论文部分内容阅读
丰田公司是汽车混合动力技术的鼻祖，其名下的普锐斯轿车是最早采用混合动力方案的车型之一。普锐斯轿车的动力部分主要由发动机、电动机和动力电池组成(图1)。其中电动机扮演了车辆牵引、车辆制动、无级变速、能量回收、发电机和起动机等多种角色。动力电池为高压蓄电池，电压高达300V以上，其电能转换成机械能后，可使车辆在一定条件下以纯电动方式行驶。
混合动力系统中，发动机与电动机的动力切换、动力混合、变速比和动力电池的充放电等控制均由动力管理控制单元完成。当动力电池的电量充足，且车辆低速行驶时，车辆会在动力管理控制单元的控制下以纯电动方式驱动，以降低排放。发动机在行驶中的起动／停止控制过程，驾驶员无需进行干预。
对于混合动力系统，发动机在整个系统中仅以部件的形式存在，因此就重要性而言，动力管理控制单元的地位取代了传统的发动机控制单元的地位。因此维修人员在混合动力车型的故障诊断中，有必要了解动力管理控制单元的各种工作条件和控制指令的特点。此外，由于车辆增加了电力部分，因此还有必要对动力电的传送与控制，以及相关电路的结构特点有所了解。下面以实际故障案例对混合动力车型的故障诊断特点加以说明。
故障现象：一辆2006年产丰田普锐斯轿车，搭载混合动力系统，行驶里程8万km。用户反映该车在低速行驶时，发动机一直运转，不能以纯电动方式行驶。
检查分析：维修人员试车，起动发动机，低速行驶了几分钟后，发动机自行熄火，车辆转入纯电动方式驱动。试车发现车辆暂时行驶正常，可见用户反映的故障应为偶发性故障。为使故障重现，与用户协商后，将车留厂检查。
充分试车后，故障重现。于是停车，让发动机怠速运转。观察发现，车辆在各种用电设备均关闭的情况下，发动机怠速运转近1h，仍不能自动熄火。而在正常情况下，发动机早已熄火。观察仪表板右侧的电量指示，发现动力电池的电量不但没有上升，反而有逐渐下降的趋势。发动机自动停机的条件之一便是动力电池的电量要充足，而现在电池的电量不足，发动机自然不会熄火。检测动力管理控制单元、电源管理控制单元和发动机控制单元，均未发现任何故障码。
反复试车，逐渐掌握了故障的规律。当故障出现时，动力电池的电量停止升高。在这种情况下，将发动机熄火后再起动，故障往往会自行消失。故障消失后，在发动机怠速运转时，可以观察到动力电池的电量在不断上升。约10min后电量充满，发动机自动熄火。为进一步分析故障，分别将故障状态与正常状态下，动力管理控制单元的数据进行采集并做保存。
比较故障与正常状态下的数据(图2)。故障状态下，1号电机的输出扭矩为0N·m，而正常状态为－8N·m。根据动力系统的扭矩特性曲线(图3)，当1号电机的输出扭矩为负值时，表示电机正在由发动机带动而发电。故障出现时，1号电机的输出扭矩为0N·m，说明1号电机处于空载状态，并未发电。从动力电池的充电状态上看，故障发生时，发动机怠速运转近1h，电量仍维持在约50％。而车辆恢复正常后，发动机怠速运转仅1.5min，动力电池的电量已经上升了约5％。从动力电池的电流输出看，故障时，电流为正值，表明电池正在输出电能。且电流值约等于发动机燃油泵的工作电流，说明发动机要靠消耗动力电池的电量来维持自身的运转。正常状态下，动力电池的输出电流为－10A，表明其正处于充电状态。再看发动机怠速负荷率，故障时比正常时约低22％，表明故障状态下发动机的确是没有带动1号电机发电。
通过以上的数据分析，问题已经明朗。之所以发动机不能正常熄火，是由于动力电池没有获得充电。查看电源管理系统的电路图(图4)，可以看到。电流传感器能够检测到动力电池的输出电流，说明电池与用电系统是接通的。问题应该出在动力电池与电机的连接上。
查阅变频器总成的电路图(图5)，在发动机怠速运转时，1号电机作为发电机为动力电池充电。1号电机的输出电流经过整流器变成直流后，必须经过升压转换器中的场效应管才能到达动力电池。现在充电电流为0A，这有2种可能性，一是电机或整流器有故障，二是场效应管未导通。但电机及整流器都是3相结构，3套系统同时失效的可能性不大，因此问题指向了场效应管。
场效应管是受变频器总成内部的电机控制单元控制的，动力管理控制单元通过本地互联网数据总线向电机控制单元传送控制指令，电机控制单元根据指令来控制场效应管的导通量。那么当下首先要确定的便是控制指令是否实际送到了电机控制单元(图6)。根据偶发故障的排除经验，维修人员立刻想到了线路接触不良的问题。于是当故障出现时，在观察数据流的同时，晃动变频器总成的控制线束，很快发现动力电池的输出电流由正变负，说明充电恢复了。而晃动线束的部位正好靠近插接器(图7)，说明故障点就在控制线束的插接器内部。
故障排除：用专用工具缩紧插接器中的所有插孔，装好插接器反复试车，确认故障彻底排除。
回顾总结：对于偶发性故障，电路接触不良是很常见的故障原因之一。该车故障时隐时现，正是由于电路接触不良造成的。当发动机熄火时，其机械振动既会诱发故障出现，又会使故障消失，这便是这类故障的表现特征。由此可见，电路接触不良是故障出现的内因，冲击振动是故障出现的外因。在故障诊断过程中，通过人为制造故障外因的方法使故障重现，是对这类故障进行准确定位的有效方法。
混合动力系统中，发动机与电动机的动力切换、动力混合、变速比和动力电池的充放电等控制均由动力管理控制单元完成。当动力电池的电量充足，且车辆低速行驶时，车辆会在动力管理控制单元的控制下以纯电动方式驱动，以降低排放。发动机在行驶中的起动／停止控制过程，驾驶员无需进行干预。
对于混合动力系统，发动机在整个系统中仅以部件的形式存在，因此就重要性而言，动力管理控制单元的地位取代了传统的发动机控制单元的地位。因此维修人员在混合动力车型的故障诊断中，有必要了解动力管理控制单元的各种工作条件和控制指令的特点。此外，由于车辆增加了电力部分，因此还有必要对动力电的传送与控制，以及相关电路的结构特点有所了解。下面以实际故障案例对混合动力车型的故障诊断特点加以说明。
故障现象：一辆2006年产丰田普锐斯轿车，搭载混合动力系统，行驶里程8万km。用户反映该车在低速行驶时，发动机一直运转，不能以纯电动方式行驶。
检查分析：维修人员试车，起动发动机，低速行驶了几分钟后，发动机自行熄火，车辆转入纯电动方式驱动。试车发现车辆暂时行驶正常，可见用户反映的故障应为偶发性故障。为使故障重现，与用户协商后，将车留厂检查。
充分试车后，故障重现。于是停车，让发动机怠速运转。观察发现，车辆在各种用电设备均关闭的情况下，发动机怠速运转近1h，仍不能自动熄火。而在正常情况下，发动机早已熄火。观察仪表板右侧的电量指示，发现动力电池的电量不但没有上升，反而有逐渐下降的趋势。发动机自动停机的条件之一便是动力电池的电量要充足，而现在电池的电量不足，发动机自然不会熄火。检测动力管理控制单元、电源管理控制单元和发动机控制单元，均未发现任何故障码。
反复试车，逐渐掌握了故障的规律。当故障出现时，动力电池的电量停止升高。在这种情况下，将发动机熄火后再起动，故障往往会自行消失。故障消失后，在发动机怠速运转时，可以观察到动力电池的电量在不断上升。约10min后电量充满，发动机自动熄火。为进一步分析故障，分别将故障状态与正常状态下，动力管理控制单元的数据进行采集并做保存。
比较故障与正常状态下的数据(图2)。故障状态下，1号电机的输出扭矩为0N·m，而正常状态为－8N·m。根据动力系统的扭矩特性曲线(图3)，当1号电机的输出扭矩为负值时，表示电机正在由发动机带动而发电。故障出现时，1号电机的输出扭矩为0N·m，说明1号电机处于空载状态，并未发电。从动力电池的充电状态上看，故障发生时，发动机怠速运转近1h，电量仍维持在约50％。而车辆恢复正常后，发动机怠速运转仅1.5min，动力电池的电量已经上升了约5％。从动力电池的电流输出看，故障时，电流为正值，表明电池正在输出电能。且电流值约等于发动机燃油泵的工作电流，说明发动机要靠消耗动力电池的电量来维持自身的运转。正常状态下，动力电池的输出电流为－10A，表明其正处于充电状态。再看发动机怠速负荷率，故障时比正常时约低22％，表明故障状态下发动机的确是没有带动1号电机发电。
通过以上的数据分析，问题已经明朗。之所以发动机不能正常熄火，是由于动力电池没有获得充电。查看电源管理系统的电路图(图4)，可以看到。电流传感器能够检测到动力电池的输出电流，说明电池与用电系统是接通的。问题应该出在动力电池与电机的连接上。
查阅变频器总成的电路图(图5)，在发动机怠速运转时，1号电机作为发电机为动力电池充电。1号电机的输出电流经过整流器变成直流后，必须经过升压转换器中的场效应管才能到达动力电池。现在充电电流为0A，这有2种可能性，一是电机或整流器有故障，二是场效应管未导通。但电机及整流器都是3相结构，3套系统同时失效的可能性不大，因此问题指向了场效应管。
场效应管是受变频器总成内部的电机控制单元控制的，动力管理控制单元通过本地互联网数据总线向电机控制单元传送控制指令，电机控制单元根据指令来控制场效应管的导通量。那么当下首先要确定的便是控制指令是否实际送到了电机控制单元(图6)。根据偶发故障的排除经验，维修人员立刻想到了线路接触不良的问题。于是当故障出现时，在观察数据流的同时，晃动变频器总成的控制线束，很快发现动力电池的输出电流由正变负，说明充电恢复了。而晃动线束的部位正好靠近插接器(图7)，说明故障点就在控制线束的插接器内部。
故障排除：用专用工具缩紧插接器中的所有插孔，装好插接器反复试车，确认故障彻底排除。
回顾总结：对于偶发性故障，电路接触不良是很常见的故障原因之一。该车故障时隐时现，正是由于电路接触不良造成的。当发动机熄火时，其机械振动既会诱发故障出现，又会使故障消失，这便是这类故障的表现特征。由此可见，电路接触不良是故障出现的内因，冲击振动是故障出现的外因。在故障诊断过程中，通过人为制造故障外因的方法使故障重现，是对这类故障进行准确定位的有效方法。