纯电动客车VCU故障分析与处理

韩志强

(中国重汽集团济南豪沃客车有限公司，济南 250200)

纯电动客车具有绿色环保、高效节能、噪声小等优点。与传统客车电气系统相比，纯电动客车的电气系统存在结构复杂、电压高、环节多、关联性高等特点。

1 电气系统结构及VCU故障

1.1 纯电动客车电气系统结构

纯电动客车电气系统是由仪表系统、整车控制器(VCU)、动力电池系统、驱动电机系统、多合一电源转换器、电动空气压缩机、液压助力转向泵等电器部件组成。

整车控制器(VCU)是车辆的大脑，通过分析仪表、电池、电机的数据，按照整车控制策略对电机、电池、多合一电源控制器等部件进行指令控制，同时对各部件反馈回的数据及故障信息进行分析，对车辆做出安全限制，防止危险的发生。

VCU与客车仪表系统、动力电池、电机、多合一电源转换器等部件之间通过CAN总线按照整车通讯协议进行信息交换、故障播报和指令收发［1］。

1.2 常见的VCU故障

1)车辆无法启动。车辆报VCU故障，车辆电气系统整体陷入瘫痪状态，VCU不能启动的同时，还会出现部分电气元件无法工作。

2)部分电器件不工作。车辆可以正常上高压电，电机及电池无故障报警，但部分辅助行车设备，如电子油门踏板、制动踏板、多合一电源转换器、换挡面板等出现故障，不能正常工作。

3)CAN通讯及系统软件故障。CAN通讯故障是指整车控制器与仪表系统或整车控制器与电池、电机、多合一电源转换器无法进行正常数据交换而导致车辆无法启动，或启动后车辆无法行驶［2］。整车控制器软件故障导致仪表报VCU故障，此时整车控制器采集数据正常、CAN总线数据交换正常，但车辆无法行驶。

2 故障分析与处理

2.1 车辆无法启动故障分析与处理

纯电动车辆启动不了的直接原因为电池主控箱内主继电器不闭合，导致动力电池无法给电机控制器、多合一电源转换器及其他高压电器件供电，致使车辆无法启动。无法启动情况有两种表现:

1)表现为整车各低压电器件不能正常工作，即低压蓄电池电压低于18 V，仪表上报出多组电器部件故障车辆无法启动。纯电动车辆因无起动机等大功率低压用电设备，故与传统车辆相比在设计低压蓄电池时电量较小，若操作不当易出现蓄电池亏电［3］。出现此类故障的原因为车辆长时间存放，未关闭低压蓄电池的机械电源总开关，造成低压蓄电池亏电，从而导致低压用电器和高压设备控制端供电不足。解决由此种原因导致车辆无法启动的故障，可对低压蓄电池进行外部充电，使蓄电池电压大于24 V或更换蓄电池。

2)另一种现象为低压蓄电池电压正常，低压用电器及高压设备控制端供电正常，仪表不显示电池、电机、辅助设备的所有信息，车辆无法启动。此类故障为整车控制器自身故障，整车控制器不能正常唤醒开机进行数据处理和控制策略指令的发送，故电机、电池、多合一电源转换器及其他高压部件无法接收指令工作，车辆无法启动。此问题可检查VCU的供电管脚是否正常，将VCU连接插件断开，使用万用表测量电源管脚线束端的针脚是否有24 V电压，若无电压则检查配电盒VCU电源保险是否断开，若断开则更换保险片可解决。将点火锁旋到ON挡用万用表检查ON挡电源管脚是否有24 V电压［4］。若无电压检查配电盒VCU ON保险是否断开，若断开，则更换保险即可解决。若两个保险均未断开，量管脚仍无电压，则需要根据电器图纸往前推，确定故障点进行处理。若两管角都有24 V电压且VCU的负极管脚都搭铁良好，整车控制器仍然无法工作，则可断定为VCU内部故障或VCU在进行程序刷写时失败导致VCU无法使用，此问题可更换相同型号的VCU进行调试。

2.2 部分电器不工作故障分析与处理

一种情况为可以直接观察到的现象，车辆能够正常上下高压电，但是仪表显示VCU故障报警符号片。这类故障一般为线束连接器接触不良导致，设备供电中断或采集信号丢失［4］。此类故障的引发部件为电子油门踏板、制动踏板、制动灯开关、换挡面板与整车线束连接的连接器接触不良，插接器脱针、虚接。处理这类问题可根据电器图纸往前推，确定故障点进行处理［4］。

另一种情况为必须要有既定条件的输入，既定条件包括车辆气压值、设备的供电电源与搭铁。处理此类问题的具体思路为首先用万用表确定电源供给是否正常，其次确认各个电器设备的接入口是否松动，最后确认搭铁是否正常。如果上述情况都能确定在正常工作范围内则说明电器件本身出现故障，可更换相同型号的部件进行调试。此类故障大多数是因为连接器接口环节异常，导致电源供给中断，此时依据电器图纸逐一向前排查确定故障点。

再一种情况为配电盒故障引发VCU故障，此问题处理时应当首先保证既定条件的输入正常，再排查其他问题。如果输入条件正常则排查是继电器还是配电盒自身问题，若是继电器问题则通过更换继电器排除故障;若是配电盒自身问题则需要更换配电盒来解决。

2.3 CAN通讯及系统软件故障分析与处理

某纯电动客车采用多级模块管理的仪表系统，整车低压设备控制及各传感器数据采集均由模块处理并转换为CAN数据，并按照J1939通讯协议将整车通讯发送到CAN总线［5］。整车控制器接收CAN总线上的数据后进行处理，并按照设定好的控制策略将指令发送到CAN总线，各高压设备的控制端接收来自CAN总线的指令进行工作，同时将设备在运行时的状态和故障反馈到CAN总线上，整车控制器根据各设备反馈的信息进行处理并将故障信息发送给仪表，仪表通过故障报警符号片及声音报警提醒驾驶员［6］。如CAN总线不通则整车控制器无法对各部件进行指令控制，车辆无法启动。此类问题按以下步骤处理:

1)先测量CAN总线电压。在OBD诊断口处测量CAN－H端电压为2.64 V，CAN－L端电压为2.44 V，符合标准值，可排除通信线路对电源短路或者是对地短路故障。

2)再测量终端电阻。某纯电动城市客车CAN总线在仪表主站模块和多合一电源转换器处分别装有120 Ω的终端电阻，在CAN总线上的终端电阻可以用万用表测量［7－8］。终端电阻测量步骤如下:将蓄电池的手动电源总开关关闭;等待大约5 min，直到所有电容器都充分放电;用万用表在OBD诊断口处测量CAN－H和CAN－L之间的电阻;将一个带有终端电阻的控制单元的插头拔下;检测总电阻是否发生变化。带有终端电阻的两个控制单元是连接相通的，测量的结果是每个终端电阻为120 Ω，总的电阻值为60 Ω。在测出总电阻值后，将一个带有终端电阻的控制单元的插头拔下，若所显示的阻值发生变化，则可判断这是一个控制单元的电阻;若测出的阻值没有发生变化，则说明系统中存在问题，故障可能是被拔取的控制单元的终端电阻损坏或者是CAN总线出现断路;若显示的电阻值变为无穷大，则说明连接中的控制单元终端电阻损坏，或者是该控制单元的CAN总线出现故障。

3)若CAN总线故障可根据电器图纸往前推，确定故障点进行处理。若控制单元故障可更换相同型号的控制单元进行调试［4］。

对于整车控制器软件故障，以某纯电动客车为例，车辆启动后各设备均正常工作，车辆满足行驶条件后踩刹车挂挡，松刹车后车辆无法开动，同时仪表显示VCU故障。处理此问题时需使用周立功CAN卡工具截取总线报文数据，按照整车通讯协议解析报文信息［9］。

从截取的整车报文中可以看出车辆在进行挂挡操作时的报文信息如下:

接收 18F005EF DATA EXTENDED 00 00 00 7D 00 00 00 00接收 18FFD2EF DATA EXTENDED 00 00 00 00 00 00 00 00接收 18FFE117 DATA EXTENDED 00 00 00 39 3A 4E FF 67接收 18FFE117 DATA EXTENDED 04 00 00 3A 3A 4E FF 68接收 18F005EF DATA EXTENDED 00 00 00 7D 00 00 00 00接收 18FFD2EF DATA EXTENDED 10 00 00 00 00 00 00 00

根据通讯协议规定，可对故障报文信息进行解析［10］。由CAN报文信息可看出，换挡前VCU故障报文 ID:18FFD2EF，数据:00 00 00 00 00 00 00 00，即无故障;挡位信息ID:18F005EF，数据:00 00 00 7D 00 00 00 00，即当前挡位为“N”空挡;刹车信息 ID:18FFE117，数据:00 00 00 39 3A 4E FF 67，即处于未踩刹车状态。随后换挡时刹车信息ID:18FFE117，数据:04 00 00 3A 3A 4E FF 68，即处于踩刹车状态，但此时挡位信息ID:18F005EF，数据:00 00 00 7D 00 00 00 00，与前面相比无变化，而同时VCU故障报文ID:18FFD2EF，数据:10 00 00 00 00 00 00 00，仪表显示VCU故障。从CAN总线数据状态看换挡时总线数据收发均正常，但未挂上挡位，同时有故障报出，说明VCU内部处理数据存在问题，程序员查看整车控制器程序后，发现在程序编写时对ID:18FFE117这条报文未做处理而引发故障，更改程序后问题解决。此问题多发生在整车厂新车型研发阶段。

3 结束语

本文从纯电动客车的结构、原理及CAN通讯等几个方面，分析几种常见的VCU故障，通过分析故障产生的原因提出了解决方法。由于纯电动客车是一个复杂的系统，引起VCU故障的原因还有很多，故在处理纯电动车辆的系统性故障时既要按照处理传统车辆时的方法、思路，依照图纸对各节点进行检查，又要借助工具如CAN卡工具对车辆CAN总线数据进行分析，查找总线数据中的异常从而找到故障的引发点，进行相应的处理。解决纯电动车辆问题时要大胆心细，敢于做出判定，同时要做好高压电的安全防护避免受到伤害。

修改稿日期:2018－05－22