沃爾沃鉸接式卡車電氣系統故障診斷

查曉嘉，黃賢森

（江西銅業集團有限公司 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備，主要承擔礦石的運輸工作。針對礦山生產環境的特殊性，沃爾沃鉸卡的車載電子控制系統也具有其獨特的性能和技術要求，它在整個運行中實現了局部自動化控制，從而提高了設備性能、安全系數及實現了操作便捷化。各控制單元分別控制和診斷各自所轄范圍的車輛設備狀況，同時各單元相互間又有聯絡，最終車輛自診斷系統將所診斷的車輛故障狀況以故障碼或圖標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聯元件導致的故障，系統不能精準描述或無法診斷，因此，僅靠系統顯現的故障代碼來進行診斷，往往與真正的故障部位相去甚遠，易出現判斷失誤，使得維修工作走許多彎路。

2 自診斷系統與故障解析

2.1 故障監測

隨著計算機技術的飛速發展，車載電子控制系統（ECU）在汽車領域中的應用越來越深入，尤其是與各類傳感、執行電子元件間的應用，借助于液壓、機械等技術的結合，使得設備電、氣、液、機環環相扣。沃爾沃鉸接式卡車作為世界領先的工程機械設備，在電器部分展現了極其精湛的技術。其車載電子控制系統一般由4-7 塊ECU 組成的，以A40E 型鉸卡為例，分別有發動機控制單元（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 的背面上有一個發光二極管，可指示該控制組件的工作模式。正常狀態時，該發光二極管會以不同頻率來閃光；不亮、或者持續發亮，表示工作模式出現異常。這些控制單元有整合的故障診斷程序，監測該電子系統。一般來說，監測可分為以下三個方面。

（1）監測在該控制單元內部的故障，例如自行測試發現一個記憶電路的故障；

（2）監測外部數據總線通訊，例如控制總線J1708/1587 或信息總線J1939 的相應傳輸頻率；

（3）監測來自電子元件的輸出、輸入或信號端線，例如發現了來自某個電磁閥工作時的異常數值。

2.2 故障自診斷系統

當發現某故障時，有一個故障代碼產生，此故障代碼是根據車輛通訊標準（SAE）來設立。故障代碼使其可能決定哪一控制單元發現有故障，以及故障的來源和類型。車載電子控制系統的輸入和輸出信號都是在一定的規定范圍內運行，當系統控制電路的信號出現異常時，ECU 中的自診斷系統就判定該電路出現故障。根據我們平時的工作總結，車載電子控制系統的自診斷系統出現以下幾種情形時將發出故障報警信號。

（1）當控制電路的信號超出ECU 設計的額定范圍。例如：沃爾沃發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，該溫度傳感器核心部分為負溫度系數的熱敏電阻，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，自診斷系統則判定為故障信號，立即顯現故障代碼。

圖1 溫度傳感器原理圖

圖2 溫度傳感器曲線圖

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

（3）控制單元診斷系統偶爾發現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或持續一定時間，才會判定為故障信號。例如：轉速信號是一個脈沖信號，發動機轉速在每分鐘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，并相互聯絡傳輸的技術，出現故障時自診斷并顯現代碼或圖標。而監測采集到的與傳感、電磁、按鈕相關的異常數值均是運用廠家特定的字符或圖標來呈現，這種讀碼方式還需查有關的資料，才能懂得故障代碼的含義。據統計沃爾沃A40E 型鉸卡有故障代碼264 個，圖標47 個，出于安全保護考慮，任何一個代碼的閃現都有可能造成設備自動熄火停機或行駛困難。而沃爾沃鉸卡為全電控設備，如果控制單元自診斷出現記錄錯誤和關聯顯示的故障代碼，則將把故障分析和故障維修工作引向歧路，帶來許多不便。根據我們多年研究沃爾沃鉸卡電氣疑難故障所總結出的一點經驗，在以下五種情況時，易使維修人員出現誤判。

（1）鉸卡運行時故障明顯，傳感器有故障而自診斷系統沒有監測顯現。

實際上，故障代碼僅僅是ECU 讀取的一個是或否的界定結論，當ECU 對傳感器信號進行檢測時，是通過接受與拒絕其設定范圍之內的信號值，從而判別傳感器的好與壞。當傳感器信號值在設定范圍內，ECU 接受這一信號，表明傳感器正常和該部分元器件正常；當傳感器信號值超出設定范圍，ECU 拒絕這一信號，表明傳感器異常和該部分設備不正常；同時ECU 輸出一個對應的故障代碼。一旦解讀故障代碼故障后，只要對相應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，則自診斷系統就診斷不出來了。盡管鉸卡確有故障表現，但是控制單元自診斷系統卻未獲取異常電壓或電流值，未輸出故障代碼報警。這時就應該依據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，一臺發動機轉速失準并伴有難啟動和行駛中怠速不穩，自診斷系統沒有故障代碼輸出，機械和油路方面反復檢查均無異常。這時，就需要維修人員根據經驗來分析判斷了，首先值得考慮和懷疑的便是環境溫度傳感器、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 所控制的發動機基本的燃油噴射量。盡管此時沒有顯示相應的故障代碼，也應該對它們進行檢查，城門山銅礦的A40E 鉸卡就出現過多起類似故障。

（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，導致ECU 監測指令不暢，自診斷系統這時就可能給出錯誤的信息，導致車輛啟動不了。

例如，A40E 型鉸卡使用兩年后，陸續出現過自檢完成后擰動啟動鑰匙開關馬達無反應的故障現象。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，導致啟動繼電器沒有得電（如圖3 所示），所以啟動馬達不轉啟動不了。

圖3 點火鎖開關電路原理

在這起故障中，對所有的硬件進行排查均正常。只有在重新關掉電源，在自檢沒有結束的情況下，擰鑰匙開關打到啟動檔，馬達有反應，發動機著車了，后期對于出現這種情況的故障車，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 的軟件可能出現檢測失誤，軟件又能自動修復，所以啟動后再重新自檢啟動，又能正常。當然，過了幾小時后再擰啟動鑰匙試車，V-ECU 的EC51腳又能輸出，車輛也能自動恢復正常啟動。

（3）機械原因造成的監測信號異常也可能引發錯誤代碼的顯現。

當車輛出現機械方面的故障常常也會引發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和反饋［4-6］，它們之間是緊密聯系的，并通過傳感元件實時傳達至ECU進行監控和顯現，其中一部分因為非正常狀態下傳感元件長時間反饋至ECU 的電壓值異常，從而出現故障報警，但實際故障部位與此時顯現的故障代碼相去甚遠，若不依靠維修經驗來甄別，那么難度就非常大，極易使維修人員多走不少的彎路。例如，當車輛啟動困難時常常幾秒后出現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動機運轉階段時過低引起的，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代碼報警但呈現故障。

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，雖然未超出軟件設定的各自應有反饋電壓或脈沖電流值，但相聯功效無法正常工作，同時不呈現任何報警，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，以前也未出現過類似情況，于是大家開始糾結許久這臺換上的變速箱是否存在問題，最終細心的人員發現在變速箱末端，長相完全相同的SE4215 轉速范圍傳感器和SE4307 輸出速度傳感器兩接插頭裝反了，導致ECU 接收到的范圍和速度兩類型的數值相反，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也可能引發錯誤的故障代碼。

在對鉸卡電控設備實施維修時，由于維修人員技能水平不高或者操作不當，也會導致自診斷系統輸出錯誤的故障代碼。比如我們在發動機運轉過程中，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，可能導致瞬間電流過大冒火花造成保險片燒熔，引發此保險片關聯電器線路的故障碼的一系列報警出現；若在上一次車輛維修時，由于操作不當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，因此在對鉸卡電控設備維修時也要加以注意，不應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別的，新出現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，在啟動通電的狀態下如不小心拔掉了電器插頭出現了故障代碼，只要在熄火了完全切斷電源并恢復插頭，在下一次的時候開電源，故障代碼就會自動消失。

3 結論

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自診斷功能有了一定的了解。故障代碼和圖標在大多數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致處理不當，都會重新誘發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，無論是憑借個人經驗還是借助故障代碼、儀表儀器、識別元件去檢測，都應根據電路原理結合實際，遵循下列原則：查清癥狀仔細分析，探明構造；結合原理分段檢測、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。