项目一 故障诊断技术基础

任务一 电控技术维修基础

学习目标

1）理解新能源汽车电控基本原理和结构。

2）能够规范使用钳式电流表测量高压电流。

3）能够使用解码器读取新能源汽车的故障码和数据流。

情境导入

近几年来，新能源汽车行业迅猛发展，后市场服务人才紧缺。小李是一名职业院校新能源汽车专业应届毕业生，毕业后进入一家新能源汽车维修企业工作。一天，一辆吉利帝豪EV450前来维修，刘师傅读取故障码后，结合汽车电控技术，初步判断为整车控制器（VCU）故障。刘师傅计划检测该VCU，由于操作涉及汽车ECU和高压部件，需要先进行高压下电，于是刘师傅将这项任务交给了小李。小李初入职场，对新车型并不熟悉，你能帮助小李完成这项任务吗？

信息获取

一、新能源汽车电控维修基础

汽车ECU（Electronic Control Unit）是汽车电控单元的缩写。新能源汽车功能丰富，需要数十个功能强大的ECU来完成各个功能系统的工作。据统计，目前新能源汽车平均装备有30～50块ECU，而相对高端的车辆则装备150多块ECU。随着车联网、智能控制、无人驾驶技术的不断发展，ECU数量需求还在持续增加。

汽车ECU因为工作环境恶劣，通常具有以下特点：①汽车需要在不同的道路和气候条件下行驶，ECU需要承受振动以及温度和湿度的变化。②汽车ECU具有自诊断和检测能力，能及时发现系统中存在的故障并存储故障码，告知维修人员故障发生的部位，以便于维修。③汽车ECU及其传感器通常使用5V电源，由于受车内外电磁干扰及其他原因的影响，电源电压变化较大。

二、汽车ECU结构组成和原理

汽车ECU的硬件部分由壳体、接口插脚和印制电路板组成。壳体由塑料和金属材料制成，接口插脚连接ECU与外部电路，电路板采用多层结构印制工艺，如图1-1-1（左）所示。

汽车ECU的工作过程：车辆起动时，ECU进入工作状态，通过中央处理器（CPU）的控制，指令逐个被执行。在执行程序过程中，所需的信息来自各个传感器。从传感器来的信号首先进入输入回路，对其信号进行处理。如果是数字信号，经I/O接口会直接进入ECU；如果是模拟信号，必须要经过A/D转换器转换成数字信号后才能进入ECU。大多数信号在程序被执行前都暂时存储在RAM内，根据CPU指令再从RAM送至CPU。然后将存储在ROM（或PROM）中的参考数据引入CPU，使输入传感器的信息与之进行比较，根据软件程序算法，CPU将结果输出给执行器或控制执行器动作，例如ECU根据整车驱动信号，控制电机输出一定的转速和转矩。

1.汽车ECU结构组成

（1）输入接口

输入接口接收传感器和其他装置的输入信号，并对信号进行过滤和放大。输入信号放大的目的是使信号增加到汽车ECU可以识别的程度，输入信号的处理如图1-1-1（右）所示，一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后，再转换成输入电平。

（2）A/D转换器（模拟/数字转换器）

从传感器送出的信号，有模拟信号和数字信号两种。其中相当一部分传感器输入的信号都是模拟信号，如动力电池温度传感器向ECU输入的是连续缓慢变化的信号，需要经过传感器及输入回路处理后，变成相应的电压信号，但这些信号ECU还不能直接处理，需经过相应的A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号后才能输入ECU。

（3）输出接口

输出接口为ECU与执行器之间建立联系的装置。它将ECU发出的决策指令，转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。ECU输出的是数字信号，而且输出的电流很小，用这种信号不能驱动执行器工作，因此，通常还需要为执行器设计配套的驱动电路。

2.汽车ECU的功能

汽车ECU按照特定的程序对输入信号（传感器信号和执行器反馈信号）进行处理，通过相应的功能算法生成控制指令，向执行器输出驱动信号。

（1）逻辑运算功能

ECU从传感器或者总线上获得输入信号，经过一系列的算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非）之后通过执行器将动作输出。这是ECU最基本、最原始的功能。

（2）定时/计数功能

定时器和计数器本质上都是计数器。用作计数器时，使用的是ECU外部输入的脉冲，统计外部的计数源；用作定时器时，使用的是机器内部的时钟做计数源，因为机器时钟稳定性好，所以叫作定时器。人工智能（如定时开关门等）就是使用ECU的定时/计数功能完成的。

（3）中断服务功能

当来自输入、输出反馈电路的优先信号进入ECU时，ECU将停止正在进行的工作，转向运行处理这些优先信号的子程序，使处理这些信号的时效性得到保证。

（4）总线功能

总线功能指的是ECU在车载网络中交换数据信息的功能。由于ECU在车载网络中并非孤立地存在，各个ECU之间需要交换信息，比如仪表需要发动机输出的转速信号才能正确地显示当前的转速，目前的车载总线技术主要有LIN、CAN、FlexRay、MOST等。

（5）诊断功能

由于整车各功能模块一旦装配好，就很难再获得其在车体中的信息。我们可以利用诊断仪从ECU中读出故障码或数据流，从而更加有针对性地进行维修。诊断仪是车外设备获取汽车信息的重要渠道，也是实现外部设备和汽车ECU交换数据信息的关键。

三、新能源汽车核心模块

新能源汽车作为一种绿色交通运输工具，由多个子系统构成，主要包括三大电（电池、电机和电控）与三小电[DC/DC模块（简称DC/DC）、车载充电机（OBC）、高压配电盒]以及空调等车身电器其他附件（图1-1-2）。各个子系统都通过自己的ECU来完成各自的功能和目标。

新能源汽车不论是早期的分立式控制模块还是现在的多合一集成式总成设计，其核心模块都没有变，都是由动力电池及其管理器、驱动电机及其管理器、交直流充电系统、驾驶感知和整车电控系统、高压防护与辅助、高低压配电以及汽车机械系统等组成的。如比亚迪纯电动汽车已经由之前的独立部件向四合一集成，如今又改为三加三（“DC/DC、OBC、充配电三合一”+“电机、电机控制器、减速器三合一”）的结构，改进后减少了整车线束，结构更加紧凑。

从不同的能量传递回路来看，纯电动新能源整车系统分为控制回路、电能回路、冷却液回路和机械能回路四种工作线路，如图1-1-3所示。

1.控制回路

驾驶员通过档位选择和加速踏板位置传感器，将主观愿望变为信号输送到整车控制器（VCU），整车控制器协调动力电池、电机控制器工作。

2.电能回路

动力电池的电能，经过高压配电盒，然后经过驱动电机控制器，将高压交流电输送到驱动电机的高压线路（图1-1-4）。涉及高压的部件有动力电池、DC/DC、直流和交流充电接口、电机控制器、驱动电机、PTC（Positive Temperature Coefficient）加热器、空调压缩机和其他高压配件。

3.冷却液回路

冷却液回路的动力源是水泵，水泵将冷却液输送到驱动电机控制器和驱动电机，冷却之后再流回到散热器，周而复始。

4.机械能回路

动力电池的电能，经过高压配电盒，然后经过电机控制器，将高压交流电输送到驱动电机，驱动电机将旋转的动能输送到变速盒总成，之后经传动轴将动力输送到两侧的车轮，如图1-1-5所示。

北汽新能源汽车同样也从分立式向集成式发展，为了看清楚各模块结构，以早期分立式车型为例（图1-1-6）：机舱最右侧是车载充电机，功能是慢充电使用；中间是DC/DC，主要功能为辅助电池及常规低压电路供电；靠在DC/DC左侧的是高压配电盒，主要是分配高压电，另外将直流充电的高压直流电输送到动力电池包；在机舱最左侧的是电机控制器，核心功能是将高压直流电变为交流电，输送到驱动电机。

任务实施

新能源汽车下电断高压基本操作

1）按下POWER键，待仪表熄灭。如果出现仪表死机不灭的情况，可尝试长按按钮，如图1-1-7所示。

2）一键起动的车辆，可将车辆钥匙放置在离车辆5m之外的地方，如图1-1-8所示。

3）将车辆辅助电池的负极断开，并用绝缘胶布包裹，防止意外接触，如图1-1-9所示。

4）找到车辆的手动维修开关位置（一般安装在车辆的动力电池处），可根据维修手册查找并拆卸相关饰板，如图1-1-10所示。

5）佩戴新能源汽车专用的绝缘手套，拔出手动维修开关（也有许多新能源汽车未配置），如图1-1-11所示。

6）使用绝缘胶布将手动维修开关槽封住，避免发生触电事故或者手动维修开关被再次安装，如图1-1-12所示。

7）将拆下的手动维修开关放置在一个安全的地方，或者放进自己的口袋进行保管。

8）手动维修开关在被拆除之后，维修人员须等待5min，因为车辆其他高压部件中的电容器还会存在高压电，需要等到电容器进行自放电之后，确认高压部件不具有高压电后，才可以对高压部件进行维修作业。

9）使用万用表对所维修部位进行高压残余电压测量，如果测量值大于3V时，应使用专用放电工装对该部位进行放电（图1-1-13）。在高压残余电压完全消失后，方可进行下一步操作。

10）对高压部件放电后，用万用表再次测量，图1-1-14所示实测电压为0.001V，确认无电。

知识拓展

汽车ECU故障发生机理和检测方法

如果出现了解码器无法进入汽车ECU的现象，其故障原因可能是ECU未工作或ECU本身的问题，也有可能是总线线路问题。在检修ECU之前，需注意以下四点：①认真检查外电路，尤其是总线线路，确认外电路正常之后方可对ECU进行检修。②检查ECU外部是否有损伤痕迹，固定是否牢固，焊锡（粘胶）是否密封可靠。③检查插接器和线路情况，特别是电源线和搭铁是否正常，保证ECU供电正常。④确认ECU型号和软件版本号相符。

1.ECU故障类型及故障机理

（1）电源电路故障

故障原因可能是新能源汽车的DC/DC输出电压异常（类似传统燃油车的发电机调节器故障），导致电压过高；或在行驶过程中，蓄电池接头松脱致使DC/DC或发电机直接向ECU供电；或是工作过程中油污、水、灰尘引起电源线路连接部位漏电搭铁，也有可能是操作时误将电源的极性接反等。

（2）输入/输出电路故障

常见的故障是放大电路元器件烧坏，有时也会伴随着电路板上覆铜线条烧断等情况。这类故障极易发生在散热不良、表面烤漆和焊接维修作业、电路发生过电流和过电压等条件下。其机理有两方面：一是温度过高导致零件绝缘材料破损；二是过电流和过电压引起元器件烧蚀。因此ECU的工作温度不能超过85℃。

（3）存储器故障

可擦写存储器（EPROM或EEPROM）出现故障时，可通过复制处理。方法为：将良好的具有程序内容的存储器芯片，通过烧录器读出程序，写入新的空白芯片，再将新的芯片装入ECU使用。少数ECU被加密，芯片不能被复制。

（4）特殊故障

由于汽车工作环境恶劣，雨、水、泥、雪、灰尘和油污等侵蚀，大负荷工作时间过长和工作时剧烈的冲击振动，会造成ECU变形、开裂、元器件引脚断路短路、粘连或元件损坏等故障。

2.ECU的检测方法

（1）直观检查法

通过目视去观察电路、元器件等的工作状态，从中发现异常。这是所有检查法的基础步骤。了解ECU的基本信息（型号、引脚、应用车型等），并掌握故障可能的外部表现迹象，如密封不良、进水、外部断路、外部短路、严重烧蚀等。

（2）接触检查法

ECU在工作状态下，检查人员可通过直接接触去寻找故障点。在对待查元件接触的过程中，通过触觉感知温度，通过嗅觉感知气味，确认是否有异常表征。在检查过程中，ECU要放置平稳，注意线路板或电子元器件与其他部分（尤其是车身底盘）应保持一定的距离，以免发生短路造成不可修复的故障。

（3）故障再生法

有意识地让故障重复发生，并力图使故障的发生、发展、转化过程变得比较缓慢，以便提供充足的观察机会、次数、时间，在观察过程中发现影响故障的因素，从而查出故障部位和原因。

对于ECU来说，间歇（偶发）性故障几乎都是在一些特定的环境下出现的，因此，为了让故障再现，就需要模拟故障显现环境。通常采用的方法有四种：①振动法。通过轻轻地振动、拍打、敲击ECU，拉动ECU连接线束，再现振动的环境。②水淋法。用水浇淋风窗玻璃或机舱盖，再现ECU受潮的环境。③加热法。可以用电吹风或热风枪对ECU可疑部位进行加热，再现温度过高的环境。④电器全接通法。接通汽车上的全部用电设备，再现ECU电路电流过大的环境。上述检测方法适用于间歇出现的故障，对于一直处于不良状态的情况，则不宜采用。

（4）参照检查法

这是一种利用比较手段来寻找故障部位的检查方法。通常用一个性能良好的ECU，测量其关键部位的参数，包括电压、电阻等。运用移植、比较、借鉴、引申、参照等手段，查出不同之处，以便诊断故障部位和原因。

（5）替代检查法

用一个性能可靠的元器件去替代一个待查的元器件（或电路），如果替代后工作正常，说明待查元器件出现故障。如果替代后故障现象不变，则可排除待查元器件的故障，并可进一步缩小故障范围。替代检查法适用于各种故障诊断，但在采用时要有针对性，这样会节省诊断时间，提高诊断的成功率。在运用替代法检查的过程中，还应注意以下三点：①替代检查法对仅有一两个元件存在故障的情况较为实用，通常是在其他方法诊断出具体的方向和范围之后采用。②对于集成电路这样的多引脚元件，采用替代检查法更要慎重。③在特殊情况下，一个故障若是由两个或以上故障点造成的，此时若只替代其中一个元器件则故障现象仍然不变，必须同时替代两个或多个待查元器件直到故障现象消除。

（6）电压检查法

电压检查法主要是对ECU内关键点的电压进行实时测量，以找出故障部位。这些关键点主要是各集成电路的供电电源、线路中连接蓄电池的主电源、受起动开关或电源开关控制的电源、内部经过集成稳压器或调整二极管输出的稳压电源（因为电路中的数字电路、ECU等都工作在5V或更低的电压下，12V的蓄电池电压不能直接加载到这些元器件的电源引脚上）等。

（7）电阻检查法

利用万用表检测线路的通断、阻值的大小，来判别故障原因和故障部位。此种方法主要适用于元器件和铜箔线路的检测。铜箔线路经常发生开裂的原因主要是因车辆的冲击、振动而造成的；而ECU进水受潮是造成铜箔腐蚀断路的主要原因。在实际操作时，必须查清铜箔线路走向，可通过线路两端电阻检测来判别。

（8）波形检查法

采用专用或通用示波器，对ECU关键点和相关引脚进行测量，从而判断ECU是否正常。波形检查法还可对传感器的输入信号、经输入电路后送给ECU或A/D转换器的信号、输出信号及各种驱动器的输入/输出信号进行检测分析。

（9）信号注入检测法

采用信号发生器给电路输入相同或相近的信号，在输出端观察执行器的动作情况，或在输出端连接示波器或万用表，根据波形或显示信号高低来判断故障。