項目一 故障診斷技術基礎

任務一 電控技術維修基礎

學習目標

1）理解新能源汽車電控基本原理和結構。

2）能夠規范使用鉗式電流表測量高壓電流。

3）能夠使用解碼器讀取新能源汽車的故障碼和數據流。

情境導入

近幾年來，新能源汽車行業迅猛發展，后市場服務人才緊缺。小李是一名職業院校新能源汽車專業應屆畢業生，畢業后進入一家新能源汽車維修企業工作。一天，一輛吉利帝豪EV450前來維修，劉師傅讀取故障碼后，結合汽車電控技術，初步判斷為整車控制器（VCU）故障。劉師傅計劃檢測該VCU，由于操作涉及汽車ECU和高壓部件，需要先進行高壓下電，于是劉師傅將這項任務交給了小李。小李初入職場，對新車型并不熟悉，你能幫助小李完成這項任務嗎？

信息獲取

一、新能源汽車電控維修基礎

汽車ECU（Electronic Control Unit）是汽車電控單元的縮寫。新能源汽車功能豐富，需要數十個功能強大的ECU來完成各個功能系統的工作。據統計，目前新能源汽車平均裝備有30～50塊ECU，而相對高端的車輛則裝備150多塊ECU。隨著車聯網、智能控制、無人駕駛技術的不斷發展，ECU數量需求還在持續增加。

汽車ECU因為工作環境惡劣，通常具有以下特點：①汽車需要在不同的道路和氣候條件下行駛，ECU需要承受振動以及溫度和濕度的變化。②汽車ECU具有自診斷和檢測能力，能及時發現系統中存在的故障并存儲故障碼，告知維修人員故障發生的部位，以便于維修。③汽車ECU及其傳感器通常使用5V電源，由于受車內外電磁干擾及其他原因的影響，電源電壓變化較大。

二、汽車ECU結構組成和原理

汽車ECU的硬件部分由殼體、接口插腳和印制電路板組成。殼體由塑料和金屬材料制成，接口插腳連接ECU與外部電路，電路板采用多層結構印制工藝，如圖1-1-1（左）所示。

汽車ECU的工作過程：車輛起動時，ECU進入工作狀態，通過中央處理器（CPU）的控制，指令逐個被執行。在執行程序過程中，所需的信息來自各個傳感器。從傳感器來的信號首先進入輸入回路，對其信號進行處理。如果是數字信號，經I/O接口會直接進入ECU；如果是模擬信號，必須要經過A/D轉換器轉換成數字信號后才能進入ECU。大多數信號在程序被執行前都暫時存儲在RAM內，根據CPU指令再從RAM送至CPU。然后將存儲在ROM（或PROM）中的參考數據引入CPU，使輸入傳感器的信息與之進行比較，根據軟件程序算法，CPU將結果輸出給執行器或控制執行器動作，例如ECU根據整車驅動信號，控制電機輸出一定的轉速和轉矩。

1.汽車ECU結構組成

（1）輸入接口

輸入接口接收傳感器和其他裝置的輸入信號，并對信號進行過濾和放大。輸入信號放大的目的是使信號增加到汽車ECU可以識別的程度，輸入信號的處理如圖1-1-1（右）所示，一般是在去除雜波和把正弦波變為矩形波后，再轉換成輸入電平。

（2）A/D轉換器（模擬/數字轉換器）

從傳感器送出的信號，有模擬信號和數字信號兩種。其中相當一部分傳感器輸入的信號都是模擬信號，如動力電池溫度傳感器向ECU輸入的是連續緩慢變化的信號，需要經過傳感器及輸入回路處理后，變成相應的電壓信號，但這些信號ECU還不能直接處理，需經過相應的A/D轉換器，將模擬信號轉換成數字信號后才能輸入ECU。

（3）輸出接口

輸出接口為ECU與執行器之間建立聯系的裝置。它將ECU發出的決策指令，轉變成控制信號來驅動執行器工作。輸出回路一般起著控制信號的生成和放大等功能。ECU輸出的是數字信號，而且輸出的電流很小，用這種信號不能驅動執行器工作，因此，通常還需要為執行器設計配套的驅動電路。

2.汽車ECU的功能

汽車ECU按照特定的程序對輸入信號（傳感器信號和執行器反饋信號）進行處理，通過相應的功能算法生成控制指令，向執行器輸出驅動信號。

（1）邏輯運算功能

ECU從傳感器或者總線上獲得輸入信號，經過一系列的算術運算（加、減、乘、除）和邏輯運算（與、或、非）之后通過執行器將動作輸出。這是ECU最基本、最原始的功能。

（2）定時/計數功能

定時器和計數器本質上都是計數器。用作計數器時，使用的是ECU外部輸入的脈沖，統計外部的計數源；用作定時器時，使用的是機器內部的時鐘做計數源，因為機器時鐘穩定性好，所以叫作定時器。人工智能（如定時開關門等）就是使用ECU的定時/計數功能完成的。

（3）中斷服務功能

當來自輸入、輸出反饋電路的優先信號進入ECU時，ECU將停止正在進行的工作，轉向運行處理這些優先信號的子程序，使處理這些信號的時效性得到保證。

（4）總線功能

總線功能指的是ECU在車載網絡中交換數據信息的功能。由于ECU在車載網絡中并非孤立地存在，各個ECU之間需要交換信息，比如儀表需要發動機輸出的轉速信號才能正確地顯示當前的轉速，目前的車載總線技術主要有LIN、CAN、FlexRay、MOST等。

（5）診斷功能

由于整車各功能模塊一旦裝配好，就很難再獲得其在車體中的信息。我們可以利用診斷儀從ECU中讀出故障碼或數據流，從而更加有針對性地進行維修。診斷儀是車外設備獲取汽車信息的重要渠道，也是實現外部設備和汽車ECU交換數據信息的關鍵。

三、新能源汽車核心模塊

新能源汽車作為一種綠色交通運輸工具，由多個子系統構成，主要包括三大電（電池、電機和電控）與三小電[DC/DC模塊（簡稱DC/DC）、車載充電機（OBC）、高壓配電盒]以及空調等車身電器其他附件（圖1-1-2）。各個子系統都通過自己的ECU來完成各自的功能和目標。

新能源汽車不論是早期的分立式控制模塊還是現在的多合一集成式總成設計，其核心模塊都沒有變，都是由動力電池及其管理器、驅動電機及其管理器、交直流充電系統、駕駛感知和整車電控系統、高壓防護與輔助、高低壓配電以及汽車機械系統等組成的。如比亞迪純電動汽車已經由之前的獨立部件向四合一集成，如今又改為三加三（“DC/DC、OBC、充配電三合一”+“電機、電機控制器、減速器三合一”）的結構，改進后減少了整車線束，結構更加緊湊。

從不同的能量傳遞回路來看，純電動新能源整車系統分為控制回路、電能回路、冷卻液回路和機械能回路四種工作線路，如圖1-1-3所示。

1.控制回路

駕駛員通過檔位選擇和加速踏板位置傳感器，將主觀愿望變為信號輸送到整車控制器（VCU），整車控制器協調動力電池、電機控制器工作。

2.電能回路

動力電池的電能，經過高壓配電盒，然后經過驅動電機控制器，將高壓交流電輸送到驅動電機的高壓線路（圖1-1-4）。涉及高壓的部件有動力電池、DC/DC、直流和交流充電接口、電機控制器、驅動電機、PTC（Positive Temperature Coefficient）加熱器、空調壓縮機和其他高壓配件。

3.冷卻液回路

冷卻液回路的動力源是水泵，水泵將冷卻液輸送到驅動電機控制器和驅動電機，冷卻之后再流回到散熱器，周而復始。

4.機械能回路

動力電池的電能，經過高壓配電盒，然后經過電機控制器，將高壓交流電輸送到驅動電機，驅動電機將旋轉的動能輸送到變速盒總成，之后經傳動軸將動力輸送到兩側的車輪，如圖1-1-5所示。

北汽新能源汽車同樣也從分立式向集成式發展，為了看清楚各模塊結構，以早期分立式車型為例（圖1-1-6）：機艙最右側是車載充電機，功能是慢充電使用；中間是DC/DC，主要功能為輔助電池及常規低壓電路供電；靠在DC/DC左側的是高壓配電盒，主要是分配高壓電，另外將直流充電的高壓直流電輸送到動力電池包；在機艙最左側的是電機控制器，核心功能是將高壓直流電變為交流電，輸送到驅動電機。

任務實施

新能源汽車下電斷高壓基本操作

1）按下POWER鍵，待儀表熄滅。如果出現儀表死機不滅的情況，可嘗試長按按鈕，如圖1-1-7所示。

2）一鍵起動的車輛，可將車輛鑰匙放置在離車輛5m之外的地方，如圖1-1-8所示。

3）將車輛輔助電池的負極斷開，并用絕緣膠布包裹，防止意外接觸，如圖1-1-9所示。

4）找到車輛的手動維修開關位置（一般安裝在車輛的動力電池處），可根據維修手冊查找并拆卸相關飾板，如圖1-1-10所示。

5）佩戴新能源汽車專用的絕緣手套，拔出手動維修開關（也有許多新能源汽車未配置），如圖1-1-11所示。

6）使用絕緣膠布將手動維修開關槽封住，避免發生觸電事故或者手動維修開關被再次安裝，如圖1-1-12所示。

7）將拆下的手動維修開關放置在一個安全的地方，或者放進自己的口袋進行保管。

8）手動維修開關在被拆除之后，維修人員須等待5min，因為車輛其他高壓部件中的電容器還會存在高壓電，需要等到電容器進行自放電之后，確認高壓部件不具有高壓電后，才可以對高壓部件進行維修作業。

9）使用萬用表對所維修部位進行高壓殘余電壓測量，如果測量值大于3V時，應使用專用放電工裝對該部位進行放電（圖1-1-13）。在高壓殘余電壓完全消失后，方可進行下一步操作。

10）對高壓部件放電后，用萬用表再次測量，圖1-1-14所示實測電壓為0.001V，確認無電。

知識拓展

汽車ECU故障發生機理和檢測方法

如果出現了解碼器無法進入汽車ECU的現象，其故障原因可能是ECU未工作或ECU本身的問題，也有可能是總線線路問題。在檢修ECU之前，需注意以下四點：①認真檢查外電路，尤其是總線線路，確認外電路正常之后方可對ECU進行檢修。②檢查ECU外部是否有損傷痕跡，固定是否牢固，焊錫（粘膠）是否密封可靠。③檢查插接器和線路情況，特別是電源線和搭鐵是否正常，保證ECU供電正常。④確認ECU型號和軟件版本號相符。

1.ECU故障類型及故障機理

（1）電源電路故障

故障原因可能是新能源汽車的DC/DC輸出電壓異常（類似傳統燃油車的發電機調節器故障），導致電壓過高；或在行駛過程中，蓄電池接頭松脫致使DC/DC或發電機直接向ECU供電；或是工作過程中油污、水、灰塵引起電源線路連接部位漏電搭鐵，也有可能是操作時誤將電源的極性接反等。

（2）輸入/輸出電路故障

常見的故障是放大電路元器件燒壞，有時也會伴隨著電路板上覆銅線條燒斷等情況。這類故障極易發生在散熱不良、表面烤漆和焊接維修作業、電路發生過電流和過電壓等條件下。其機理有兩方面：一是溫度過高導致零件絕緣材料破損；二是過電流和過電壓引起元器件燒蝕。因此ECU的工作溫度不能超過85℃。

（3）存儲器故障

可擦寫存儲器（EPROM或EEPROM）出現故障時，可通過復制處理。方法為：將良好的具有程序內容的存儲器芯片，通過燒錄器讀出程序，寫入新的空白芯片，再將新的芯片裝入ECU使用。少數ECU被加密，芯片不能被復制。

（4）特殊故障

由于汽車工作環境惡劣，雨、水、泥、雪、灰塵和油污等侵蝕，大負荷工作時間過長和工作時劇烈的沖擊振動，會造成ECU變形、開裂、元器件引腳斷路短路、粘連或元件損壞等故障。

2.ECU的檢測方法

（1）直觀檢查法

通過目視去觀察電路、元器件等的工作狀態，從中發現異常。這是所有檢查法的基礎步驟。了解ECU的基本信息（型號、引腳、應用車型等），并掌握故障可能的外部表現跡象，如密封不良、進水、外部斷路、外部短路、嚴重燒蝕等。

（2）接觸檢查法

ECU在工作狀態下，檢查人員可通過直接接觸去尋找故障點。在對待查元件接觸的過程中，通過觸覺感知溫度，通過嗅覺感知氣味，確認是否有異常表征。在檢查過程中，ECU要放置平穩，注意線路板或電子元器件與其他部分（尤其是車身底盤）應保持一定的距離，以免發生短路造成不可修復的故障。

（3）故障再生法

有意識地讓故障重復發生，并力圖使故障的發生、發展、轉化過程變得比較緩慢，以便提供充足的觀察機會、次數、時間，在觀察過程中發現影響故障的因素，從而查出故障部位和原因。

對于ECU來說，間歇（偶發）性故障幾乎都是在一些特定的環境下出現的，因此，為了讓故障再現，就需要模擬故障顯現環境。通常采用的方法有四種：①振動法。通過輕輕地振動、拍打、敲擊ECU，拉動ECU連接線束，再現振動的環境。②水淋法。用水澆淋風窗玻璃或機艙蓋，再現ECU受潮的環境。③加熱法。可以用電吹風或熱風槍對ECU可疑部位進行加熱，再現溫度過高的環境。④電器全接通法。接通汽車上的全部用電設備，再現ECU電路電流過大的環境。上述檢測方法適用于間歇出現的故障，對于一直處于不良狀態的情況，則不宜采用。

（4）參照檢查法

這是一種利用比較手段來尋找故障部位的檢查方法。通常用一個性能良好的ECU，測量其關鍵部位的參數，包括電壓、電阻等。運用移植、比較、借鑒、引申、參照等手段，查出不同之處，以便診斷故障部位和原因。

（5）替代檢查法

用一個性能可靠的元器件去替代一個待查的元器件（或電路），如果替代后工作正常，說明待查元器件出現故障。如果替代后故障現象不變，則可排除待查元器件的故障，并可進一步縮小故障范圍。替代檢查法適用于各種故障診斷，但在采用時要有針對性，這樣會節省診斷時間，提高診斷的成功率。在運用替代法檢查的過程中，還應注意以下三點：①替代檢查法對僅有一兩個元件存在故障的情況較為實用，通常是在其他方法診斷出具體的方向和范圍之后采用。②對于集成電路這樣的多引腳元件，采用替代檢查法更要慎重。③在特殊情況下，一個故障若是由兩個或以上故障點造成的，此時若只替代其中一個元器件則故障現象仍然不變，必須同時替代兩個或多個待查元器件直到故障現象消除。

（6）電壓檢查法

電壓檢查法主要是對ECU內關鍵點的電壓進行實時測量，以找出故障部位。這些關鍵點主要是各集成電路的供電電源、線路中連接蓄電池的主電源、受起動開關或電源開關控制的電源、內部經過集成穩壓器或調整二極管輸出的穩壓電源（因為電路中的數字電路、ECU等都工作在5V或更低的電壓下，12V的蓄電池電壓不能直接加載到這些元器件的電源引腳上）等。

（7）電阻檢查法

利用萬用表檢測線路的通斷、阻值的大小，來判別故障原因和故障部位。此種方法主要適用于元器件和銅箔線路的檢測。銅箔線路經常發生開裂的原因主要是因車輛的沖擊、振動而造成的；而ECU進水受潮是造成銅箔腐蝕斷路的主要原因。在實際操作時，必須查清銅箔線路走向，可通過線路兩端電阻檢測來判別。

（8）波形檢查法

采用專用或通用示波器，對ECU關鍵點和相關引腳進行測量，從而判斷ECU是否正常。波形檢查法還可對傳感器的輸入信號、經輸入電路后送給ECU或A/D轉換器的信號、輸出信號及各種驅動器的輸入/輸出信號進行檢測分析。

（9）信號注入檢測法

采用信號發生器給電路輸入相同或相近的信號，在輸出端觀察執行器的動作情況，或在輸出端連接示波器或萬用表，根據波形或顯示信號高低來判斷故障。