混合动力大巴D档与R档错乱的故障排除

2016-07-25程银芬深圳巴士集团公汽分公司侨城北新能源车间广东深圳518000

汽车电器 2016年1期

程银芬（深圳巴士集团公汽分公司侨城北新能源车间，广东深圳　518000）

混合动力大巴D档与R档错乱的故障排除

程银芬
（深圳巴士集团公汽分公司侨城北新能源车间，广东深圳518000）

五洲龙汽车公司生产的混合动力大巴FDG6111HEVG，于2009年率先在深圳公交行业投入运营，目前该批次车辆都已行驶35万公里以上，各种故障相继出现。部分故障第1次出现时，由于维修工对控制系统的理解不甚深刻全面，造成维修时遇到较大困难。本文将叙述该批次车辆D档与R档错乱第1次出现时的故障排除。

1　故障现象

2015年5月31日，一辆混合动力大巴被拖进车间，挂档松手刹加油时车辆不走，经检测为驱动电机损坏。更换电机后试车，挂前进档踩加速踏板时车辆倒车，而挂倒档则车辆前进，倒车蜂鸣器鸣叫。前进档变成倒档，倒档变成前进档，即D档与R档错乱。

该车采用集中式控制，配置大连天元电机有限公司生产的55kW三相变频调速驱动电机。电机采用星接、水冷。驱动电机及铭牌见图1。

图1　　驱动电机及铭牌

对于上述现象，一般均认为只要将驱动电机上的UVW这3根相线任意调换2根就可以解决问题。其理由是：普通的三相异步电动机只要将3根相线任意调换2根，电机即改变旋转方向。该车装用的虽然是变频电动机，但原理一样。

基于上述理论基础，修理工试着调换驱动电机上UVW 这3根相线。其结果是车辆要么不走，要么能走时D档与R档错乱。根据推理，变频器输出的UVW三相动力线与电机上的UVW三相接线端子，要做到3根对3根一一准确对应，在不知道端子名称的情况下理论上要接6次才能正确对接。为防止漏接重接，修理工拿来笔和纸做好记录。一次又一次反复调换，可令人遗憾的是，没有一次调换能成功排除故障。

该款车第1次出现这种故障，修理工都认为只需调换相线就能解决问题，甚至只有亲身调换没解决问题后，才相信单纯调换相线不能解决问题。个个都觉得深奥，不可思议。其实，弄懂了其原理，故障就可以迎刃而解。

2　驱动原理分析

2．1驱动控制基本原理

驱动电机控制电路原理图见图2。

图2　　驱动电机控制电路原理图

变速杆挂入D档或R档时，CPU226模块收到档位逻辑信号，Q0.7端子输出24 V高电位工作信号至PLC板中的MCN11插座的5号脚，经电阻R限流后输入PC（光藕）元件的触发极，光藕的C、E极饱和导通，通过PCN10／5脚将程控板FWD端子的20V高电位转换为0.3V的低电位。此时，程控板进入工作待命状态；程控板FWD端子的这个0.3V的低电位信号叫做程控板的

变速杆挂入D档或R档且踩下加速踏板时，油门信号通过A+、A-端子输入EM235模块。EM235模块将此模拟油门信号转换成数字信号后，通过排线输入CPU226模块。CPU226模块又从排线输出数字动力信号至EM235模块，EM235模块将此信号经数模转换后，从V0、M0输出模拟动力信号至程控板的Ai1与11端子。进入工作待命状态的程控板此时输出驱动信号至驱动板，驱动板触发IGBT组件，IGBT组件将单相直流电逆变成三相交流电，为驱动电机M提供动力电源。此时，驱动电机开始旋转。

在电机旋转的瞬间，驱动电机的旋转变压器（图2中的 “旋变”，下文简称旋变）在驱动电机输出轴的驱动下产生旋变信号，输出至旋变转换器，通过旋变转换器的模数转换，转换成数字信号输出至程控板。程控板接收到正确的旋变信号后，继续输出驱动信号至后级电路，后级电路继续工作，从而实现电机的连续运转，驱动汽车行驶。可见，程控板对驱动电机的控制，在旋变的检测与旋变转换器的转换与反馈作用下是一个闭环的控制过程。驱动电机的闭环控制见图3。可见，闭环环路中只要坏掉一个元件，车辆就不能行驶。

图3　　驱动电机的闭环控制

2.2旋变的结构

旋变的电路与结构示意图见图4。旋变装于驱动电机的输出轴上，随驱动电机的输出轴一同旋转。定子绕组共由3组线圈组成，其中红、黑色引出线的一组为励磁绕组，标称阻值为16Ω；蓝、白色引出线的一组与黄、绿色引出线的一组为2个信号绕组，标称阻值为32Ω。2个信号绕组的电气角度相差90°，分别输出频率、幅值相同，相位角相差90°的正弦和余弦两个交流信号。

图4　　旋变的电路及结构

2.3旋变的作用

在励磁绕组上加上电压，转子旋转后，2个信号绕组产生相位相差90°的2个旋变信号，其频率与电机的转速成正比。经旋变转换器转换成数字信号后，输出A、B两个等幅、等频、等宽的旋变数字信号（见图5）至程控板的PA、PB端子。车载主变频器利用其中一个信号作为电机输出轴的转速信号，在车载显示屏上显示电机转速；并将此信号换算成车速信号输出至仪表板，仪表板利用此信号显示车速。同时，程控板将这2个信号作为电机旋转的确认信号，即程控板收到这2个信号后就确认驱动电机已经旋转；另外，程控板将A、B信号的初相角作比较，确认哪个超前、哪个落后。A信号超前B信号90°，认为电机是正传，反之认为是反转。故旋变信号也可作为驱动电机的正反转识别信号。

由上可知，车辆要能走，须具备3个条件：①CPU能正常输出工作信号与动力信号；②程控板能输出驱动信号及其后级电路能正常工作；③旋变信号及其反馈电路工作正常。

图5　A、B两组旋变信号

3　故障诊断与分析

接手该车时，故障现象与修理工反映的情况一样，挂前进档车辆倒车，挂倒档车辆前进。

故障现象说明车辆能走须具备的3个条件全都具备，所不正常的是D档与R档错乱。笔者也是首次遇此故障现象。首先怀疑档位电路故障，遂将档位操纵杆分别拨入D档与R档，查看车载显示屏，结果显示档位与挂入的档位一致，不会出现错乱，说明档位电路正常。为验证档位电路是否确实正常，接着检测档位电路逻辑信号，检测点见图2“档位信号入”，结果确实正常。档位逻辑信号见表1。

在CPU档位信号输入正常、显示屏显示档位正常，但D档与R档却错乱且车辆在档位错乱时又能行驶的情况下，说明：车载主变频器信号采集、信号处理、信号输出均正常，车载主变频器正常。因此，可以确定不正常的是车载主变频器的输出信号执行元件与反馈元件。

表1　　档位逻辑信号表

对车载主变频器来说，其输出信号执行元件是驱动电机，反馈元件是旋变与旋变转换器。况且，该车进场维修换的正是驱动电机，由于旋变装在驱动电机的输出轴上，故在换电机时旋变被一起换掉。至此，问题基本可以确定为驱动电机、旋变或旋变转换器。

对驱动电机来说，与普通的三相异步电机原理一样，旋转方向是由3条相线与三相电源线的连接顺序来决定的。驱动电机现在能正、反转，说明电机本体无问题，问题出在旋变或旋变转换器。但如果旋变或旋变转换器本体有问题，则程控板收不到电机的反馈信号，车辆不能行使。旋变转换器至车载主变频器的线路在本次维修过程中没有动过。所以，问题一定出在旋变或旋变转换器线路上。

在询问修理工旋变的接线方法时，修理工说是按照图2所示导线颜色接线。而且以前都是这么接的，都没问题，唯独这一次不行。因此，怀疑这个旋变有可能在出厂时将A、B两相的颜色弄错了。

在驱动电机相线接线正确而A、B两相旋变信号线接反的情况下：挂D档加速时，驱动电机会有很微小角度的正转。但旋变在这微小角度的正转下产生的反馈信号是B相超前A相90°（反相了），程控板误认为是反转，与输出指令不符，故切断驱动信号，所以车辆不走；挂R档时原理一样车辆也不走。在正常情况下车辆不走时，修理工均知道是相线接错了（曾经遇到过），于是调换相线就能解决。但当驱动电机相线接线正确而A、B两相旋变信号线接反的情况下调换相线后挂D档时，电机相应地由正转变为反转，但由于此时的旋变信号线反接。旋变反馈信号A相超前B相90°，程控板误认为电机是正转，符合D档时正转的输出指令。故继续输出驱动信号至后级电路，电机实现连续反转，车辆起步后退。此时，D档变成R档。同理，挂R档加速时，电机虽然正转，但是旋变反馈信号B相超前A相90°，程控板认为R档时B相超前A相90°是对的，故继续输出驱动信号，电机继续正转，车辆起步前进。此时，R档变成D档。所以车辆能行驶，只是档位错乱而已。

这就是因A、B两相旋变信号线接反时，为什么车辆要么不走要么前进档变倒档的原因。

4　故障排除

为验证上述的怀疑与分析是否正确，决定对电路进行改动。电路改动示意图如图6所示。车辆发生档位错乱时，调换相线U与W，其目的是让驱动电机在D档时正转；同时，调换程控板上的旋变信号线PA与PB，其目的是将旋变在正转时超前90°的一相作为A相输入程控板。

做好上述调换后装复试车，故障排除。证明上述的怀疑与分析是正确的。

图6　　电路改动示意图

5　故障总结

由于旋变的A、B两相信号线仅凭万用表根本就无法判断，故在出厂时用颜色将其定义，以免接错，方便使用者正确接线。旋变引出线见图7。本次故障的根本原因是因旋变出厂时将A、B两相的线颜色定义错误，导致按颜色接线后车辆D档与R档错乱。又由于修理工对驱动电机的闭环控制缺乏理解，故造成只知道调换相线，不知道调换旋变信号线，导致维修陷入困境而根本无法下手，甚至差点重新更换驱动电机。