混合動力大巴D檔與R檔錯亂的故障排除

程銀芬（深圳巴士集團公汽分公司僑城北新能源車間，廣東 深圳　518000）

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混合動力大巴D檔與R檔錯亂的故障排除

程銀芬
（深圳巴士集團公汽分公司僑城北新能源車間，廣東 深圳518000）

五洲龍汽車公司生產的混合動力大巴FDG6111HEVG，于2009年率先在深圳公交行業投入運營，目前該批次車輛都已行駛35萬公里以上，各種故障相繼出現。部分故障第1次出現時，由于維修工對控制系統的理解不甚深刻全面，造成維修時遇到較大困難。本文將敘述該批次車輛D檔與R檔錯亂第1次出現時的故障排除。

1　故障現象

2015年5月31日，一輛混合動力大巴被拖進車間，掛檔松手剎加油時車輛不走，經檢測為驅動電機損壞。更換電機后試車，掛前進檔踩加速踏板時車輛倒車，而掛倒檔則車輛前進，倒車蜂鳴器鳴叫。前進檔變成倒檔，倒檔變成前進檔，即D檔與R檔錯亂。

該車采用集中式控制，配置大連天元電機有限公司生產的55kW三相變頻調速驅動電機。電機采用星接、水冷。驅動電機及銘牌見圖1。

圖1　　驅動電機及銘牌

對于上述現象，一般均認為只要將驅動電機上的UVW這3根相線任意調換2根就可以解決問題。其理由是：普通的三相異步電動機只要將3根相線任意調換2根，電機即改變旋轉方向。該車裝用的雖然是變頻電動機，但原理一樣。

基于上述理論基礎，修理工試著調換驅動電機上UVW 這3根相線。其結果是車輛要么不走，要么能走時D檔與R檔錯亂。根據推理，變頻器輸出的UVW三相動力線與電機上的UVW三相接線端子，要做到3根對3根一一準確對應，在不知道端子名稱的情況下理論上要接6次才能正確對接。為防止漏接重接，修理工拿來筆和紙做好記錄。一次又一次反復調換，可令人遺憾的是，沒有一次調換能成功排除故障。

該款車第1次出現這種故障，修理工都認為只需調換相線就能解決問題，甚至只有親身調換沒解決問題后，才相信單純調換相線不能解決問題。個個都覺得深奧，不可思議。其實，弄懂了其原理，故障就可以迎刃而解。

2　驅動原理分析

2．1驅動控制基本原理

驅動電機控制電路原理圖見圖2。

圖2　　驅動電機控制電路原理圖

變速桿掛入D檔或R檔時，CPU226模塊收到檔位邏輯信號，Q0.7端子輸出24 V高電位工作信號至PLC板中的MCN11插座的5號腳，經電阻R限流后輸入PC（光藕）元件的觸發極，光藕的C、E極飽和導通，通過PCN10／5腳將程控板FWD端子的20V高電位轉換為0.3V的低電位。此時，程控板進入工作待命狀態；程控板FWD端子的這個0.3V的低電位信號叫做程控板的

變速桿掛入D檔或R檔且踩下加速踏板時，油門信號通過A+、A-端子輸入EM235模塊。EM235模塊將此模擬油門信號轉換成數字信號后，通過排線輸入CPU226模塊。CPU226模塊又從排線輸出數字動力信號至EM235模塊，EM235模塊將此信號經數模轉換后，從V0、M0輸出模擬動力信號至程控板的Ai1與11端子。進入工作待命狀態的程控板此時輸出驅動信號至驅動板，驅動板觸發IGBT組件，IGBT組件將單相直流電逆變成三相交流電，為驅動電機M提供動力電源。此時，驅動電機開始旋轉。

在電機旋轉的瞬間，驅動電機的旋轉變壓器 （圖2中的 “旋變”，下文簡稱旋變）在驅動電機輸出軸的驅動下產生旋變信號，輸出至旋變轉換器，通過旋變轉換器的模數轉換，轉換成數字信號輸出至程控板。程控板接收到正確的旋變信號后，繼續輸出驅動信號至后級電路，后級電路繼續工作，從而實現電機的連續運轉，驅動汽車行駛?？梢?，程控板對驅動電機的控制，在旋變的檢測與旋變轉換器的轉換與反饋作用下是一個閉環的控制過程。驅動電機的閉環控制見圖3?？梢?，閉環環路中只要壞掉一個元件，車輛就不能行駛。

圖3　　驅動電機的閉環控制

2.2旋變的結構

旋變的電路與結構示意圖見圖4。旋變裝于驅動電機的輸出軸上，隨驅動電機的輸出軸一同旋轉。定子繞組共由3組線圈組成，其中紅、黑色引出線的一組為勵磁繞組，標稱阻值為16Ω；藍、白色引出線的一組與黃、綠色引出線的一組為2個信號繞組，標稱阻值為32Ω。2個信號繞組的電氣角度相差90°，分別輸出頻率、幅值相同，相位角相差90°的正弦和余弦兩個交流信號。

圖4　　旋變的電路及結構

2.3旋變的作用

在勵磁繞組上加上電壓，轉子旋轉后，2個信號繞組產生相位相差90°的2個旋變信號，其頻率與電機的轉速成正比。經旋變轉換器轉換成數字信號后，輸出A、B兩個等幅、等頻、等寬的旋變數字信號 （見圖5）至程控板的PA、PB端子。車載主變頻器利用其中一個信號作為電機輸出軸的轉速信號，在車載顯示屏上顯示電機轉速；并將此信號換算成車速信號輸出至儀表板，儀表板利用此信號顯示車速。同時，程控板將這2個信號作為電機旋轉的確認信號，即程控板收到這2個信號后就確認驅動電機已經旋轉；另外，程控板將A、B信號的初相角作比較，確認哪個超前、哪個落后。A信號超前B信號90°，認為電機是正傳，反之認為是反轉。故旋變信號也可作為驅動電機的正反轉識別信號。

由上可知，車輛要能走，須具備3個條件：①CPU能正常輸出工作信號與動力信號；②程控板能輸出驅動信號及其后級電路能正常工作；③旋變信號及其反饋電路工作正常。

圖5　A、B兩組旋變信號

3　故障診斷與分析

接手該車時，故障現象與修理工反映的情況一樣，掛前進檔車輛倒車，掛倒檔車輛前進。

故障現象說明車輛能走須具備的3個條件全都具備，所不正常的是D檔與R檔錯亂。筆者也是首次遇此故障現象。首先懷疑檔位電路故障，遂將檔位操縱桿分別撥入D檔與R檔，查看車載顯示屏，結果顯示檔位與掛入的檔位一致，不會出現錯亂，說明檔位電路正常。為驗證檔位電路是否確實正常，接著檢測檔位電路邏輯信號，檢測點見圖2“檔位信號入”，結果確實正常。檔位邏輯信號見表1。

在CPU檔位信號輸入正常、顯示屏顯示檔位正常，但D檔與R檔卻錯亂且車輛在檔位錯亂時又能行駛的情況下，說明：車載主變頻器信號采集、信號處理、信號輸出均正常，車載主變頻器正常。因此，可以確定不正常的是車載主變頻器的輸出信號執行元件與反饋元件。

表1　　檔位邏輯信號表

對車載主變頻器來說，其輸出信號執行元件是驅動電機，反饋元件是旋變與旋變轉換器。況且，該車進場維修換的正是驅動電機，由于旋變裝在驅動電機的輸出軸上，故在換電機時旋變被一起換掉。至此，問題基本可以確定為驅動電機、旋變或旋變轉換器。

對驅動電機來說，與普通的三相異步電機原理一樣，旋轉方向是由3條相線與三相電源線的連接順序來決定的。驅動電機現在能正、反轉，說明電機本體無問題，問題出在旋變或旋變轉換器。但如果旋變或旋變轉換器本體有問題，則程控板收不到電機的反饋信號，車輛不能行使。旋變轉換器至車載主變頻器的線路在本次維修過程中沒有動過。所以，問題一定出在旋變或旋變轉換器線路上。

在詢問修理工旋變的接線方法時，修理工說是按照圖2所示導線顏色接線。而且以前都是這么接的，都沒問題，唯獨這一次不行。因此，懷疑這個旋變有可能在出廠時將A、B兩相的顏色弄錯了。

在驅動電機相線接線正確而A、B兩相旋變信號線接反的情況下：掛D檔加速時，驅動電機會有很微小角度的正轉。但旋變在這微小角度的正轉下產生的反饋信號是B相超前A相90°（反相了），程控板誤認為是反轉，與輸出指令不符，故切斷驅動信號，所以車輛不走；掛R檔時原理一樣車輛也不走。在正常情況下車輛不走時，修理工均知道是相線接錯了 （曾經遇到過），于是調換相線就能解決。但當驅動電機相線接線正確而A、B兩相旋變信號線接反的情況下調換相線后掛D檔時，電機相應地由正轉變為反轉，但由于此時的旋變信號線反接。旋變反饋信號A相超前B相90°，程控板誤認為電機是正轉，符合D檔時正轉的輸出指令。故繼續輸出驅動信號至后級電路，電機實現連續反轉，車輛起步后退。此時，D檔變成R檔。同理，掛R檔加速時，電機雖然正轉，但是旋變反饋信號B相超前A相90°，程控板認為R檔時B相超前A相90°是對的，故繼續輸出驅動信號，電機繼續正轉，車輛起步前進。此時，R檔變成D檔。所以車輛能行駛，只是檔位錯亂而已。

這就是因A、B兩相旋變信號線接反時，為什么車輛要么不走要么前進檔變倒檔的原因。

4　故障排除

為驗證上述的懷疑與分析是否正確，決定對電路進行改動。電路改動示意圖如圖6所示。車輛發生檔位錯亂時，調換相線U與W，其目的是讓驅動電機在D檔時正轉；同時，調換程控板上的旋變信號線PA與PB，其目的是將旋變在正轉時超前90°的一相作為A相輸入程控板。

做好上述調換后裝復試車，故障排除。證明上述的懷疑與分析是正確的。

圖6　　電路改動示意圖

5　故障總結

由于旋變的A、B兩相信號線僅憑萬用表根本就無法判斷，故在出廠時用顏色將其定義，以免接錯，方便使用者正確接線。旋變引出線見圖7。本次故障的根本原因是因旋變出廠時將A、B兩相的線顏色定義錯誤，導致按顏色接線后車輛D檔與R檔錯亂。又由于修理工對驅動電機的閉環控制缺乏理解，故造成只知道調換相線，不知道調換旋變信號線，導致維修陷入困境而根本無法下手，甚至差點重新更換驅動電機。

圖7　　旋變引出線

經過上述故障診斷、分析與排除可知，本次故障的維修工作量并不大，但第1次維修該故障須對控制系統的原理深入詳盡地理解?？梢?，原理才是解決問題的尚方寶劍。

（編輯心翔）

中圖分類號：U463.142

文獻標識碼：B

文章編號：1003－8639（2016）01－0040－03

收稿日期：2015-09-02；修回日期：2015-10-08

作者簡介：程銀芬 （1970-），男，汽車維修電工技師，主要從事新能源汽車的維修工作，cyf8080058@163.com。工作信號。