标签内容， 无法判断标签上的ID是否为传感器的真实ID。

用扫描设备激活右侧车轮胎压传感器， 获取其ID 为4F101D90， 而标签ID为4F101AC0， 如图8所示， 用诊断仪读取到的ID也为4F101AC0， 表明TPMS控制器被传入了错误的ID。 将真实的ID重新写入后， 胎压传感器匹配成功， 故障消除。

图8 真实ID和标签ID

2.3 动检时的电气故障

2.3.1 故障现象

右转报警提示音异常； 左转向时， 四方位影像画面切换功能失效； 独立暖风不工作； 定速巡航不工作。

2.3.2 原因分析

1） 右转报警提示音异常故障原因分析

JT/T 1178.2—2019中规定： 牵引车辆应安装车辆右转弯提示音装置。 右转弯提示音报警器通常安装在车辆右侧，具有昼间和夜间两种工作模式， 其中昼间模式时报警器发出的声音分贝要高。

基本工作原理是： 开启右转向， BCM获取右转信号后向右转弯提示音报警器输出相应的模式信号， 报警器工作。其中小灯点亮时， 触发夜间模式， 控制接线如图9所示。

图9 右转弯提示音报警器及控制原理简图

如果提示音异常时， 原因通常是BCM输入或输出信号不正确， 或者提示音报警器损坏。

2） 四方位影像故障原因分析

四方位影像系统在车辆转向 （如左转） 时， 显示画面会自动将左侧画面切换为主画面， 而前视画面隐藏， 右侧画面缩小为辅助画面。 该车配置的四方位影像系统主要包括四方位影像控制器 （集成显示屏）、 前后左右4个摄像头，系统控制如图10所示。

图10 四方位影像系统控制简图

若转向时无画面切换功能， 应检查该转向信号是否被正确地传输至四方位影像控制器。

3） 独立暖风故障原因分析

该车配置气暖式独立暖风系统， 在发动机熄火状态也可为驾乘人员提供采暖。 主要组成部分包括小型燃油箱、电磁泵、 气暖式加热器、 温控开关、 油管等， 其中加热器还包括燃烧室、 热交换器、 电机等。

采暖工作过程： 开启温控开关， 电磁泵向加热器中输送柴油， 在燃烧室内蒸发雾化， 与助燃空气混合后燃烧，通过电机驱动风扇从进气口吸入冷风， 经热交换器转化为暖风后由出风口吹入驾驶室内， 燃烧废气则排往驾驶室外。

独立暖风系统不工作， 可从油路及电路方面分析， 其中电线束主要集中在加热器处， 主供电从驾驶室熔断器盒接入。 独立暖风系统原理如图11所示。

图11 独立暖风系统原理简图

4） 巡航失效故障原因分析

定速巡航的接线原理比较简单， 其功能是否正常通常取决于发动机控制单元EMS的电控数据和开关至EMS的接线情况。 巡航开关与左右转向开关共同集成在左侧手柄上，功能项包括开关信号、 加速set+、 降速set-、 车速复位resume， 开关接线图12所示。

图12 定速巡航接线简图

接线图显示， 开关接线来自EMS， 排查巡航功能失效故障时， 可从EMS电控数据版本号、 开关动态数据流、 开关接线状态入手。

2.3.3 排除过程

1） 右转报警提示音异常故障排除过程

小灯关闭时， 拨动右转开关， 右转弯提示音报警器工作， 然后开启小灯， 报警器声音分贝提升， 表明昼间、 夜间控制模式颠倒。 查看图纸上的BCM、 报警器管脚接线，发现BCM控制器上的昼夜模式孔位颠倒， 而实车线束也随之设计错误。 将颠倒的接线重置， 再次检查报警器， 工作模式恢复正常。

2） 四方位影像故障排除过程

通过上述分析， 转向开关信号影响画面切换， 而信号线两端分别接转向开关和四方位影像控制器， 而后者插接器更容易进行插拔操作。 将影像控制器插接器拔下， 左转信号孔位未见异常， 用万用表测量该孔位电压也正常， 控制器端插针也完好。 重新插接后， 再次检查， 转向时画面能正常切换， 故障不再复现， 因此认为是插接器接触不良。

生产作业中， 插接器之间配合时出现接触不良的现象时有发生， 通常也不易察觉。 从工艺角度制定的对策包括插接后打标记确认、 反向插拔等措施尽可能降低漏接和虚接的概率。

3） 独立暖风故障排除过程

开启温控开关， 发现开关上的指示灯不亮， 表明无供电。 掀开卧铺， 由于整个系统的供电仅来自于驾驶室熔断器盒的一个插接器， 检查起来比较方便。 发现供电插接头漏接 （图13）， 重新连接后， 独立暖风功能恢复。

图13 插接器漏接

4） 巡航失效故障排除过程

用诊断仪连接EMS， 读取到的电控数据基本信息与生产信息完全相同， 排除电控数据问题， 也未读取到故障信息； 读取定速巡航开关信号（图14）， 发现开关信号始终处于ON状态， set+也无反应，可能是巡航开关接线问题。

图14 巡航开关数据流

拆解巡航开关外围护板， 发现开关插接正常， 插接器未见退针或者管脚折弯情况。 然后顺着线束方向检查， 发现开关线束被螺栓压住。 修复后， 重新检查开关， 功能恢复正常。

2.4 分析小结

案例车故障及成因统计见表2。

表2 案例车故障及成因统计

3 总结

LNG发动机因燃料性质及燃烧方式使其具备汽油机的一些特点， 比如LNG发动机安装有爆震传感器、 点火线圈等， 而这些装置在柴油机上是看不到的。 LNG重卡在商用车市场占据重要位置， 各个卡车生产企业也纷纷推出自己的LNG产品， 因此要求汽车工艺及维修等从业人员也要学习相关知识， 拓宽知识面， 提升电气故障排查技能。