东风风行换挡手柄继电器异响故障排查

梁国全

（东风柳州汽车有限公司乘用车技术中心，广西 柳州 545005）

1 故障现象

一辆东风柳汽生产的东风风行S50汽车，在试制阶段出现如下故障现象：整车IGN1上电，未踩下制动踏板，换挡手柄里面的继电器连续答答异响；踩下制动踏板，继电器停止答答响，且换挡正常。

2 故障分析

2.1 工作原理

东风风行换挡手柄电路原理图见图1。TCU采集制动开关A点硬线信号，同时接收EMS发的制动开关CAN信号，且TCU以自身接收到的硬线信号优先；如变速器控制单元TCU通过A点电压检测到制动被踩下或收到制动被踩下CAN信号，则驱动内部K1引脚的MOS管导通并输出一个低电平信号给换挡手柄内部继电器1线圈，接着继电器2线圈得电，吸合换挡手柄内部磁铁，才可以挂挡；反之，如果是TCU检测到制动未踩下信号，则TCU会停止驱动内部MOS管。

图1 东风风行换挡手柄电路原理图

2.2 现场故障数据测量

1)用新的制动开关替换原车的制动开关，故障现象复现；拆卸原车制动开关检查，发现制动开关正常。

2)制动未踩下时，用示波器测量TCU的K1引脚，得到一个方波脉冲 (图2，正常波形应该是持续高或持续低)；同时用示波器测量制动踏板的A点电压为2.56 V。

3)用诊断仪读取发动机EMS、TCU、ABS/ESP等各控制器的内部诊断码，发现EMS报制动信号异常故障。

4)用CANOE读取CAN总线上EMS发出的制动信号CAN报文 (信号长度为2位)，CAN信号在brake not actuated和signal not available之间跳转，具体如图3所示。

图2 异常波形示意图

图3 CAN制动信号

2.3 TCU和EMS采集制动信号的原理

EMS采集制动信号和发出CAN信号的原理如图4所示。

1)IGN1上电后，EMS同时采集A点和B电压：高电平范围(4.6～12 V)，低电平范围 (0～2.3 V)，不确定电平 (2.3～4.6 V)。

2)制动未踩下时，EMS检查到B点电压为高，A点电压为低；则发出制动信号未踩下 (brake not actuated)。

3)制动踩下时，EMS检查到B点电压为低，A点电压为高；则发出制动信号踩下 (brake actuated)。

4)如果检测到制动开关B点和A点同时为高或同时为低，或者两者之一有一个为不确定电平，则EMS报制动故障，同时发制动信号不可信 (brake signal not available)。

TCU采集制动信号的原理如下：IGN1上电后，TCU仅采集A点电压。①0～1.5 V认为制动为未踩下；②大于2.2 V认为制动踩下；③TCU同时会判断EMS发出的制动CAN信号，但会以自身采集的制动硬线信号为优先。

图4 采集制动信号原理图

2.4 接口电路收集

EMS、ABS/ESP、换挡手柄、TCU均和制动有硬线连接，需要对接口电路进行校核和验算，具体电路原理图见图5。

图5 接口电路原理图

2.5 接口电路分析和故障现象定位

2.5.1 制动未踩下时

2.5.1.1 换挡手柄内部继电器1线圈不得电

1)从IGN1上电开始，EMS也未发出制动的有效CAN信号，TCU K1引脚并未驱动内部MOS管，继电器1线圈不得电，因此继电器2线圈与ABS/ESP、EMS、TCU内部电阻无法形成并联回路，因此不计入继电器2线圈的电阻。

2)公共采集点A的电压为2.56 V，在图5的基础上，接口电路图等效、简化和计算具体见图6。

图6 接口电路简化图 （继电器1线圈不得电）

2.5.1.2 换挡手柄内部继电器1线圈得电

1)EMS检测到2.56 V，认为是不确定电平，这时发制动信号不可信 (brake signal not available)。

2)同时TCU检测A点的2.56 V硬线电压，因硬线优先，TCU会认为制动已经踩下，TCU会驱动内部MOS管输出低电平。

3)在TCU的K1输出低电平后，换挡手柄继电器1线圈得电，继电器2线圈吸合，继电器2线圈电阻会与ABS/ESP、EMS、TCU内部电阻形成新的并联回路，需要在图6的基础上计入继电器2线圈的电阻，经计算，A点电压为0.117 V，具体见图7。

4)EMS检测A点电压0.117 V，认为是低电平，这时发制动信号未踩下 (brake not actuated)，同时TCU相应引脚也检测到0.117 V，认为制动未踩下，TCU停止驱动内部MOS管。

图7 接口电路简化图 （继电器1线圈得电）

2.5.1.3 分析小结

从以上分析可以看出，A点电压重复按图6的2.56 V和图7的0.117 V进行交换跳变，这是导致TCU的K1引脚输出脉冲方波的原因，也是换挡手柄内部继电器1不断吸合-断开-吸合，导致发出答答异响的原因。

2.5.2 制动踩下时

当制动被踩下，A点直接接蓄电池，因此A点电压会被钳位在蓄电池电压 (12 V)；EMS认为4.6 V以上是踩下，TCU认为2.2 V以上也是踩下，所以TCU K1一直输出低电平，换挡手柄内部继电器1保持得电，继电器2保持得电，所以异响消除并可以换挡。

3 整改措施

本次故障是因为TCU采集硬线制动开关A点信号时，其相应引脚内部的上拉电源和电阻与ABS/ESP、EMS内部形成回路，造成硬线信号采集的误诊断，因此要求TCU内部去掉上拉的6.8 kΩ电阻，TCU的PCB板直接去掉6.8 kΩ的电阻即可 (图8)，无需额外的DV和PV试验。

图8 整改措施

4 总结

1)因车辆系统相关性比较强，首先利用诊断仪读取相应故障码、同时利用CANOE设备读取报文进行综合分析。

2)在排查故障前，需要对整车和系统的控制原理及逻辑进行分析，结合具体故障码和数据，尽量缩小排查范围。

3)在排查时，需从原始信号开始排查，需要重视整车接口电路的分析和校核，作为排查问题的切入点。

4)充分利用和结合相关系统相关性，借用其他系统的现有信号进行排查，快速进行问题定位。