東風風行換擋手柄繼電器異響故障排查

梁國全

（東風柳州汽車有限公司乘用車技術中心，廣西 柳州 545005）

1 故障現象

一輛東風柳汽生產的東風風行S50汽車，在試制階段出現如下故障現象：整車IGN1上電，未踩下制動踏板，換擋手柄里面的繼電器連續答答異響；踩下制動踏板，繼電器停止答答響，且換擋正常。

2 故障分析

2.1 工作原理

東風風行換擋手柄電路原理圖見圖1。TCU采集制動開關A點硬線信號，同時接收EMS發的制動開關CAN信號，且TCU以自身接收到的硬線信號優先；如變速器控制單元TCU通過A點電壓檢測到制動被踩下或收到制動被踩下CAN信號，則驅動內部K1引腳的MOS管導通并輸出一個低電平信號給換擋手柄內部繼電器1線圈，接著繼電器2線圈得電，吸合換擋手柄內部磁鐵，才可以掛擋；反之，如果是TCU檢測到制動未踩下信號，則TCU會停止驅動內部MOS管。

圖1 東風風行換擋手柄電路原理圖

2.2 現場故障數據測量

1)用新的制動開關替換原車的制動開關，故障現象復現；拆卸原車制動開關檢查，發現制動開關正常。

2)制動未踩下時，用示波器測量TCU的K1引腳，得到一個方波脈沖 (圖2，正常波形應該是持續高或持續低)；同時用示波器測量制動踏板的A點電壓為2.56 V。

3)用診斷儀讀取發動機EMS、TCU、ABS/ESP等各控制器的內部診斷碼，發現EMS報制動信號異常故障。

4)用CANOE讀取CAN總線上EMS發出的制動信號CAN報文 (信號長度為2位)，CAN信號在brake not actuated和signal not available之間跳轉，具體如圖3所示。

圖2 異常波形示意圖

圖3 CAN制動信號

2.3 TCU和EMS采集制動信號的原理

EMS采集制動信號和發出CAN信號的原理如圖4所示。

1)IGN1上電后，EMS同時采集A點和B電壓：高電平范圍(4.6～12 V)，低電平范圍 (0～2.3 V)，不確定電平 (2.3～4.6 V)。

2)制動未踩下時，EMS檢查到B點電壓為高，A點電壓為低；則發出制動信號未踩下 (brake not actuated)。

3)制動踩下時，EMS檢查到B點電壓為低，A點電壓為高；則發出制動信號踩下 (brake actuated)。

4)如果檢測到制動開關B點和A點同時為高或同時為低，或者兩者之一有一個為不確定電平，則EMS報制動故障，同時發制動信號不可信 (brake signal not available)。

TCU采集制動信號的原理如下：IGN1上電后，TCU僅采集A點電壓。①0～1.5 V認為制動為未踩下；②大于2.2 V認為制動踩下；③TCU同時會判斷EMS發出的制動CAN信號，但會以自身采集的制動硬線信號為優先。

圖4 采集制動信號原理圖

2.4 接口電路收集

EMS、ABS/ESP、換擋手柄、TCU均和制動有硬線連接，需要對接口電路進行校核和驗算，具體電路原理圖見圖5。

圖5 接口電路原理圖

2.5 接口電路分析和故障現象定位

2.5.1 制動未踩下時

2.5.1.1 換擋手柄內部繼電器1線圈不得電

1)從IGN1上電開始，EMS也未發出制動的有效CAN信號，TCU K1引腳并未驅動內部MOS管，繼電器1線圈不得電，因此繼電器2線圈與ABS/ESP、EMS、TCU內部電阻無法形成并聯回路，因此不計入繼電器2線圈的電阻。

2)公共采集點A的電壓為2.56 V，在圖5的基礎上，接口電路圖等效、簡化和計算具體見圖6。

圖6 接口電路簡化圖 （繼電器1線圈不得電）

2.5.1.2 換擋手柄內部繼電器1線圈得電

1)EMS檢測到2.56 V，認為是不確定電平，這時發制動信號不可信 (brake signal not available)。

2)同時TCU檢測A點的2.56 V硬線電壓，因硬線優先，TCU會認為制動已經踩下，TCU會驅動內部MOS管輸出低電平。

3)在TCU的K1輸出低電平后，換擋手柄繼電器1線圈得電，繼電器2線圈吸合，繼電器2線圈電阻會與ABS/ESP、EMS、TCU內部電阻形成新的并聯回路，需要在圖6的基礎上計入繼電器2線圈的電阻，經計算，A點電壓為0.117 V，具體見圖7。

4)EMS檢測A點電壓0.117 V，認為是低電平，這時發制動信號未踩下 (brake not actuated)，同時TCU相應引腳也檢測到0.117 V，認為制動未踩下，TCU停止驅動內部MOS管。

圖7 接口電路簡化圖 （繼電器1線圈得電）

2.5.1.3 分析小結

從以上分析可以看出，A點電壓重復按圖6的2.56 V和圖7的0.117 V進行交換跳變，這是導致TCU的K1引腳輸出脈沖方波的原因，也是換擋手柄內部繼電器1不斷吸合-斷開-吸合，導致發出答答異響的原因。

2.5.2 制動踩下時

當制動被踩下，A點直接接蓄電池，因此A點電壓會被鉗位在蓄電池電壓 (12 V)；EMS認為4.6 V以上是踩下，TCU認為2.2 V以上也是踩下，所以TCU K1一直輸出低電平，換擋手柄內部繼電器1保持得電，繼電器2保持得電，所以異響消除并可以換擋。

3 整改措施

本次故障是因為TCU采集硬線制動開關A點信號時，其相應引腳內部的上拉電源和電阻與ABS/ESP、EMS內部形成回路，造成硬線信號采集的誤診斷，因此要求TCU內部去掉上拉的6.8 kΩ電阻，TCU的PCB板直接去掉6.8 kΩ的電阻即可 (圖8)，無需額外的DV和PV試驗。

圖8 整改措施

4 總結

1)因車輛系統相關性比較強，首先利用診斷儀讀取相應故障碼、同時利用CANOE設備讀取報文進行綜合分析。

2)在排查故障前，需要對整車和系統的控制原理及邏輯進行分析，結合具體故障碼和數據，盡量縮小排查范圍。

3)在排查時，需從原始信號開始排查，需要重視整車接口電路的分析和校核，作為排查問題的切入點。

4)充分利用和結合相關系統相關性，借用其他系統的現有信號進行排查，快速進行問題定位。