學習領域1 整車集成管理系統(VCU)的故障診斷與檢修

1.1 VCU的故障診斷與檢修教學準備

1.任務描述

VCU常見的故障現象有以下幾種：

（1）動力電池系統

1）打開點火開關，動力電池無法上電。

2）連接慢充設備，無法對動力電池進行慢速充電。

3）連接快充設備，無法對動力電池進行快速充電。

（2）輔助系統

1）打開點火開關，DC/DC變換器系統無法為低壓蓄電池充電。

2）打開點火開關，制動系統真空泵運行異常。

3）打開點火開關，冷卻系統運行異常。

4）打開點火開關，檔位指示異常。

5）打開點火開關，踩制動踏板，掛入D位或R位，松開制動踏板，踩加速踏板，車輛可以低速運行，但速度無法上升（電機限功率）。

（3）通信系統

1）連接診斷設備，診斷設備和車輛無法進行通信。

2）打開點火開關，儀表無信息顯示及提示。

（4）空調系統

1）打開點火開關，空調制冷系統無法工作。

2）打開點火開關，空調制熱系統無法工作。

（5）充電系統

1）連接慢充設備，車輛無法進行慢速充電。

2）連接快充設備，車輛無法進行快速充電。

說明：為了更好地學習和掌握VCU的結構、工作原理、診斷和檢測，應首先結合多媒體課程中VCU的結構、工作原理、診斷和檢測內容進行系統地學習。注意本文列舉出的部分典型故障對系統的影響以及故障現象，而這些現象只針對VCU的控制系統進行分析和說明。

2.任務分析

要想完成以上故障的診斷與排除，需要具備以下知識和技能：

（1）相關知識

1）新能源汽車防護。

2）北汽電動汽車VCU的結構與工作原理。

3）北汽電動汽車VCU的檢測與故障排除。

4）北汽電動汽車整車管理系統。

5）北汽電動汽車數據通信。

6）北汽電動汽車高壓互鎖原理。

7）北汽電動汽車高壓絕緣監測和檢測。

8）北汽電動汽車冷卻系統的結構和工作原理。

（2）相關技能

1）絕緣防護以及隔離警告設備、用品的規范使用。

2）萬用表、示波器、解碼器、絕緣表等常見設備的使用。

3）維修資料的查閱、電路原理圖的識讀和分析。

4）常見故障的診斷與排除。

5）5S管理和操作。

3.初步分析

注意：

1）用正確的方法檢測車輛輔助蓄電池+B電壓，確認+B電壓達到11.5V以上。

2）在此分析時只考慮電氣故障，不考慮機械故障，此條適用于以下所有診斷分析。

3）在打開點火開關過程中，須觀察以下信息。

（1）動力電池系統

注意：

此部分只診斷和分析動力電池不上電故障，充電時動力電池不上電結合充電系統進行說明。

打開點火開關，仔細聽動力電池正、負繼電器是否發出“咔嗒”的正常工作聲并保持。

如果正、負繼電器沒有發出“咔嗒”的正常工作聲，則可能存在以下故障：

1）點火開關15電源電路以及自身故障。

2）總負繼電器控制故障。

3）CAN總線通信電路故障。

4）VCU及電路。

5）電路插接器。

6）BMS喚醒電路故障。

7）電機系統喚醒電路故障。

如果正、負繼電器發出“咔嗒”的正常工作聲后又斷開，則可能存在以下故障：

1）VCU存在嚴重故障引起系統保護。

2）高壓互鎖電路、插接器及所連接的控制單元故障引起系統保護。

3）高壓絕緣性能降至車輛設定的最低值引起系統保護。

（2）輔助系統

1）打開點火開關，觀察儀表顯示是否正常，如圖1-1和圖1-2所示。

圖1-1 點火開關未打開

圖1-2 點火開關打開

如果儀表無任何顯示，如圖1-1所示，則可能存在以下故障：

①點火開關供電電源及輸出+15電源線路故障。

②點火開關自身故障。

③儀表電源及自身故障。

2）觀察儀表信息顯示是否完整，包括變速桿的位置、蓄電池電量、里程等信息，如圖1-3所示。

①如果顯示不完整（圖1-4），則可能存在以下故障：

a.VCU電源故障。

b.VCU自身故障。

c.CAN總線通信故障。

d.VCU控制單元及電路故障。

e.電路連接插接器故障。

f.BMS喚醒電路故障。

g.電機系統喚醒電路故障。

h.儀表自身故障。

圖1-3 點火開關打開后儀表的正常顯示

圖1-4 點火開關打開后儀表顯示信息缺失

②如果儀表提示低壓蓄電池故障（圖1-5），則可能存在以下故障：

a.DC/DC變換器使能電路故障。

b.DC/DC變換器自身故障。

c.DC/DC變換器電源電路故障。

③如果如圖1-6所示儀表提示冷卻系統（冷卻液泵或電子扇）故障，則可能存在以下故障：

a.VCU冷卻液泵繼電器控制及繼電器故障。

b.冷卻液泵電源電路故障。

c.冷卻液泵自身故障。

d.VCU風扇繼電器控制及繼電器故障。

e.冷卻風扇電源電路故障。

f.冷卻風扇自身故障。

圖1-5 點火開關打開后儀表提示低壓蓄電池故障

圖1-6 點火開關打開后儀表提示冷卻系統故障

④如果儀表提示制動系統（真空泵或真空壓力傳感器）故障（圖1-7），則可能存在以下故障：

a.真空泵控制電路故障。

b.真空泵自身故障。

c.真空壓力傳感器控制電路故障。

d.真空壓力傳感器自身故障。

⑤如果只是檔位顯示不完整或閃爍（圖1-8），通過旋鈕式電子變速桿驗證。

圖1-7 點火開關打開后儀表提示制動系統故障

圖1-8 點火開關打開后儀表檔位顯示異常

操作旋鈕式電子變速桿，觀察儀表檔位顯示和旋鈕式電子變速桿位置以及指示是否一致，且無閃爍，如圖1-9和圖1-10所示。

圖1-9 點火開關打開后儀表檔位顯示

圖1-10 旋鈕式電子變速桿

如果儀表檔位指示燈閃爍，踩制動踏板，重新將旋鈕式電子變速桿置于N位后，在選擇其他檔位，如果顯示不一致或閃爍，則可能存在以下故障：

a.旋鈕式電子變速桿電源、信號輸出電路故障。

b.旋鈕式電子變速桿自身故障。

c.VCU故障（內部檔位信號處理、判斷）。

d.儀表故障（內部檔位信號處理、顯示）。

3）起動車輛進行路試，如果踩加速踏板，車輛速度無法上升，且儀表顯示進入跛行狀態，則可能存在以下故障，如圖1-11所示：

①VCU存在故障或故障碼引起系統對電機限功率保護。

②高壓絕緣性能降至車輛設定的保護值引起系統對電機限功率保護。

③加速踏板位置傳感器及電路故障。

④制動開關信號異常。

（3）通信系統

1）打開點火開關，觀察儀表顯示是否正常，如圖1-12所示。如果儀表顯示異常（圖1-13），則可能存在以下故障：

圖1-11 車輛儀表提示車輛進入跛行狀態

圖1-12 車輛儀表顯示情況

①整車VCU至BMS系統CAN總線通信故障。

②整車VCU至組合儀表系統CAN總線通信故障。

③整車VCU至MCU系統CAN總線通信故障。

④整車控制器本身及電路故障。

⑤動力電池管理系統本身及電路故障。

⑥電機控制系統本身及電路故障。

2）連接車輛故障診斷儀進行驗證，如圖1-14所示。

圖1-13 車輛儀表顯示EBD故障

圖1-14 車輛診斷儀

（4）空調系統

1）打開點火開關，操作A/C或MODE開關觀察空調控制面板顯示是否正常，如圖1-15所示。

操作A/C或MODE開關，如果空調面板無任何顯示（圖1-16），則可能存在以下故障：

①VCU電源故障。

②VCU自身故障。

③VCU空調繼電器控制及繼電器故障。

④整車CAN總線電路故障。

⑤空調繼電器電源故障。

圖1-15 空調面板顯示情況

圖1-16 空調面板無任何顯示

2）開啟空調制冷功能，空調制冷功能異常，則可能存在以下故障，如圖1-17所示：

圖1-17 空調面板顯示情況

①VCU風扇繼電器控制及繼電器故障。

②空調控制器故障。

③空調壓縮機控制器故障。

④空調壓力開關故障。

（5）充電系統

1）連接慢充設備，車輛無法進行慢速充電，則可能存在以下故障：

①VCU電源故障。

②VCU自身故障。

③整車VCU慢充喚醒故障。

④整車VCUCAN總線通信故障。

⑤VCU動力電池正極繼電器控制故障。

⑥VCU動力電池負極繼電器控制故障。

2）連接快充設備，車輛無法進行快速充電，則可能存在以下故障。

①VCU電源故障。

②VCU自身故障。

③整車VCU快充喚醒故障。

④整車VCU快充連接確認故障。

⑤整車VCU CAN總線通信故障。

⑥VCU快充總正極繼電器控制故障。

⑦VCU快充總負極繼電器控制故障。

注意：如果儀表上報出具體系統或部件故障，首先結合此故障信息檢測和診斷。

診斷分析說明：

通過以上繼電器動作、儀表顯示的現象和路試做初步分析，如果繼電器沒有動作，說明動力電池沒有被喚醒或激活，找出造成此現象的一個或幾個要素，根據這些要素縮小故障范圍，并按先信號電路，后元件的方法進行排查；如果繼電器動作，說明動力電池已被喚醒或激活，找出造成此現象的一個或幾個要素，根據這些要素縮小故障范圍，并按先信號電路，后元件的方法進行排查；如果路試車輛速度無法上升，說明動力電池已被喚醒或激活，且上電正常，找出造成車輛速度無法上升（電機限功率）現象的一個或幾個要素，根據這些要素縮小故障范圍，并按先信號電路，后元件的方法進行排查。

4.故障碼（DTC）分析

系統控制單元根據需要實時監測特定的元器件、數據通信及電路的電壓、信號，如果受監測的元器件、數據通信及電路的電壓、信號出現波動或異常，在設定時間內控制單元將確認此元器件、數據通信及電路出現故障，隨即在ROM中調取一個和電壓以及信號異常相對應的代碼，存儲于控制單元RAM中，這就是故障碼，即DTC。

診斷故障碼和信息標識組成電氣子系統的每個電路和相關電路故障，并在診斷儀器中列出系統、傳感器、執行器、電路的故障模式和癥狀，該信息可用來診斷電氣故障或作為快速目視參考，以表明不同的DTC和癥狀是如何在被診斷的系統中體現。

在利用故障碼進行故障診斷時，一定要仔細閱讀故障碼的定義和生成的條件，從中可以明確故障碼的生成機理，并根據機理確定驗證故障碼真實性的方法，進而有利于提高診斷效果。利用故障碼進行故障診斷時應按以下步驟進行：

1）讀取故障碼，查閱資料并了解故障碼的定義和生成條件。

2）必須是驗證故障碼的真實性，驗證的方法也分2步。

①通過清除故障碼、模仿故障工況運行車輛、再次讀取故障碼。

②通過數據流或在線檢測值來判定故障真實性，并由此展開系統檢測。

連接故障診斷儀器，通過VCU、BMS、MCU等讀取故障碼。

注意：按照當前的故障現象，檢測過程中會遇到3種情況：

1）診斷儀器可以正常和VCU、BMS、MCU等通信，但系統沒有故障碼，如圖1-18所示。

2）診斷儀器可以正常和VCU、BMS、MCU等通信，并能讀取到系統中所存儲的故障碼，此時應結合故障碼信息進行維修。

3）在打開點火開關后操作診斷儀器，診斷儀器不能正常和VCU、BMS、MCU等通信，并無法讀取系統中所存儲的故障碼。

結合診斷儀器和VCU、BMS、MCU等之間的通信原理圖，如圖1-18所示，診斷儀器通過診斷儀器連接線、無線或藍牙通信、OBD-Ⅱ診斷接口、CAN總線與VCU、BMS、MCU或其他控制單元進行通信。

如果診斷儀器無法進入車輛所有系統，則可能是解碼器、診斷連接線、無線或藍牙通信、OBD-Ⅱ診斷接口、CAN總線中的一個或多個出現故障；如果只是某個控制單元無法通信，則可能是該控制單元或其電源電路、相鄰的CAN總線區間出現了故障。

診斷儀器無法讀取，其原因有以下幾種：

1）診斷接口電源供給故障。

2）新能源CAN電路故障。

圖1-18 數據診斷通信電路圖解

3）動力電池CAN電路故障。

4）MCU電源、自身故障。

5）VCU電源、自身故障。

6）BMS電源、自身故障。

5.無故障碼分析

如果沒有故障碼顯示，就需要技術人員結合故障現象，分析系統電路原理圖如圖1-19、圖1-20所示，列舉可能的故障，并按照正確的流程、利用合適的檢測設備、進行正確的檢測，從而發現所在故障。

新能源VCU是連接車BMS、MCU和新能源汽車其他控制單元的重要紐帶，其主要功能包括：解析駕駛人需求、監控汽車行駛狀態、協調控制單元，實現VCU上下電、驅動控制、能量回收通用件控制和故障診斷等。

新能源汽車VCU、BMS、MCU等對整車集成運行的工作狀態實施監測，如果這些狀態發生異常，各控制單元會根據檢測到的信號狀態產生一個相對應的故障碼，同時會將這一個信息通過原車CAN總線發送至組合儀表控制單元，儀表控制單元通過文字提醒警告駕駛人系統異常，注意行車安全。分析故障碼就可以基本確定故障部位。

但是，如果元器件、控制單元的供電電源、搭鐵、信號出現虛接現象，將會導致：

1）元件輸出錯誤信號。

2）元件執行功率降低。

3）控制單元電源功率降低。

以上故障將造成車輛運行異常。而對于這些故障新能源VCU、BMS、MCU等可能檢測和判斷不出來，不會產生故障碼，所以在沒有故障碼的情況下還要對元件、單元的供電電源、搭鐵、信號進行仔細檢測和檢測。

6.診斷流程

對于VCU出現的故障，診斷及處理失誤將給企業和個人造成相當大的損失。正確的診斷及處理不可能來自于盲目的主觀臆斷，而應該建立在獲取與故障有關信息的基礎上，依據VCU、BMS、車載充電機等的工作原理以及控制結構，運用科學的分析方法，按照合理的步驟進行綜合分析，去偽存真、取主舍次，排除故障的干擾因素，找出故障的原因，這才是提高故障診斷準確性的關鍵所在。為了便于分析，不至于被眾多雜亂無章的信息擾亂思路，需要結合電路原理圖，遵從以下流程進行診斷和維修。

VCU工作異常的診斷流程見表1-1。

圖1-19 VCU電路原理圖1

圖1-20 VCU電路原理圖2

表1-1 VCU工作異常的診斷流程

（續）

（續）

7.實施維修

根據故障碼提示進行維修：利用解碼器讀取故障碼，按照針對每個故障碼制定的診斷流程進行故障診斷。

8.電路檢測

根據系統的結構原理，對點火開關+15、VCU電源、BMS電源、MCU電源、空調控制器電源、組合儀表電源、加速踏板位置傳感器、制動開關、旋鈕式電子變速桿、高壓互鎖電路、冷卻風扇控制、充電系統、真空泵及傳感器、高壓互鎖、慢充喚醒、BMS喚醒、總負繼電器控制、新能源CAN總線、原車CAN總線、電機位置傳感器、電機溫度傳感器、電纜絕緣、插接器等電路進行檢測，檢測方法參照相關內容。

9.部件檢測

根據系統的結構原理，對點火開關、VCU、BMS、MCU、組合儀表、加速踏板位置傳感器、制動開關、旋鈕式電子變速桿、冷卻風扇、冷卻風扇繼電器、冷卻液泵繼電器、ON位繼電器、空調系統繼電器、真空泵及傳感器、總負繼電器、電機位置傳感器、電機溫度傳感器等元器件進行檢測，檢測方法參照相關內容。

10.總結拓展

1）技術報告：參照高職大賽工作頁完成診斷報告，教師應根據需要設置好故障點，也可根據本課件中提供的實際案例制定標準答案。

2）拓展實訓：教師可以在車輛給學生設置相類似的其他故障，讓學生獨立完成，以考核學生的掌握水平。