◆文/江蘇 王廣 吳書龍

故障現(xiàn)象

一輛2012 款第三代豐田普銳斯(ZVW30) 混合動(dòng)力汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為5ZR-FXE，行駛里程為69 000km。據(jù)駕駛?cè)朔从?，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法自行啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障警告燈、VSC 警告燈、三角形警告燈同時(shí)點(diǎn)亮。

故障診斷與排除

首先進(jìn)行故障確認(rèn)，踩住制動(dòng)踏板，按下啟動(dòng)按鈕，儀表上“READY”指示燈點(diǎn)亮，在P 擋位置踩下加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。試圖使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入維修模式，經(jīng)過(guò)多次嘗試都不能成功。多功能顯示屏上的能量顯示器顯示HV 電池已經(jīng)耗至極限，紫色的電池耗凈指示燈在閃爍( 圖1)。說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)無(wú)法自行啟動(dòng)，不存在人為操作的問題。

遵循先易后難的原則， 按照故障排查流程首先進(jìn)行電路檢查：使用故障診斷儀連接到DLC3， 讀取故障碼顯示P0A7A-324 故障碼?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng) DTC 與其他系統(tǒng)( 如發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)) 使用的5 位數(shù)代碼不同。使用5 位數(shù)代碼和INF 代碼對(duì)故障部位進(jìn)行分類，如表1 所示。沒有詳細(xì)信息(INF 代碼)就無(wú)法進(jìn)行故障排除。

因此，根據(jù)INF 代碼，修理手冊(cè)中有不同的故障排除步驟。如果發(fā)電機(jī)逆變器過(guò)熱、存在電路故障或內(nèi)部短路，則逆變器通過(guò)發(fā)電機(jī)逆變器故障信號(hào)線路傳輸該信息至 MG ECU，并記錄DTC P0A7A-324。根據(jù)分析，故障可能發(fā)生部位如下：

● 逆變器冷卻系統(tǒng)；

● 冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)；

● 逆變器水泵總成；

● 帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成；

● 混合動(dòng)力車輛傳動(dòng)橋總成；

● 發(fā)電機(jī)高壓電纜；

● 電動(dòng)機(jī)高壓電纜；

● 線束或連接器；

● PCU 熔絲。

普銳斯采用的是水冷式逆變器，其冷卻液的進(jìn)、出口能容易地被連接到散熱器上以方便對(duì)冷卻液降溫。其冷卻液通常與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液類似或相同。在混合動(dòng)力汽車中，幾乎所有此類水冷系統(tǒng)的冷卻液回路都完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。冷卻液從散熱器泵入逆變器內(nèi)部，但不接觸逆變器的工作部件。散熱設(shè)備將逆變器部件產(chǎn)生的熱能傳遞給冷卻液，然后冷卻液流回到散熱器，在冷卻風(fēng)扇的幫助下，散熱器將熱能傳遞到周圍空氣中。水冷型逆變器的冷卻系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下，可能會(huì)生成一個(gè)DTC，當(dāng)然也可能會(huì)不生成DTC。因此，維修技師可以將手放在冷卻液泵體上感覺是否有振動(dòng)，通過(guò)這種方式來(lái)驗(yàn)證逆變器冷卻液泵是否工作。然而即使該泵能夠正常工作，也不能保證冷卻液能夠足量流動(dòng)，這是因?yàn)闅馀莼蚱渌氯部赡軐?duì)冷卻液的正常流動(dòng)產(chǎn)生不良影響。維修技師可以拆下逆變器的膨脹箱的蓋子并驗(yàn)證冷卻液是否正常流動(dòng)，在此基礎(chǔ)上可以確定冷卻液循環(huán)是否正常。如果逆變器出現(xiàn)過(guò)熱，在冷卻液流量充足的情況下，維修技師不妨檢查一下冷卻液的質(zhì)量情況。加錯(cuò)冷卻液、或者冷卻液未能與水進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌希@些都可能導(dǎo)致逆變器冷卻問題。通過(guò)檢查冷卻液量正常、冷卻液軟管無(wú)泄漏，使用診斷儀進(jìn)行主動(dòng)測(cè)試“控制電動(dòng)冷卻風(fēng)扇”正常( 圖2)，檢查冷卻液沒有凍結(jié)，排除逆變器冷卻系統(tǒng)、水泵總成和冷卻風(fēng)扇故障。

在排除逆變器冷卻系統(tǒng)及其組件后，需要進(jìn)一步檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成。該總成由逆變器、增壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器組成，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)( 圖3)。

在車輛處于斷電(READY 為OFF)狀態(tài)時(shí)，逆變器中的電容器( 圖4) 必須通過(guò)逆變器自身內(nèi)部的電路進(jìn)行放電處理。維修技師應(yīng)經(jīng)常查閱汽車廠家維修信息，以便精確地了解車輛的電容器放電所需時(shí)間，同時(shí)還要準(zhǔn)確了解進(jìn)行電壓檢查作業(yè)時(shí)的測(cè)量點(diǎn)位置。

豐田普銳斯自放電過(guò)程可能需要5 ～10min 的時(shí)間，對(duì)于需要在車輛的逆變器或電機(jī)電路上進(jìn)行作業(yè)的維修技師而言，必須先等到電容器已經(jīng)完成放電作業(yè)后，方能進(jìn)行工作。因此，在檢查高壓系統(tǒng)或斷開帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器前，務(wù)必采取安全措施，如佩戴絕緣手套并拆下維修塞把手( 圖5) 以防電擊。拆下維修塞把手后放到口袋中，防止其他技師在我們進(jìn)行高壓系統(tǒng)作業(yè)時(shí)將其意外重新連接。

維修技師拆下維修塞把手后，在接觸任何高壓連接器或端子前，等待至少10min，然后檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成檢查點(diǎn)的端子電壓，開始工作前的電壓應(yīng)為0 ( 圖6)。

經(jīng)確認(rèn)電容器已經(jīng)完成放電后，斷開低壓蓄電池負(fù)極；檢查混合動(dòng)力車輛傳動(dòng)橋總成(2 個(gè)解角傳感器) 連接器的連接情況和帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器均接觸良好，未見有腐蝕及松動(dòng)現(xiàn)象。

從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上斷開解角傳感器連接器D29，重新接好低壓蓄電池負(fù)極，將電源開關(guān)置于ON(IG) 位置，根據(jù)電路圖( 圖7) 檢查發(fā)電機(jī)解角傳感器各信號(hào)線路到車身接地的電壓0.8V( 正常值低于1V)，正常。

將電源開關(guān)置于OFF 位置，斷開低壓蓄電池負(fù)極，測(cè)量發(fā)電機(jī)解角傳感器信號(hào)線之間的電阻(GRF-GRFG ：8.2Ω，GSN-GSNG ：16.8Ω，GCS-GCSG ：18.6Ω)，發(fā)電機(jī)解角傳感器信號(hào)線與車身接地且兩兩之間之間的電阻均無(wú)窮大。正常值如表2 所示，由此可以判斷發(fā)電機(jī)解角傳感器至帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成之間線束及連接器正常。以相同的方法測(cè)量帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成與電動(dòng)機(jī)解析器之間，正常。

從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上拆下逆變器蓋，從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上斷開發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)高壓電纜( 圖8)。使用毫歐表測(cè)量U、V、W 相與相之間電阻，無(wú)斷路；使用兆歐表測(cè)量U、V、W 三相與車身接地和屏蔽層之間絕緣電阻，無(wú)短路；混合動(dòng)力車輛傳動(dòng)橋總成 (MG1、MG2) 正常。

斷開帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器A59( 圖9)，檢查電源電壓12.5V，正常。

根據(jù)上述檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成的高低壓連接線束和插頭端子均正常，混合動(dòng)力車輛傳動(dòng)橋總成上的2 個(gè)解角傳感器及線路也無(wú)任何問題，可以判斷為故障在帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)。由于汽車廠家規(guī)定帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成是不可分解的部件，只能更換。為了確保萬(wàn)無(wú)一失，只能采用部件互換法和正常行駛的同類車型對(duì)換帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成進(jìn)行試驗(yàn)，更換后該故障車啟動(dòng)正常，相同故障在另外一臺(tái)車出現(xiàn)，進(jìn)一步證明故障出現(xiàn)在帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)部。為了確認(rèn)該故障已經(jīng)徹底排除，經(jīng)過(guò)多次上路試車，不能啟動(dòng)現(xiàn)象消失，恢復(fù)車輛拆除的所有附件后將車輛交付給客戶。

看過(guò)這個(gè)故障案例，首先肯定作者對(duì)P 0A7A-324故障碼的診斷與修理方法是正確的，按照維修手冊(cè)的引導(dǎo)，通過(guò)相關(guān)電路的檢查，采用排除法使故障得到最終的排除。但是針對(duì)本案例的修理總結(jié)，我還是想說(shuō)幾個(gè)問題：

1.車輛的基本信息要在文章中交代清楚。豐田第三代普銳斯搭載一臺(tái)5ZRFXE、1.8L阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)42KW發(fā)電機(jī)(MG1)以及60KW驅(qū)動(dòng)電機(jī)(MG2)，混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了豐田THS—Ⅱ。MG1的功能負(fù)責(zé)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)行發(fā)電，電量可以供應(yīng)MG2驅(qū)動(dòng)車輛，并且MG1調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域輸出扭矩。MG2可以由動(dòng)力蓄電池或MG1供電驅(qū)動(dòng)車輛，并且在車輛減速或制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行能量回收。

2.混合動(dòng)力汽車是高度機(jī)電集成的車輛。發(fā)生故障時(shí)更應(yīng)該根據(jù)車輛運(yùn)行的數(shù)據(jù)流判斷故障原因， P0A7A故障碼儲(chǔ)存時(shí)會(huì)有定格數(shù)據(jù)，它在故障發(fā)生時(shí)段會(huì)記錄系統(tǒng)異常的數(shù)據(jù)，如MG1逆變器的工作狀態(tài)，工作溫度，輸出電壓，電流，頻率。解角傳感器的輸出信號(hào)。DC—DC增壓器工作參數(shù)，MG1電機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)狀態(tài)等，通過(guò)智能診斷儀能夠查看到，以幫助分析故障。同樣THS—Ⅱ系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)流與該工況下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比，更是進(jìn)行故障分析的數(shù)據(jù)對(duì)比的參考。為此我給出與該車相同車型，在打開電源開關(guān)，“READY”指示燈點(diǎn)亮?xí)r，車輛運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)如圖10、11、12所示。

圖13是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)以及MG1運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)需要啟動(dòng)時(shí)，MG1輸出正轉(zhuǎn)速，正扭矩作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，MG1輸出正轉(zhuǎn)速，負(fù)扭矩作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行)。

圖13 普銳斯發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)

3.對(duì)于解角傳感器功能的說(shuō)明。解角傳感器是MG1、MG2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用來(lái)磁場(chǎng)定向控制，使電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下輸出恒定的扭矩，額定轉(zhuǎn)速以上保持較大的功率。解角傳感器的結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)變壓器形式。由勵(lì)磁線圈、檢測(cè)線圈S、檢測(cè)線圈C和一個(gè)橢圓形的轉(zhuǎn)子(與MG 轉(zhuǎn)子作為一個(gè)單元一起旋轉(zhuǎn))組成。檢測(cè)線圈S的+S和-S相互偏離90℃。檢測(cè)線圈C的+C和-C也以同樣的方式相互偏離。線圈S和C相互分離45℃。當(dāng)恒頻交流電輸入勵(lì)磁線圈，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上旋轉(zhuǎn)變壓器的橢圓形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，與旋轉(zhuǎn)變壓器定子之間的間隙發(fā)生變化，因此在檢測(cè)線圈S和C中互感出恒頻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。MG ECU利用線圈S和C的峰值差異計(jì)算轉(zhuǎn)子上主磁極的絕對(duì)位置，并且根據(jù)在指定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的變化量計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度。

4.關(guān)于強(qiáng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，激活車輛保養(yǎng)模式的步驟，文章中沒有寫詳細(xì)，在此把方法補(bǔ)全。不使用智能檢測(cè)儀的方法如下：

(1)在60s內(nèi)，執(zhí)行以下步驟(A)至(D)，將電源開關(guān)置于ON(IG)位置(步驟A)。

(2)選擇駐車擋(P)時(shí)，完全踩下加速踏板兩次(步驟B)。

(3)選擇空擋(N)時(shí)，完全踩下加速踏板兩次(步驟C)。

(4)選擇駐車擋(P)時(shí)，完全踩下加速踏板兩次(步驟D)。

(5)檢查并確認(rèn)多信息顯示屏上顯示“保養(yǎng)模式”。

(6)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，通過(guò)將電源開關(guān)置于ON(READY)位置啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

提示：選擇駐車擋(P)的情況下，保養(yǎng)模式下的怠速轉(zhuǎn)速大約為1000r/min。選擇駐車擋(P)的情況下，踩下加速踏板時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高至1500r/min。將加速踏板踩下超過(guò)一半，或完全踩下加速踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高至大約2500r/min。

5.關(guān)于安全操作，作者在文章中寫的非常清楚，需要強(qiáng)調(diào)的是更換帶增壓轉(zhuǎn)換器的逆變器時(shí)，部件安裝和導(dǎo)線的緊固扭矩必須嚴(yán)格按照維修手冊(cè)要求操作。