某车型油箱压力传感器信号漂移故障研究及解决

【摘" 要】油箱压力传感器是燃油系统的重要部件，为发动机控制单元提供压力信号，其信号漂移会影响泄漏诊断真实性，甚至误报发动机故障灯点亮故障。文章针对某车型压力传感器信号漂移故障，从失效机理、零部件自身及周边环境等方面分析，确定根本原因为油箱压力传感器周边静电使静电键合力变化，导致键合区域应力变化并传导至MEMS芯片敏感区，超出传感器出厂校准承受范围时出现输出信号漂移。通过改善周边静电堆积状况，有效解决压力漂移故障。

【关键词】信号漂移；静电；安装位置

中图分类号：U463.6"""" 文献标识码：B""" 文章编号：1003-8639（2025）01-0095-04

Research and Solution of Signal Drift Fault of Fuel Tank Pressure Sensor of a Vehicle Type

MEI Guangcan，MA Diantao，MA Xinying，SUN Xiaoping，CHEN Xiaojun，LI Zhenglv

（Geely Automotive Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo 315336，China）

【Abstract】Fuel tank pressure sensor is an important component of fuel system，which provides pressure signal for engine control unit. Its signal drift will affect the authenticity of leakage diagnosis and even 1 alarm of engine failure light. Based on the analysis of the failure mechanism，parts themselves and the surrounding environment，the paper determined that the root cause was the static electricity around the pressure sensor of the fuel tank caused the change of electrostatic bond force，resulting in the change of stress in the bonding area and the transmission to the sensitive area of the MEMS chip，and the output signal drift occurred when the sensor was beyond the factory calibration range. By improving the surrounding electrostatic accumulation，the pressure drift fault is effectively solved.

【Key words】signal drift；static electricity；installation position

1" 分析背景

伴随着中国经济的持续快速发展，环境污染问题日益严重，国家对环保重视程度越来越高。在机动车领域，国家对汽车排放要求也日趋严格。为避免油蒸汽持续泄漏到外界大气污染环境，车载诊断系统OBD增加了燃油系统蒸发泄漏诊断。目前，OBD诊断方案有ELCM、DMTL、DTESK及NVLD。其中，DTESK作为蒸发系统泄漏诊断策略的其中一种，因其具有绝对的成本优势，在传统燃油车型中应用最为广泛。该方案采用主动控制碳罐电磁阀的开度来构建油箱系统的真空度，若无法建立目标真空度，则系统会判定油箱系统存在泄漏并停止诊断；若真空度达到所需目标后，关闭油箱系统的所有通道，通过计算一段时间内的真空衰减速度来检测1mm或0.5mm泄漏。由于其是通过监测油箱压力传感器信号来判定真空衰减速度，所以压力传感器外发信号的可靠性至关重要。一旦输出的压力信号出现波动或漂移，将会导致泄漏诊断的可靠性下降，严重时甚至会直接影响系统泄漏诊断结果的真实性。

油箱压力传感器的传感元件由一片硅芯片构成。在硅芯片上蚀刻出一片压力膜片，膜片上有4个压电电阻，这4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。硅芯片上除了压力膜片之外，还集成了信号处理电路。硅芯片的上表面承受着大气压力，下表面承受着待测的油箱蒸汽压力。硅芯片的厚度仅有几微米，因此油箱压力的变化会使硅芯片发生机械变形，4个压电电阻也会随之变形，其电阻值发生改变。经过硅芯片的信号电路处理后，形成与压力成线性关系的电压信号。若外界环境影响到传感器的真实输出，当ECU接收到的油箱压力信号超出诊断阈值时，会导致发动机出现故障灯点亮的故障。本文针对某车型油箱压力传感器的压力信号漂移故障，从失效机理、零部件自身以及周边环境三方面进行分析，最终确定故障原因，并提出解决方案。

2" 故障描述

故障数地域发布如图1所示。某车型在进入冬季后，多个区域出现发动机故障灯点亮的故障。从地域分布来看，主要集中爆发于冬季干燥寒冷的北方地区。经采集故障过程数据发现，故障发生时油箱压力传感器的输出电压出现异常跳变（4.7V上升或0.29V下降），超出了传感器的正常工作范围（0.6～4.3V）。由于油箱压力传感器信号超出范围（正向/负向），导致发动机故障灯常亮。采集故障车辆数据情况如图2所示。

3" 故障分析

3.1" 失效机理分析

传感器结构如图3所示。为了进一步探究油箱压力传感器信号波动的原因，首先从信号传导机理进行分析。油箱压力传感器安装在燃油箱总成上，接收ECU发出的5V电压，根据燃油箱总成内部压力的变化输出电压信号值。图4为传感器连接电器图。对信号传输过程展开分析，传感器由ECU的5V电压供电，根据油箱内部压力与大气压差的变化，输出电压信号值并反馈给ECU。当经过滤波后的油箱压力大于30hPa或小于-36hPa，且压力持续时间达到14s后，ECU会报油箱压力传感器信号超范围（正向）/（负向）。传感器整车布置如图5所示。

通过工作机理分析，运用FTA故障树对油箱压力传感器的影响因素锁定6个末端因素。传感器失效FTA故障树如图6所示。

3.2" 故障件分析

3.2.1" 线束接插件、搭铁排查

线束排查情况如图7所示。排查故障车线束、插头、ECU搭铁，未发现异常；ECU与传感器飞线连接，故障依旧，排除线束故障。

3.2.2" 零部件失效/过程影响

传感器零部件排查情况如图8所示。通过对市场故障件外观、芯片X光扫描、性能测试无异常，引脚焊接良好，排除芯片故障。

3.2.3" ECU输出电压波动

示波器监控ECU输出端与压力传感器接收的电压，同时监控压力传感器输出信号与ECU接收信号电压。ECU零部件排查情况如图9所示。数据监控ECU输出5V电压稳定无异常，排除压力传感器输入电压波动引起的信号波动。

3.2.4" 周边干扰影响分析

通过P图分析，油箱压力传感器周围的“干扰”需从整车车身、油泵、燃油箱等展开分析。ECU零部件排查情况如图10所示。

经过整车及零部件ABA互换验证，燃油泵检修口盖与车身之间使用丁基胶隔离，未形成导通回路，由于燃油箱表面存在静电，油泵检修口盖因与油箱表面形成电场，随着电荷积累，最终因油箱压力传感器在其静电作用下，原有已平衡的静电键合力发生变化，导致键合区域内应力发生变化，并传导至MEMS芯片的敏感区，当应力变化超出传感器出厂校准的承受范围时出现输出信号漂移。周边产生静电影响分析如图11所示。

3.3" 改进优化

根据故障分析结论，优化方案主要考虑消除油箱压力传感器周边静电感应，从消除静电及导出静电各做了多个优化方案，考虑快速切换、生产及售后可行性，最终将油箱压力传感器周边的燃油管路切换为导电材质，通过验证方案可靠有效。不同优化方案策略详见表1。管路采用导静电方案实测数据见表2。

4" 结论

本文通过对某车型油箱压力传感器出现压力漂移故障进行分析排查，得出结论如下。

1）油箱压力传感器在静电作用下，原本平衡的静电键合力发生改变，致使键合区域内应力产生变化，并传导至MEMS芯片的敏感区域。当应力变化超出传感器出厂校准所能承受的范围时，便会出现输出信号漂移现象。

2）对于后续车型，油箱压力传感器的布置方案应是远离静电产生源以及静电传导零部件。若无法避免，则传感器布置区域周边的零部件必须具备导静电措施，以确保无静电累积风险，降低传感器信号受干扰甚至被静电击穿芯片的风险。

3）在数据开发阶段，应对工程数据进行仔细检查，充分识别压力传感器属性目标达成过程中的潜在风险；在实物阶段，应扩大静电放电（ESD）测试范围，将油箱压力传感器纳入静电测试范畴。

参考文献

[1] 马金强，王雅南，郝学信．MEMS压力传感器压力漂移故障研究与改进[J].内燃机与配件，2023（19）：46-48．

[2] 张鹏涛，王培起，程冬梅，等.发动机压力传感器技术方案应用研究[J].内燃机与配件，2022（4）：5-7.

[3] 王昊，江佳廉，张泰.燃油箱内静电水平测试评价及预防研究[J].汽车技术，2021（5）：47-52.

[4] 魏继晨，万发雨，崔强.空气放电重复性机理研究进展[J].安全与电磁兼容，2023（5）： 16-22，41.

（编辑" 凌" 波）