沃尔沃铰接式卡车电气系统故障诊断

查晓嘉，黄贤森

（江西铜业集团有限公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

1 引言

江铜集团城门山铜矿使用的沃尔沃A40D、A40E、A45G 系列铰接式卡车作为工程机械类设备，主要承担矿石的运输工作。针对矿山生产环境的特殊性，沃尔沃铰卡的车载电子控制系统也具有其独特的性能和技术要求，它在整个运行中实现了局部自动化控制，从而提高了设备性能、安全系数及实现了操作便捷化。各控制单元分别控制和诊断各自所辖范围的车辆设备状况，同时各单元相互间又有联络，最终车辆自诊断系统将所诊断的车辆故障状况以故障码或图标符的形式在信息显示单元显示并保存，车辆历史故障也可以通过信息显示单元的键盘调阅出来，为剖析处理故障类型和范围带来了许多便捷。但是，有些因软件漏洞或关联元件导致的故障，系统不能精准描述或无法诊断，因此，仅靠系统显现的故障代码来进行诊断，往往与真正的故障部位相去甚远，易出现判断失误，使得维修工作走许多弯路。

2 自诊断系统与故障解析

2.1 故障监测

随着计算机技术的飞速发展，车载电子控制系统（ECU）在汽车领域中的应用越来越深入，尤其是与各类传感、执行电子元件间的应用，借助于液压、机械等技术的结合，使得设备电、气、液、机环环相扣。沃尔沃铰接式卡车作为世界领先的工程机械设备，在电器部分展现了极其精湛的技术。其车载电子控制系统一般由4-7 块ECU 组成的，以A40E 型铰卡为例，分别有发动机控制单元（E-ECU）、仪表控制单元（I-ECU）、变速箱控制单元（T-ECU）和车辆控制单元（V-ECU），其中在T-ECU 和V-ECU 的背面上有一个发光二极管，可指示该控制组件的工作模式。正常状态时，该发光二极管会以不同频率来闪光；不亮、或者持续发亮，表示工作模式出现异常。这些控制单元有整合的故障诊断程序，监测该电子系统。一般来说，监测可分为以下三个方面。

（1）监测在该控制单元内部的故障，例如自行测试发现一个记忆电路的故障；

（2）监测外部数据总线通讯，例如控制总线J1708/1587 或信息总线J1939 的相应传输频率；

（3）监测来自电子元件的输出、输入或信号端线，例如发现了来自某个电磁阀工作时的异常数值。

2.2 故障自诊断系统

当发现某故障时，有一个故障代码产生，此故障代码是根据车辆通讯标准（SAE）来设立。故障代码使其可能决定哪一控制单元发现有故障，以及故障的来源和类型。车载电子控制系统的输入和输出信号都是在一定的规定范围内运行，当系统控制电路的信号出现异常时，ECU 中的自诊断系统就判定该电路出现故障。根据我们平时的工作总结，车载电子控制系统的自诊断系统出现以下几种情形时将发出故障报警信号。

（1）当控制电路的信号超出ECU 设计的额定范围。例如：沃尔沃发动机冷却液温度传感器（SE2606）在正常工作时，其输出电压在0.1 ～5.0V内，该温度传感器核心部分为负温度系数的热敏电阻，温度越高阻值越小（如图1、图2 所示），其两端作为输出信号的电压也越小。如超出这一范围，自诊断系统则判定为故障信号，立即显现故障代码。

图1 温度传感器原理图

图2 温度传感器曲线图

（2）当控制单元（ECU）在一段时间内接收不到传感器的信号或接收到的信号在一段时间内不变，自诊断系统也会判定为故障，发出故障代码信号。例如：大气压力传感器在正常工作时，其输入电压应在4.75～5.25V内，波动不少于8次／10秒。

（3）控制单元诊断系统偶尔发现一次不正常的输入信号时，不会诊断为故障信号，只有不正常的输入信号多次出现或持续一定时间，才会判定为故障信号。例如：转速信号是一个脉冲信号，发动机转速在每分钟650r 以上时，丢失几个脉冲信号，ECU 不会判定为故障。

2.3 故障分析

城门山铜矿的沃尔沃铰接式卡车运用了多个控制单元来同时采集传感信号，并相互联络传输的技术，出现故障时自诊断并显现代码或图标。而监测采集到的与传感、电磁、按钮相关的异常数值均是运用厂家特定的字符或图标来呈现，这种读码方式还需查有关的资料，才能懂得故障代码的含义。据统计沃尔沃A40E 型铰卡有故障代码264 个，图标47 个，出于安全保护考虑，任何一个代码的闪现都有可能造成设备自动熄火停机或行驶困难。而沃尔沃铰卡为全电控设备，如果控制单元自诊断出现记录错误和关联显示的故障代码，则将把故障分析和故障维修工作引向歧路，带来许多不便。根据我们多年研究沃尔沃铰卡电气疑难故障所总结出的一点经验，在以下五种情况时，易使维修人员出现误判。

（1）铰卡运行时故障明显，传感器有故障而自诊断系统没有监测显现。

实际上，故障代码仅仅是ECU 读取的一个是或否的界定结论，当ECU 对传感器信号进行检测时，是通过接受与拒绝其设定范围之内的信号值，从而判别传感器的好与坏。当传感器信号值在设定范围内，ECU 接受这一信号，表明传感器正常和该部分元器件正常；当传感器信号值超出设定范围，ECU 拒绝这一信号，表明传感器异常和该部分设备不正常；同时ECU 输出一个对应的故障代码。一旦解读故障代码故障后，只要对相应的传感器的控制电路进行检查，找到并排除故障即可。但是，若因某种原因致使传感器灵敏度下降、输出特性偏移等，则自诊断系统就诊断不出来了。尽管铰卡确有故障表现，但是控制单元自诊断系统却未获取异常电压或电流值，未输出故障代码报警。这时就应该依据铰卡的故障征兆进行分析判断，继而对传感器进行检测，以便找到并排除传感器故障。例如，一台发动机转速失准并伴有难启动和行驶中怠速不稳，自诊断系统没有故障代码输出，机械和油路方面反复检查均无异常。这时，就需要维修人员根据经验来分析判断了，首先值得考虑和怀疑的便是环境温度传感器、空气流量传感器或者进气压力传感器出了故障，因为这别类传感器性能的好坏，直接影响ECU 所控制的发动机基本的燃油喷射量。尽管此时没有显示相应的故障代码，也应该对它们进行检查，城门山铜矿的A40E 铰卡就出现过多起类似故障。

（2）由于沃尔沃铰卡软件上控制程序有误或存在少部分的漏洞，导致ECU 监测指令不畅，自诊断系统这时就可能给出错误的信息，导致车辆启动不了。

例如，A40E 型铰卡使用两年后，陆续出现过自检完成后拧动启动钥匙开关马达无反应的故障现象。检查启动钥匙及其线路都正常，档位手柄也是在空挡位置，测V-ECU 的EA15、EA2 脚供电电压，拧钥匙打到启动档有24V 电压，V-ECU 接到指令，但V-ECU 的EC51 脚却没有输出，导致启动继电器没有得电（如图3 所示），所以启动马达不转启动不了。

图3 点火锁开关电路原理

在这起故障中，对所有的硬件进行排查均正常。只有在重新关掉电源，在自检没有结束的情况下，拧钥匙开关打到启动档，马达有反应，发动机着车了，后期对于出现这种情况的故障车，我们的处理措施就是不在自检情况下，让车辆启动，启动完成了再次熄火，又重新自检完成才能启动。后分析为ECU 的软件可能出现检测失误，软件又能自动修复，所以启动后再重新自检启动，又能正常。当然，过了几小时后再拧启动钥匙试车，V-ECU 的EC51脚又能输出，车辆也能自动恢复正常启动。

（3）机械原因造成的监测信号异常也可能引发错误代码的显现。

当车辆出现机械方面的故障常常也会引发电路故障代码的报警，因为各型传感元件接收的信号部分是来自与机械部件的感应和反馈［4-6］，它们之间是紧密联系的，并通过传感元件实时传达至ECU进行监控和显现，其中一部分因为非正常状态下传感元件长时间反馈至ECU 的电压值异常，从而出现故障报警，但实际故障部位与此时显现的故障代码相去甚远，若不依靠维修经验来甄别，那么难度就非常大，极易使维修人员多走不少的弯路。例如，当车辆启动困难时常常几秒后出现SE4219-3 或SE4219-5 报警，而这是T-ECU 检测到变速箱主机油压力值在发动机运转阶段时过低引起的，压力始终保持在0bar，若启动困难故障排除后SE4219 故障码随即将消失。

（4）在线路接插头装反情况下未出现代码报警但呈现故障。

沃尔沃铰卡相近部位上有许多型号一致的线路接插头，甚至两两间的线束长短与传感器、电磁阀样式型号均一致，若不仔细对接可能会造成接收的功效和频率上的不一致，虽然未超出软件设定的各自应有反馈电压或脉冲电流值，但相联功效无法正常工作，同时不呈现任何报警，令判断故障没有头绪。如：一台A40E 型铰卡更换刚大修完的变速箱总成后，试车无高速档，无任何故障报警，以前也未出现过类似情况，于是大家开始纠结许久这台换上的变速箱是否存在问题，最终细心的人员发现在变速箱末端，长相完全相同的SE4215 转速范围传感器和SE4307 输出速度传感器两接插头装反了，导致ECU 接收到的范围和速度两类型的数值相反，从而ECU 从安全角度考虑控制了车速。

（5）铰卡维修过程中操作不当也可能引发错误的故障代码。

在对铰卡电控设备实施维修时，由于维修人员技能水平不高或者操作不当，也会导致自诊断系统输出错误的故障代码。比如我们在发动机运转过程中，随意或者无意把传感器插接头拔下，每拔下一次传感器插接头，自诊断系统就会记录一次故障代码；还有在电磁元件带电工作时拔下插头，可能导致瞬间电流过大冒火花造成保险片烧熔，引发此保险片关联电器线路的故障码的一系列报警出现；若在上一次车辆维修时，由于操作不当而未能完全清除掉旧的故障代码，那么ECU 也同样将原来旧的故障代码保存其内，因此在对铰卡电控设备维修时也要加以注意，不应造成不必要的人为故障代码，给维修工作带来混乱和困难。对于新的故障代码和历史的故障代码在仪表盘上显示是有区别的，新出现的故障代码仪表的显示为黄底色、黑字体的显示，历史故障代码是黑底色。另外，在启动通电的状态下如不小心拔掉了电器插头出现了故障代码，只要在熄火了完全切断电源并恢复插头，在下一次的时候开电源，故障代码就会自动消失。

3 结论

通过对沃尔沃铰卡这种全电控工程车辆的使用和维护，我们对于车载电子控制系统自诊断功能有了一定的了解。故障代码和图标在大多数情况下都能正确的判断车辆的故障源和所在位置，为正确地检修车辆，快速排出故障提供了很好的帮助，提高

了检修速度和效率，这是有利的一面。但是，也不能完全依靠或盲目依赖故障代码，如果在判断故障时，我们仅着眼于故障代码或电路图，而不加以分析，则可能使检修误入歧路，延长检修时间、效率低下，或者忽视其他因素导致处理不当，都会重新诱发机械性和电器性综合故障，这些是不利的一面。为了提高判断线路故障的准确性，缩短查找线路的时间，防止增添新的故障，无论是凭借个人经验还是借助故障代码、仪表仪器、识别元件去检测，都应根据电路原理结合实际，遵循下列原则：查清症状仔细分析，探明构造；结合原理分段检测、由表及里、从简到繁；替代对比。只要做到这些，故障便可逐一排除。