豐田普銳斯無法啟動

◆文/廣東 鄧東文

豐田普銳斯無法啟動

◆文/廣東 鄧東文

故障現(xiàn)象

一輛2009年生產(chǎn)的一汽豐田普銳斯(PRIUS)混合動力汽車，行駛里程為117 203km。根據(jù)車主的描述，該車在地下車庫停放20余天未正常使用。進入車輛后按下一鍵啟動電源開關，READY燈不點亮，混合動力系統(tǒng)故障燈點亮，擋位指示燈連續(xù)閃爍，車輛無法啟動。

故障診斷與排除

豐田普銳斯采用了THS-II系統(tǒng)(Toyota Hybrid System)，將VVT-i發(fā)動機與2個電動機結合在一起。主要由變速驅動橋總成、MG1和MG2電機總成、HV蓄電池、變頻器總成、HV-ECU以及阿特金森循環(huán)發(fā)動機等組成。電動機向整車提供動力，發(fā)動機在不同工況下(加速或中高速)切入提供輔助動力，其結構如圖1所示。

圖1 THS-II系統(tǒng)

驅動橋總成主要負責啟動發(fā)動機后根據(jù)實際工況以適當?shù)谋壤峙浒l(fā)動機和電動機的驅動力，直接驅動車輛；MG1和MG2電機總成提供車輛所需的驅動力及實現(xiàn)能量轉化；在HV蓄電池能量不足(≤30%)時啟動發(fā)動機利用電機旋轉發(fā)電進行充電，并在減速或制動過程中把制動能量轉變成電能輸送到HV蓄電池儲存起來，即制動能量回收。HV蓄電池根據(jù)車輛實際工況對外輸出能量或在能量回收時儲存電能。變頻器總成由增壓轉換器、DC/DC轉換器和空調(diào)變頻器組成。主要將HV蓄電池的高壓DC轉換為高壓AC驅動MG1和MG2工作；并能將DC201.6V的電壓降至DC12V為車身電器組件供電及輔助蓄電池再次充電；還能將HV蓄電池的額定電壓DC201.6V轉換為AC201.6V驅動空調(diào)系統(tǒng)的電動變頻壓縮機工作。HV-ECU接收傳感器及車上其他ECU(發(fā)動機ECU、蓄電池ECU、制動防滑控制ECU和EPS-ECU等)發(fā)送的信息，分析運算所需要的轉矩和功率，并將計算結果發(fā)送給車上其他ECU控制執(zhí)行器工作。

根據(jù)車主反映的情況，筆者決定先對車輛進行啟動，發(fā)現(xiàn)無法啟動車輛；嘗試利用豐田Inte11igent Tester II故障診斷儀連接診斷接口，發(fā)現(xiàn)故障診斷儀無法進入系統(tǒng)讀取故障信息。

首先，排查診斷儀無法進入系統(tǒng)的原因。1.用汽車專用數(shù)字萬用表的正極表筆測量DLC3診斷口的+B端電壓為12.64V，正常；2.測量TC端的電壓為11.84V，正常；3.SIL端電壓為12.23V，正常；4.CANH端電壓為1.8V，不正常(正常值為2.5V～2.6V)；5.CANL端電壓為1.7V，不正常(正常值為2.3V～2.4V)。從以上檢測結果分析，車載網(wǎng)絡信號也存在故障。排除由診斷口引起的故障原因。

其次，根據(jù)檢測到車載網(wǎng)絡信號不正常，結合擋位指示燈連續(xù)閃爍的故障現(xiàn)象，筆者分析可能是自動變速器控制單元(ECU)存在故障，發(fā)送錯誤信號致使車載網(wǎng)絡電壓不正常，引起混動系統(tǒng)控制單元(HV-ECU)無法正常工作，導致車輛無法啟動。為了驗證這一故障設想，遵循由簡到繁的排故原則，先斷開自動變速器控制單元的線束接頭，分別對其針腳進行電壓測量，以判斷故障點存在于ECU的硬件還是線路中。當測量自動變速器控制單元的+B端線時，電壓為0.83V(正常值為12V左右)，由此可以得出自動變速器控制單元沒有電源電壓輸入無法正常工作，導致?lián)Q擋控制執(zhí)行器不工作。查閱普銳斯維修手冊，自動變速器控制單元的+B端是由1個20A的HEV熔絲供電的；斷開蓄電池的負極，從發(fā)動機艙的保險盒取下HEV的熔絲，用萬用表檢測其電阻值，為∞。由此斷定HEV的熔絲已熔斷，更換一個同等規(guī)格的熔絲，接上蓄電池的負極。重新按下一鍵啟動開關，READY燈不點亮，混合動力系統(tǒng)故障燈仍然點亮，車輛還是無法啟動。但擋位指示燈不再閃爍，再次檢測DLC3診斷口的CANH端電壓為2.5V，正常；CANL端電壓為2.4V，正常；由此判定筆者的設想是正確的。

最后，把豐田Inte11igent Tester II故障診斷儀連接上診斷接口，診斷儀能正常進入系統(tǒng)讀取車輛信息。分別對車輛各系統(tǒng)進行故障碼的讀取：

1.發(fā)動機控制系統(tǒng)(Engine and ECT)，無故障碼，正常;

2.蓄電池控制系統(tǒng)(HV Battery)，無故障碼，正常;

3.混合動力控制系統(tǒng)(Hybrid Contro1)，有P0AA1和P0AA4兩個故障碼，讀取故障碼的定格數(shù)據(jù)流，如圖2、3所示。

圖2 故障碼

圖3 定格數(shù)據(jù)流

查閱普銳斯維修手冊，故障碼的含義如表1所示。

表1 普銳斯維修手冊中所列故障碼含義

斷開高壓蓄電池維修開關和輔助蓄電池的負極，等待10min后，帶上安全絕緣手套，穿上絕緣保護靴，從高壓蓄電池包體內(nèi)拆下故障繼電器，發(fā)現(xiàn)繼電器的銅片觸點有燒蝕熔塊，發(fā)生卡滯后接觸不良(圖4)。

圖4 故障繼電器

更換同型號的繼電器后，安裝好高壓線束，裝上維修開關，接上輔助蓄電池的負極，利用Inte11igent Tester II故障診斷儀清除故障碼后，重新啟動診斷儀和車輛，并將點火開關打到IG-ON檔讀取車輛各系統(tǒng)的信息，系統(tǒng)沒有故障碼。再次啟動車輛，仍舊無法啟動，但混合動力系統(tǒng)故障燈不亮，READY燈閃一下即熄滅且SMRP繼電器斷開。

查閱普銳斯維修電路圖手冊，SMR(系統(tǒng)主繼電器)是根據(jù)來自動力管理控制單元(HV-ECU)的指令閉合或斷開高壓動力系統(tǒng)的繼電器(包括3個SMR和1個預充電電阻器)，如圖5所示。車輛啟動是由動力管理控制單元(HV-ECU)接收啟動信號后首先閉合SMRP和SMRG，通過系統(tǒng)主電阻器對車輛變頻器總成充電，以連接高壓動力系統(tǒng)，然后閉合SMRB后斷開SMRP。

圖5 SMR繼電器控制電路圖

根據(jù)啟動電路控制原理，車輛在沒有故障碼的情況下無法啟動，結合繼電器觸點有燒蝕現(xiàn)象，分析可能原因是高壓電路發(fā)生斷路故障無法供給高壓電。運用萬用表DC750V的電壓檔，負極表筆搭在5號端子。正極表筆分別測量SMRG的12號端子和6號端子,SMRB的9號端子和1號端子,SMRP的9號端子和10號端子，測得的電壓對應為14.6V和0.16V，204.9V和0.15V，204.9V和0.16V。正極表筆分別測量HV-ECU的2號、3號及4號端子，測得的電壓對應為0.2V、0.3V及0.3V。

參考維修手冊對HV蓄電池接線盒電壓值的規(guī)定，以上測量的數(shù)據(jù)均符合技術要求，不存在電壓不足的故障。再次重新啟動車輛，發(fā)現(xiàn)SMRP繼電器閉合后斷開，SMRB繼電器不閉合，由此可判斷出故障點應該在10號端子至1號端子之間。測量SMRP繼電器9號端子和10號端子的阻值為∞，正常；測量SMRP電組器10號端子和11號端子的阻值為∞，而正常值為28.5～36.5Ω左右，考慮發(fā)生接觸不良故障。仔細檢查預充電電阻兩端，發(fā)現(xiàn)11號端子接線處表面堆積一團白色固體發(fā)生嚴重鹽化(高壓電池包采用鎳氫材料，電解液為強堿性的氫氧化鉀溶液，長期充放電會揮發(fā)出腐蝕性的氣體)導致接觸不良。清潔干凈白色固體后重新焊接11號端接頭，重新測量10號端子和11號端子的阻值為32.3Ω，符合技術要求阻值范圍。

踩下制動踏板，重新按下一鍵啟動開關，READY燈點亮，車輛能正常啟動，測量1號端子和6號端子之間的工作電壓為218.2V,符合正常電壓范圍。利用診斷儀重新讀取故障碼，沒有任何故障碼顯示，故障徹底排除。

專家點評 —— 高惠民

普銳斯是豐田公司自行研發(fā)具有產(chǎn)品注冊專利的一款混聯(lián)式混合動力汽車。車輛混合動力系統(tǒng)可靠性好，故障率低。本文作者能把遇到的這個案例寫出來，而且針對故障現(xiàn)象，結合普銳斯混合動力系統(tǒng)的構造特點和工作原理進行了故障原因的分析與推理，檢查過程詳細，測量數(shù)據(jù)完整，是一篇難得的混合動力車輛故障修理的好文章。隨著混合動力車輛的逐漸增多，豐田第二代混合動力系統(tǒng)(THS-II)已在一汽豐田的卡羅拉、廣汽豐田的雷凌上批量國產(chǎn)化。由此給行業(yè)在混合動力車輛修理上帶來了新的技術挑戰(zhàn)，所以為了讓讀者對本案例所涉及的一些系統(tǒng)和元件功能以及故障碼診斷信息有更深入的了解，特作以下幾點補充。

1.普銳斯驅動橋是一臺電動變速器EVT(Electrical Variable Transmission)，其結構和工作原理文章開始作者已作了介紹。文中提到的自動變速器控制單元，它的功能不是控制變速器升降檔之用，而是根據(jù)HV ECU和電源ECU的指令，激活換擋控制執(zhí)行器總成，將擋位鎖在P擋或解除的作用。換擋執(zhí)行器總成由駐車鎖止電機(磁阻式電機)、擺線減速器和電機旋轉角度傳感器組成，駐車控制系統(tǒng)原理圖如圖6所示。

2.關于SMR(混合動力系統(tǒng)主繼電器)控制，SMR是在收到HV ECU發(fā)出的指令后，接通或斷開高壓電路電源的繼電器。共有三個繼電器，負極側有1個，正極側有2個，一起來確保系統(tǒng)工作正常。電路接通時SMRP和SMRG工作,然后SMRB工作，而SMRP關閉。這樣通過與SMRP觸點串聯(lián)的預充電電阻器的限流作用，電路中的觸點受到保護，避免強電流沖擊造成損害。電路斷開時，SMRB和SMRG相繼關閉，然后HV ECU確認各個繼電器是否已經(jīng)關閉，有無卡住現(xiàn)象。如果SMR觸點卡住，繼電器不能斷開，HV ECU會進入失效保護程序，主警告燈點亮，車輛不能啟動(圖7)。

圖6 普銳斯電子換擋系統(tǒng)圖

3.豐田混合動力系統(tǒng)的故障碼有別于其他電控系統(tǒng)，它是由5位DTC(故障主代碼)和3位INF代碼(信息代碼)組成，INF代碼能夠在DTC定格數(shù)據(jù)中找到(圖8)。

DTC指示了故障系統(tǒng)，而INF代碼指示問題或故障部位，沒有INF代碼，不能進行故障排除。在DTC定格數(shù)據(jù)中檢查所有的DTC，應從順序數(shù)字最小的DTC開始檢查(圖9)。

圖7 SMR高壓電源繼電器工作順序圖

圖8 豐田混合動力系統(tǒng)故障碼組成

圖9 豐田混合動力系統(tǒng)故障碼出現(xiàn)順序

DTC定格數(shù)據(jù)中還記錄DTC儲存時的詳細信息(圖10)，能幫助分析混合動力系統(tǒng)故障發(fā)生的時間、里程和運行狀態(tài)信息。

圖10 豐田混合動力系統(tǒng)故障碼的詳細信息