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問界 M5 為何無法高壓上電

人為因素造成的行駛換擋沖擊案例分析

重卡企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型模式研究

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2023.09?總第 554 期?￥20.00

ISSN 1004- 2830

CN 11 - 2984/U

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《汽車與駕駛維修》雜志?月刊?1992 年創(chuàng)刊

2023.09?總第 554 期?每月 10 日出版

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ISSN 1004- 2830

京朝市監(jiān)廣登字 20170064 號

100083 , 北京德外北沙灘 1 號 16 信箱

汽車與駕駛維修

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新能源維修技術(shù)│NEV TECHNOLOG

問界M5為何無法高壓上電

技術(shù)明星專欄│TECHSTAR COLUMN

人為因素造成的行駛換擋沖擊案例分析

故障排除│TROUBLE CLEARING

北京現(xiàn)代領(lǐng)動轎車故障2例

2016年產(chǎn)寶馬525Li儀表板多個故障燈點亮的故障排除

北汽勇士越野車連續(xù)性無法起動故障的排除

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2019年產(chǎn)北京現(xiàn)代領(lǐng)動為何難以起動

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某柴油發(fā)動機主軸承蓋螺栓斷裂分析與應(yīng)對措施

一種座椅傳動絲桿成型工藝研究

雜志 / 新媒體

002

004

012

007

新能源維修技術(shù)

NEV TECHNOLOGY

002 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

文 ：張春偉

問界 M5 為何無法高壓上電

關(guān)鍵詞 ：PT-CAN 動力總線、進水

腐蝕

故障現(xiàn)象 ：一輛問界 M5 增程式混

合動力車，車主來電反映該車早上行駛

一切正常， 停車 2 個小時左右， 再用車

時發(fā)現(xiàn)儀表出現(xiàn)許多故障燈提示，車輛

不上高壓電，無法行駛。

檢查分析 ：筆者通過電話詢問車輛

情況，判斷不是車主操作問題，于是建

議車主拖車進店檢查。車輛到店后，檢

查發(fā)現(xiàn)儀表中高壓系統(tǒng)故障燈、動力電

機故障燈點亮，車輛純電續(xù)航里程及燃

油續(xù)航里程均不顯示（圖 1）。

連接故障診斷儀對該車電控系統(tǒng)進

行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多電控系統(tǒng)都存有

故障碼（圖 2）。用診斷儀選擇系統(tǒng)，發(fā)

現(xiàn)動力電池管理系統(tǒng) BMS、整車控制器

VCU、后電機控制器以及前電機控制器

均無法通訊（圖 3）， 但網(wǎng)關(guān)可以進入，

并 且 讀 取 到 故 障 碼“U007788——PTCAN 總線關(guān)閉”，以及與眾多控制單元失

去通信的故障碼（圖 4）。

由于 PT-CAN 動力總線上的控制單

元均無法通信，并且網(wǎng)關(guān)提示動力總線

關(guān)閉，所以筆者首先仔細檢查了車上是

否 加 裝 了 其 他 電 器 設(shè) 備， 確 認(rèn) 并 無 加

裝。接下來重點檢查動力總線，找到診

斷插座上的動力總線 CAN_H 和 CAN_L

圖 1 故障車儀表顯示 端子，分別測量其對搭鐵的電壓。結(jié)果

圖 2 眾多控制單元存在故障

圖 3 控制單元無法通訊

圖 4 網(wǎng)關(guān)中記錄的故障碼

圖 5 測量 PT-CAN 總線電壓

CAN_H 端子電壓為 11.47 V，CAN_L 端

子電壓為 9.78 V（圖 5），說明這兩條線

可能對電源正極存在短路。斷開低壓蓄

電池，測量 CAN_H 和 CAN_L 端子間的

電阻，結(jié)果為 103 Ω，異常。

從該車 PT-CAN 總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D可知

（圖 6）， 總線上的各控制單元為并聯(lián)結(jié)

構(gòu)，故障點可能是在其中某個控制單元

上。因為連接在總線上的每個控制單元

都可以發(fā)出電壓，如果其中一個發(fā)出異

常電壓，就會影響到整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。另

一種可能的故障原因是線路問題，某一

段線束存在破損，導(dǎo)致與 12.00 V 電源線

短路，也可能是公用的插接器燒蝕或進

水腐蝕。

接下來準(zhǔn)備根據(jù)以往維修網(wǎng)絡(luò)故

障 的 經(jīng) 驗， 逐 一 斷 開 PT-CAN 總 線 上

的 各 個 控 制 單 元， 同 時 觀 察 診 斷 插 座

上 CAN_H 和 CAN_L 的電壓是否恢復(fù)

正常。正常情況下， CAN_H 對搭鐵電

壓為 2.70 V 左右 ；CAN_L 對搭鐵電壓

為 2.30 V 左右。

新能源維修技術(shù)

NEV TECHNOLOGY

003 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

但是該車并沒有為了檢修方便而專

門設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)接線盒，這樣排查的施工

操作將非常繁瑣。反復(fù)查看電路圖后發(fā)

現(xiàn)， 可以將 PT-CAN 總線上的控制單元

分為左中右 3 個部分， 分別通過 PC52/

FCR01、PC50/CC16 以 及 PC27/S01 這

3 個插接器進行劃分。只要找到這 3 個

插接器，逐一斷開并觀察萬用表的讀數(shù)，

看斷開哪一個后電壓恢復(fù)正常，就說明

哪一路出了問題。

最 終， 當(dāng) 斷 開 PC50/CC16 插 接 器

時， 電壓恢復(fù)正常。這一路下連接有 4

個控制單元，分別是電池管理系統(tǒng)控制

單元、OBC 三合一控制器、后電機控

制器以及整車控制器 VCU。接下來插回

PC50/CC16 插 接 器， 并 逐 一 斷 開 這 4

個控制單元，但萬用表讀數(shù)始終沒有恢

復(fù)正常，說明問題不在這些控制單元上，

而是出在 PC50/CC16 插接器與 4 個控

制單元之間的線束上。

接 下 來 準(zhǔn) 備 斷 開 CC81/CC82 插 接

器，一方面可以檢查該插接器狀態(tài)，另

一方面可以進一步縮小故障范圍。如果

斷 開 CC81/CC82 插 接 器 后 電 壓 恢 復(fù) 正

常，說明故障點在該插接器之后 ；如果

斷開后電壓依舊不正常，說明問題出現(xiàn)

在 CC16 與 CC81 插接器之間的線路上。

斷開 CC81/CC82 插接器后發(fā)現(xiàn)存

在進水腐蝕問題（圖 7）， 腐蝕點正好

是 13 及 14 號端子的通訊線和 4 號端子

的 12.00 V 電源線（圖 8）。

故障排除 ：清理進水腐蝕的 CC81/

CC82 插接器并做好防水措施，恢復(fù)線路

后試車，車輛正常高壓上電，故障排除。

回顧總結(jié) ：事后詢問車主得知， 朋

友之前送給他一條活魚，用帶蓋子的水

箱放在了行李艙內(nèi)，結(jié)果到家后發(fā)現(xiàn)水

灑了出來，他只是擦干了表面的水，沒

想到水能滲到插接器里。其實這個故障

并不難，只不過出現(xiàn)在新能源車上，會

圖 7 腐蝕的 CC81/CC82 插接器

圖 8 CC81/CC82 插接器針腳定義

圖 6 PT-CAN 總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

讓沒有新能源車型維修經(jīng)驗的維修人員

束手無策。高壓不上電也不一定就是因

為高壓系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，12.00 V 低壓控

制電路或者通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，同樣也

會導(dǎo)致高壓不上電。隨著新能源汽車逐

步普及，會應(yīng)用到很多新技術(shù)，但是技

術(shù)在變、傳承不變，掌握各系統(tǒng)的原理，

總結(jié)出一套行之有效的診斷維修方法，

就會有立足的根本！

技術(shù)明星專欄

TECHSTAR COLUMN

004 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

作者簡介 ：陳文林，本刊簽約作者，現(xiàn)任廣州松田職業(yè)學(xué)院新能源汽車技術(shù)專業(yè)負(fù)責(zé)人，講師、汽車維修高級技師（一級）、機動車

檢測維修工程師，在汽車維修企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)及內(nèi)訓(xùn)師崗位上有著多年工作經(jīng)驗，精通上海通用等車型維修，參加過上海通用各車型

技術(shù)培訓(xùn)，是上海通用汽車認(rèn)證的金級技師，獲得上海通用汽車 2012 年度的“維修技術(shù)銀獎”、2013 年度和 2014 年度兩次“維修技

術(shù)金獎”。長期在汽車維修類期刊上發(fā)表技術(shù)性文章。

文 ：陳文林

人為因素造成的行駛換擋沖擊案例分析

關(guān) 鍵 詞 ：電 磁 閥、 離 合 器、 換 擋

沖擊

故障現(xiàn)象 ：一輛 2011 年產(chǎn)上汽通用

別克新君越轎車， 搭載 LAF 型 2.4 L 缸

內(nèi)直噴發(fā)動機和 6T45E 型 6 擋自動變速

器。行駛里程為 18.4 萬 km。該車因無

法行駛在其他專修廠大修變速器，更換

了內(nèi)部損壞的部件。變速器修復(fù)裝車后

車輛可恢復(fù)行駛，但仍有異常，通過更

換閥體、變速器控制單元（TCM）均未

能徹底解決問題。目前車輛還存在間歇

性發(fā)動機故障燈點亮，行駛過程中換擋

沖擊的故障，熱車時比較明顯，嚴(yán)重時

還會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

檢查分析 ：維修人員用專用故障診

斷儀 GDS 檢測，發(fā)現(xiàn)變速器控制單元存

儲有歷史故障碼“P0777——壓力控制

電磁閥 2 卡滯打開，通過和失敗”。該故

障碼的設(shè)置原理是 ：壓力控制電磁閥 2

調(diào)節(jié)控制 3-5-R 擋離合器的油壓 ；TCM

以輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器（ISS）和輸出軸轉(zhuǎn)

速傳感器（OSS）發(fā)送的轉(zhuǎn)速信號為基礎(chǔ)，

計算傳動比，并將每個指令擋位的期望

變速器傳動比和計算出的傳動比進行比

較 ；超出范圍將設(shè)置故障碼。

6T45E 變

速器的擋位控

制主要由 4 個

壓力控制電磁

閥 及1個 換

擋電磁閥來

執(zhí)行， 最終實

現(xiàn) 6 個前進擋

及 P 擋、N 擋

和 R 擋， 各擋

都有相應(yīng)的傳

動 比（ 圖 1）。

其中， 壓力控

制電磁閥 2 在

R 擋、3 擋和 5 擋進行離合器油壓控制。

TCM 在進行相關(guān)擋位控制時，通過對傳

動比的監(jiān)控來判斷是否正常工作，從而

最終影響其控制結(jié)果。因此根據(jù)故障碼

P0777 判斷可能的故障原因有 ：① TCM

及相關(guān)線路故障 ；②壓力控制電磁閥 2

及相關(guān)線路故障 ；③壓力控制電磁閥 2

控制的油路及相關(guān)調(diào)節(jié)閥故障 ；④ 3-5-R

擋離合器異常 ；⑤ ISS 和 OSS 故障。

檢測 TCM 數(shù)據(jù)流， 重點查看“穩(wěn)

定狀態(tài)適配壓力數(shù)據(jù)”， 發(fā)現(xiàn)“3 擋變

圖 1 換擋執(zhí)行元件工作表

速器適配壓力穩(wěn)定狀態(tài)”及“穩(wěn)定狀態(tài)

TAP 第三擋 TCC 已使用” 的數(shù)據(jù)分別

為 48 kPa 和 10 kPa（圖 2）， 異常 ；而

其他擋位包括倒擋都是正常的 0 kPa。穩(wěn)

定狀態(tài)適配壓力是指在汽車變速器正常

工作狀態(tài)下，液壓控制系統(tǒng)為了保持適

當(dāng)?shù)膿Q擋壓力而調(diào)整的壓力值。數(shù)據(jù)流

中此數(shù)值為 0 kPa，可理解為系統(tǒng)無需增

減油壓，就可以按理論設(shè)定好的壓力很

好地實現(xiàn)換擋， 相關(guān)部件是正常的 ；否

則可能存在異常。異常的數(shù)據(jù)流說明，

技術(shù)明星專欄

TECHSTAR COLUMN

005 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

該車變速器對應(yīng)的擋位控制或擋位執(zhí)行

中可能存在異常。而檢查的重點則是 3

擋的工作過程。

連接好 GDS，清除故障碼后一邊試

車一邊捕捉數(shù)據(jù)。試車時故障并不明顯，

特別在冷車時車輛行駛并無任何異常。

經(jīng)過反復(fù)有針對性地圍繞 3 擋試車，讓

車輛保持中速并在 2-3-4 擋間轉(zhuǎn)換， 一

段時間后終于出現(xiàn)了幾次瞬間的不正常

（圖 3）。當(dāng)車輛從 5 擋降到 4 擋再降到

3 擋時都沒有問題， 傳動比可以在指令

發(fā)出后正常進行切換且數(shù)值正常。但當(dāng)

指令要求從 3 擋升 4 擋時， 開始階段傳

動比卻還是 3 擋的 1.91，然后出現(xiàn)不正

常的短暫劇烈波動（圖示故障點），最后

才正常切換到 4 擋，傳動比恢復(fù)到 1.45。

如果此時故障點的數(shù)值更大，則車輛的

沖擊感將更明顯。

通過對動態(tài)數(shù)據(jù)流的分析，可以發(fā)

現(xiàn)故障點出現(xiàn)在 3 擋升 4 擋時， 可能原

因是 3 擋不能分離或 4 擋不能有效快速

結(jié)合，因此 4 擋工作的相關(guān)部件也要考

慮進來。對照圖 1 可以發(fā)現(xiàn)，4 擋相關(guān)

部件有 ：1-2-3-4 擋離合器與壓力控制電

磁閥 5，以及 4-5-6 擋離合器與壓力控制

電磁閥 3 等。1-2-3-4 擋離合器與壓力控

制電磁閥 5 已在 1 擋、2 擋和 3 擋正常

工作，4 擋工作時它只是正常延續(xù)， 不

可能存在故障。4-5-6 擋離合器與壓力控

制電磁閥 3 則是在 3 擋時未工作， 切換

到 4 擋才開始工作的，因此重點對 4-5-6

擋離合器與壓力控制電磁閥 3 進行檢修。

結(jié)合前文對故障碼 P0777 壓力控制

電磁閥 2 的故障分析，可重新歸納該故

障可能存在的原因 ：① TCM 及相關(guān)線

路故障 ；②壓力控制電磁閥 2 或壓力控

制電磁閥 3 及相關(guān)線路故障 ；③壓力控

制電磁閥 2 或壓力控制電磁閥 3 控制的

油路及相關(guān)調(diào)節(jié)閥故障 ；④ 3-5-R 擋離

合器或 4-5-6 擋離合器異常 ；⑤ ISS 和

OSS 故障。

由于故障現(xiàn)象在其他工作擋位都沒

有異常，因此可以排除 TCM 和相關(guān)線路

以及 ISS 和 OSS 的故障可能性。壓力控

制電磁閥 2 和壓力控制電磁閥 3 及相關(guān)

線路、油路和調(diào)節(jié)閥等主要集中在控制

閥體和 TCM 中， 維修人員先拆檢變速

器側(cè)蓋，重點檢查壓力控制電磁閥 2 和

壓力控制電磁閥 3，以及相關(guān)的調(diào)節(jié)閥、

單向球和密封件等（圖 4），最終沒有發(fā)

現(xiàn)異常。

至此故障線索指向了 3-5-R 擋離合

器和 4-5-6 擋離合器， 于是維修人員再

次全面拆檢變速器。拆解過程中重點檢

測 3-5-R 擋離合器和 4-5-6 擋離合器的控

圖 2 變速器控制單元數(shù)據(jù)流

圖 3 故障出現(xiàn)時的換擋數(shù)據(jù) 圖 4 檢查壓力控制電磁閥 2 和壓力控制電磁閥 3

技術(shù)明星專欄

TECHSTAR COLUMN

006 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

制油路，并找到這 2 組離合器的進油口。

用高壓氣槍分別對 2 組離合器進行氣壓

測試，發(fā)現(xiàn) 2 組離合器在氣壓作用下都

有明顯的作動聲音，能有效接合（圖 5）。

圖 7 一代和二代 GF6 變速器 4-5-6 擋離合器組件區(qū)別

525 和加力鋼片 526，并將普通鋼片 528

由 3 片變成 5 片， 摩擦片 527 由 4 片變

成 5 片（圖 7）。而大修時維修人員并沒

有注意這點，按二代 GF6 向配件庫領(lǐng)取

了相應(yīng)的鋼片和摩擦片（沒有加力鋼片

526）， 然后將原車的 4 個鋼片（含有 1

個 526、3 個 528）和 4 個摩擦片更換了，

相當(dāng)于把厚的 526 換成了一個薄的 528。

故障排除 ：重 新 把 4-5-6 擋 離

合器組件中與波紋片 525 相鄰的普

通鋼片換成正確的加力鋼片 526 后，

4-5-6 擋離合器組件間隙恢復(fù)正常，

裝 車 試 車 后 故 障 完全排除。

回顧總結(jié) ：由于 4-5-6 擋離合器片

間隙過大、活塞行程變大，導(dǎo)致離合器

組件不能快速執(zhí)行 TCM 指令有效結(jié)合，

導(dǎo)致該車 3 擋升 4 擋要沖擊一下（嚴(yán)重

時還短暫失去動力）再升擋。此故障是

一個典型的解決了舊問題，又因人為因

素出現(xiàn)新問題的維修案例。此類問題解

決難度將更大，因為人為因素沒有規(guī)律

可言。該案例也告訴我們，技術(shù)人員在

任何一個細節(jié)沒有注意到，都可能導(dǎo)致

一些意想不到的后果。作為一名合格的

技術(shù)人員，要時刻牢記“細節(jié)決定成敗”，

真正做到一絲不茍。

此外還有一個問題在此說明，那就

是車輛報的是壓力控制電磁閥 2 相關(guān)故

障碼 P0777， 而真正出問題的并不是此

電磁閥控制下的 3-5-R 擋離合器， 而是

另一個壓力控制電磁閥 3 控制下的 4-5-6

擋離合器。這里需要了解故障碼 P0777

的 設(shè) 置 條 件 ：當(dāng) TCM 指 令 3-5-R 擋 離

合器分離持續(xù) 1 s， 且變速器輸入軸轉(zhuǎn)

速小于預(yù)期的輸入軸轉(zhuǎn)速 400 r/min 時，

TCM 檢測到正在分離的離合器傳動比錯

誤或卡滯，而且必須出現(xiàn) 3 次以上。

也就是說，當(dāng) TCM 發(fā)出由 3 擋升 4

擋的指令后，監(jiān)測的傳動比不是 3 擋的

1.91， 也不是 4 擋的 1.45， 而是突變的

某一數(shù)值，因此 TCM 認(rèn)定為分離的 3 擋

離合器出故障。所以從故障碼解釋很容

易誤導(dǎo)維修人員是 3-5-R 擋離合器出現(xiàn)

問題。但根據(jù)前面對動態(tài)數(shù)據(jù)流的分析

可知， 指令已在 4 擋而傳動比并不是 4

擋的， 因此執(zhí)行 4 擋工作的 4-5-6 擋離

合器就成為重點關(guān)注對象（與 4 擋相關(guān)

的另一個 C1-2-3-4 擋離合器已經(jīng)排除可

能性），為后面準(zhǔn)確快速地找到故障點做

好了針對性準(zhǔn)備。

圖 5 對 2 組離合器控制油路進行氣壓測試

圖 6 加力鋼片 526 與普通鋼片 528 對比

進一步拆檢 2 組離合器，3-5-R 擋

離合器的離合器片、密封件和活塞等并

沒有發(fā)現(xiàn)異常。但拆檢 4-5-6 擋離合器

時發(fā)現(xiàn)異常 ：離合器片與鋼片的活動間

隙明顯過大。對 4-5-6 擋離合器組件進

行詳細檢查，并與第一次維修換下來的

組件進行比對，發(fā)現(xiàn)更換后的 1 個加力

鋼片厚度不夠（圖 6）， 導(dǎo)致離合器間

隙過大。

查看維修資料得知，該車的變速器

屬于一代 GF6， 其 4-5-6 擋離合器組件

包 括 ：1 個 波 紋 片 525、1 個 加 力 鋼 片

526、3 個 普 通 鋼 片 528 和 4 個 摩 擦 片

527。而大修更換的 4-5-6 擋離合器屬于

二代 GF6 變速器，其組件取消了波紋片

故障排除

TROUBLE CLEARING

007 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

文 ：安陽

北京現(xiàn)代領(lǐng)動轎車故障 2 例

故障 1 ：行駛中缺失奇數(shù)擋

關(guān)鍵詞 ：換擋電機、離合器壓盤、

離合器片

故障現(xiàn)象 ：一輛 2019 年產(chǎn)北京現(xiàn)

代領(lǐng)動轎車，搭載 1.4T 發(fā)動機和 7 擋干

式雙離合變速器， 行駛里程 8.2 萬 km。

用戶反映該車行駛中突然沒有 1 擋、3 擋、

5 擋和 7 擋，而且加速無力。

檢查分析 ：維修人員接車后起動車

輛， 聽見變速器發(fā)出“嘩啦啦”的 3 聲

巨響。此時將換擋桿換入 D 擋后，車輛

無法行駛 ；不斷踩下加速踏板直至擋位

進入 2 擋后車輛才能行駛。連接故障診

斷儀，在變速器控制單元中讀取到故障碼

“P073F——1 擋齒輪嚙合不良（換擋），

激活”。據(jù)用戶反饋，該車在其他修理廠

維修過變速器，更換過換擋電機（圖 1），

但故障沒有解決。

維修人員記錄故障碼后，查看數(shù)據(jù)

流，發(fā)現(xiàn) P 擋位置時輸入軸 1 傳感器的

數(shù)據(jù)為 709 r/min，輸入軸 2 傳感器的數(shù)

據(jù)為 509 r/min，這顯然

不正常（圖 2）。正常車

輛 P 擋時輸入軸 1 和輸

入軸 2 的數(shù)據(jù)都應(yīng)該為

0 r/min， 由此維修人員

判斷該車離合器系統(tǒng)存

在粘連。

征 得 用 戶 同 意 后，

維 修 人 員 拆 解 變 速 器，

果然發(fā)現(xiàn)變速器中離合

器壓盤與離合器片之間

未分離。在壓盤作用力

下， 離 合 器 無 法 分 離，

造成了此故障的發(fā)生。

故障排除 ：更換離

合器片， 并調(diào)整至規(guī)定

間隙后清除故障碼試

車，故障現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

用故障診斷儀檢測， 沒

變速器控制單元損壞。

故障 2 ：儀表板總是提示“請補充

清洗液”

關(guān)鍵詞 ：玻璃清洗液液位傳感器

故障現(xiàn)象 ：一輛 2018 年產(chǎn)北京現(xiàn)代領(lǐng)動

轎車， 搭載 1.6GDI 發(fā)動機和 6 擋手自一

體變速器，行駛里程近 10.0 萬 km。用戶

反映該車儀表板上總是提示“請補充清洗

液”，但玻璃清洗液的儲液罐已經(jīng)加滿。

檢查分析 ：維修人員接車后， 檢查

玻璃清洗液儲液罐的確已經(jīng)加滿。起動

（下轉(zhuǎn)第 9 頁）

圖 2 故障車異常數(shù)據(jù)

圖 3 數(shù)據(jù)流恢復(fù)正常

圖 1 更換下的換擋電機

有 故 障 碼 出 現(xiàn) ；查 看 數(shù) 據(jù) 流， P 擋 時

輸入軸 1 和輸入軸 2 的數(shù)據(jù)都恢復(fù)正

常（圖 3），故障排除。

回顧總結(jié) ：該車所報故障碼為離合

器片的問題，而非變速器和換擋電機問

題。之前的維修人員看到故障碼為“嚙

合不良”，盲目認(rèn)為是變速器齒輪內(nèi)部問

題，并更換了換擋電機，最終造成了返

修。這種表現(xiàn)說明該維修人員基本功不

扎實，也沒有看數(shù)據(jù)流的習(xí)慣，否則從

數(shù)據(jù)流的異常也能看出一些端倪。還有

一點，該車起動后的異響，是故障碼出

現(xiàn)后變速器控制單元的邏輯判斷，并非

故障排除

TROUBLE CLEARING

008 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

文 ：徐廣琳

2016 年產(chǎn)寶馬 525Li 儀表板多個故障燈點亮

的故障排除

關(guān) 鍵 詞 ：一 體 式 底 盤 管 理 系 統(tǒng)、

Flexray 總線、中央網(wǎng)關(guān)、終端電阻

故障現(xiàn)象：一 輛 2016 年 產(chǎn) 寶 馬

525Li 轎車， 搭載 2.0T 發(fā)動機和 8 擋手

自一體變速器，行駛里程為 13.1 萬 km。

用戶反映該車儀表板上多個故障燈點亮，

且儀表提示轉(zhuǎn)向時需要更大力量。

檢查分析 ：維修人員通過 ISID 故障

診斷儀檢測， 發(fā)現(xiàn)故障碼“S0258——

無法與下列裝置通信 ：一體式底盤管理

系統(tǒng)”和“S0313——無法與下列裝置

通信 ：全景攝像機”。此外，各個系統(tǒng)還

存有大量信息類的故障碼（圖 1）。查看

了全景攝像機（TRSVC）與一體式底盤

管理系統(tǒng)（ICM） 相關(guān)電路圖， 發(fā)現(xiàn)二

者之間沒有任何關(guān)聯(lián)。刪除故障碼，發(fā)

現(xiàn)只有 S0313 這個故障碼無法刪除，但

是 ICM 能夠恢復(fù)通信，且儀表板上的故

障燈全部熄滅。

維修人員根據(jù)故障診斷儀的提示

執(zhí) 行 的 檢 測 計 劃。分 別 測 量 TRSVC 上

A167*2B 插接器的 5 號和 6 號端子波形

（圖 2），2 個端子的波形都正常 ；測量

1 號端子對搭鐵電阻為 0 Ω，也正常 ；測

量 7 號端子的電壓為 0 V，

不正常。7 號端子由熔絲

F123 供電， 檢測 F123 沒

有問題，測量其供電端電

壓為 0 V，不正常。

熔 絲 F123 是 由

KL15N 繼電器控制，根據(jù)

總線端的電路圖（圖 3），

測量后部熔絲盒上 Z2*1B

圖 1 檢測到的故障碼

圖 2 TRSVC 相關(guān)電路圖

圖 3 總線端電路圖

通信呢？難道跟客戶改裝 CAS 有關(guān)系？查

看了用戶的維修記錄，正常。出去試車

20 多 km， 儀表板上多個故障燈再次亮

起，跟進店時一模一樣。用故障診斷儀

檢測，故障碼 S0258 再次出現(xiàn)。按照故

障碼的檢測劃檢查 ICM 的插接器，安裝

正常，沒有松動現(xiàn)象。根據(jù)電路圖分別

測量 A78*2B 插接器 16 號和 18 號端子

電壓（圖 4），為 11.80 V 和 14.50 V，均

正常 ；34 號端子對搭鐵的阻值為 0 Ω，

也 正 常。 測 量 Flexray 總 線 的 3 號 和 4

號 端 子， 電 壓 分 別 是 2.52 V 和 2.56 V，

也都沒有問題，但是在測量 Flexray 總線

的波形時發(fā)現(xiàn)不正常，感覺有干擾。

進一步測量 Flexray 總線的終端電阻

為 2 061.0 Ω，不正常。斷開 ICM 與發(fā)動

機控制單元（DME）的連接，測量 DME

內(nèi)的終端電阻 101.5 Ω，正常。斷開 ICM

與中央網(wǎng)關(guān)（ZGM）的連接，測量 ZGM

的終端電阻為 2 330.0 Ω，不正常，因此

維修人員判斷為 ZGM 損壞。更換新的

插接器的 7 號端子電壓為 0 V，不正常。

檢查便捷進入及起動系統(tǒng)（CAS）到后

部熔絲盒的線路時，發(fā)現(xiàn)用戶加裝了舒

適進入系統(tǒng)（CA）功能，對 CAS 進行了

改裝。將 CAS 恢復(fù)到原廠狀態(tài)，TRSVC

通信恢復(fù)正常。

但是為什么車輛進店時 ICM 會沒有

故障排除

TROUBLE CLEARING

009 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（上接第 7 頁）

車輛，儀表板中央信息顯示屏中提示“請

補充清洗液”（圖 4）。該車裝配了玻璃

清洗液液位傳感器，用于監(jiān)測儲液罐中

清洗液的多少， 提醒駕駛員及時補充。

根據(jù)故障現(xiàn)象，造成清洗液液位傳感器

報警故障的可能原因有 ：液位傳感器故

障 ；傳感器線路故障 ；儀表板故障。

維修人員拆卸前保險杠，露出清洗

液液位傳感器（圖 5）。檢查傳感器線束，

未發(fā)現(xiàn)有破損、斷裂的現(xiàn)象。斷開線束

插接器，測量供電電壓為 11.00 V，正常。

而斷開傳感器線束插接器后，儀表板上

的故障提示消失，判斷傳感器出現(xiàn)問題。

經(jīng)測量，傳感器內(nèi)部導(dǎo)通。

故障排除 ：更換玻璃清洗液液位傳

感器后試車，儀表板上的故障提示不再

出現(xiàn)，故障排除。

圖 4 儀表板上的故障提示 圖 5 玻璃清洗液液位傳感器位置

ZGM 裝車編程時，系統(tǒng)又報出 ICM 無法

通信的故障。此時再次測量新的 ZGM，

終端電阻也為 2 330.0 Ω。

再次查看線路圖，梳理了一下之前

的維修思路， 并沒有發(fā)現(xiàn)有什么問題。

找到同款正常試駕車輛，測量 Flexray 總

線的波形，發(fā)現(xiàn)與故障車輛有明顯的差

異。測量正常車輛 Flexray 總線的終端電

阻為 97.3 Ω，說明問題的確出在 Flexray

總線網(wǎng)絡(luò)的部件。

查詢寶馬技術(shù)資料，發(fā)現(xiàn)技術(shù)資料

中無論是 Flexray 總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D還是

電路圖（圖 5），中央網(wǎng)關(guān)的前端還連著

動 態(tài) 穩(wěn) 定 控 制 系 統(tǒng)（DSC） 控 制 單 元，

且終端電阻沒有在中央網(wǎng)關(guān)中，而是在

DSC 內(nèi)。這與之前診斷儀在檢測計劃過

題。測量 DSC 的終端電阻為無窮大，判

斷為 DSC 內(nèi)部損壞。

故障排除 ：更換 DSC 后編程，試車

正常，故障排除。

回顧總結(jié) ：該故障由于 ICM 有時候

不通信，因此在執(zhí)行 ISTA 檢測計劃時需

要查看 ICM 的供電，但所提供的電路圖

中 Flexray 總線終端電阻是在中央網(wǎng)關(guān)

里， 而查看 DME 電路圖時， 終端電阻

也是在中央網(wǎng)關(guān)內(nèi)，導(dǎo)致了故障的誤判。

最后查看車身 Flexray 總線系統(tǒng)概覽里

的電路圖，才發(fā)現(xiàn)終端電阻是在 DSC 里。

故障排除后， 維修人員還對 Flexray 總

線的 4 個終端電阻進行了測量，有 3 個

是 97.1 Ω，有 1 個是 2 330.0 Ω。正是這

個 2 330.0 Ω 的終端電阻與 ICM 和 DME

連接， 最終導(dǎo)致誤判中央網(wǎng)關(guān)有故障，

并直接更換。

圖 4 發(fā)動機控制單元相關(guān)電路圖

程中提供的電路圖

是不一樣的。

檢 查 DSC 發(fā)

現(xiàn)，有明顯撞擊過

的痕跡。斷開 DSC

的插接器，在線路

插頭側(cè)測量終端電

為 96.9 Ω， 正 常，

說明線路沒有問

圖 5 技術(shù)資料電路圖中的中央網(wǎng)關(guān)相關(guān)電路

故障排除

TROUBLE CLEARING

010 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

文 ：沙輝

北汽勇士越野車連續(xù)性無法起動故障的排除

關(guān)鍵詞：無法起動、起動機、手油泵、

噴油泵

故障現(xiàn)象 ：一輛 2010 年產(chǎn)北汽勇

士越野車，搭載 2.4T 柴油發(fā)動機和 5 擋

手動變速器，行駛里程 4.6 萬 km。該車

為訓(xùn)練使用，停放半個月后再次起動時，

車輛無法正常起動。連續(xù)多次嘗試起動

后，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機艙起動機部位冒煙，并

伴有線皮燒焦的味道。

檢查分析 ：發(fā)現(xiàn)起動機冒煙后馬上

停止起動操作并且進行相關(guān)檢查。經(jīng)檢

查，起動電機的主接線及其附近線束均

被燒壞，起動機確認(rèn)損壞。更換起動機，

接通線路后再次起動，發(fā)現(xiàn)起動機運轉(zhuǎn)

正常，線路良好無異常，但車輛依然無

法起動。

起動機能夠正常工作，說明蓄電池

有電，電路方面的原因可以排除?？紤]

到該車為柴油版，維修人員決定先從“油

路”進行分析。柴油發(fā)動機供油系統(tǒng)工

作時，燃油從油箱中被吸出，經(jīng)油水分

離器除去燃油中的水分，再經(jīng)燃油濾清

器過濾后進入噴油泵。燃油在噴油泵增

壓后變?yōu)楦邏喝加停詈笸ㄟ^噴油器將

噴入發(fā)動機燃燒室。輸油泵供給多余的

柴油及噴油器頂部的回油都經(jīng)過回油管

流回燃油箱（圖 1）。

根據(jù)先易后難的原則，先檢查手油泵

（這款勇士車裝有手油泵， 且手油泵與

油水分離器集成在一起）。拆下手油泵輸

出油管，手動按壓手油泵，發(fā)現(xiàn)手油泵

出油管沒有燃油泵出 ；但用嘴吸出油管

時，有燃油被吸出，說明手油泵功能失效，

無法為低壓油管泵油。

更換新的手油泵（圖 2），手動泵油

發(fā)現(xiàn)出油管有燃油被泵出。再次點火起

動，車輛正常起動，但連續(xù)運轉(zhuǎn) 20 min

左右，車輛自動熄火。此后多次嘗試起動，

起動機運轉(zhuǎn)正常有力，但車輛始終無法

起動。往進氣管噴入冷起動液并起動車

輛，車輛能正常起動。但不噴冷起動液

后車輛很快自動熄火，故判斷依然是供

油問題，需全面檢查供油系統(tǒng)。

將點火開關(guān)置于 ON 擋， 檢查噴油

泵 上 的 電 磁 閥 線 路， 檢 測 到 電 磁 閥 有

12.0 V 電壓， 說明電磁閥線路正常。檢

障原因是噴油泵失效，導(dǎo)致無法給噴油

器提供高壓燃油。

故障排除 ：更換噴油泵后（圖 3），

車輛能夠正常起動，而且長時間運行無

自動熄火情況出現(xiàn)，故障排除。

圖 1 燃油供給系統(tǒng)示意圖

圖 2 更換手油泵

圖 3 更換噴油泵

查手油泵和低壓油管的燃油

壓力， 發(fā)現(xiàn)均正常。懷疑高

壓油路有問題， 拆下 1 缸噴

油器端高壓油管， 起動發(fā)動

機， 發(fā)現(xiàn)高壓油管無燃油噴

出。此時再往進氣管內(nèi)噴適

量冷起動液并起動車輛， 車

輛能正常起動。檢查其他缸

噴油器的高壓油管， 結(jié)果與

1 缸相同， 因此可以確定故

回顧總結(jié) ：本故障案例比較特殊，

故 障 現(xiàn) 象 一 個 接 著 一 個， 但 抓 住 了 重

點， 以“電路” 、“油路”為主線進行

排查，排除故障就不難。由于柴油機沒

有點火模塊，其起動故障排除起來相對

于汽油機要簡單。如本案例，確保起動

機沒有問題、起動電源供電正常后，緊

緊抓住供油系統(tǒng)這條主線，故障排除就

不難了。

故障排除

TROUBLE CLEARING

011 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

文 ：孫鳳雙、李夢雪

路虎攬勝喇叭不響的故障排除

關(guān)鍵詞 ：喇叭繼電器、短路

故障現(xiàn)象 ：一輛 2015 年產(chǎn)路虎攬

勝運動型多功能車， 搭載 3.0T V6 汽油

發(fā)動機和 8 擋手自一體變速器，行駛里

程 12.6 萬 km.。用戶反映該車?yán)炔豁憽?/p>

檢查分析 ：維修人員檢查發(fā)現(xiàn)， 無

論是否起動車輛，按喇叭都不響。用路

虎專用故障診斷儀（SDD）檢測， 未發(fā)

現(xiàn)任何故障碼。用試駕車已知性能良好

的喇叭與故障車進行替換試驗，結(jié)果故

障車上新更換的喇叭依然不響 ；而試駕

車更換了故障車?yán)群蠊δ苷＃纱?/p>

可以排除喇叭本身的故障。

查看電路圖可知（圖 1），喇叭的工

作由喇叭繼電器控制，發(fā)動機艙接線盒

中的熔絲 FUSE 24E（15 A）為喇叭繼電

叭的同時，用萬用表測量喇叭供電端子

C1RH02A-2 的電壓，結(jié)果為 0 V（正常情

況為電源電壓 12.0 ～ 14.0 V）。仔細檢查

發(fā)現(xiàn)，喇叭電源線端磨損并與車身搭鐵，

致使喇叭被短路。

故障排除 ：修復(fù)磨損的線路并再次

更換新的供電熔絲后， 按下喇叭開關(guān)，

喇叭能夠正常鳴響，故障排除。

圖 1 喇叭控制電路圖

器供電。當(dāng)按下喇叭開關(guān)時，喇叭繼電

器吸合， 來自熔絲 FUSE 24E 的供電通

過喇叭繼電器輸入到喇叭的 C1RH02A-2

端子，喇叭工作。熔絲 FUSE 24E，發(fā)現(xiàn)

已經(jīng)熔斷，更換新的后按下喇叭依然不

響，并且發(fā)現(xiàn)熔絲再次熔斷。這說明喇

叭的電路存在短路。

拔下喇叭繼電器檢查，沒發(fā)現(xiàn)異常，

結(jié)合剛才按下喇叭后雖然熔絲

熔斷，但是也聽到繼電器有吸

合聲，可以排除喇叭繼電器故

障。用萬用表測量熔絲 FUSE

24E 的兩端電壓，分別為 13.2 V

和 0 V，說明熔絲供電端線路正

常，故障鎖定在繼電器后方。

重 新 更 換 熔 絲 后， 按 喇

關(guān)鍵詞 ：怠速抖動、噴油器、滴漏

故障現(xiàn)象 ：一輛 2019 年產(chǎn)北京現(xiàn)

代領(lǐng)動轎車，搭載 1.6GDI 發(fā)動機和 6 擋

手自一體變速器， 行駛里程 4.2 萬 km。

用戶反映該車停車后再次起動無法著車，

需多次起動才能勉強著車，但怠速抖動，

發(fā)動機故障燈閃爍。

檢查分析 ：維修人員接車后用故障診

斷儀檢測，發(fā)動機系統(tǒng)存在 2 個故障碼 ：

P0304——氣缸 4- 檢測失火 ；P0300——

任意 / 多個氣缸失火檢測。清除故障碼后

起動發(fā)動機，加速至 1 000 r/min 時發(fā)動

文 ：子健

2019 年產(chǎn)北京現(xiàn)代領(lǐng)動為何難以起動

機故障燈不停地閃爍，檢測依然存在上述

故障碼。查看數(shù)據(jù)流可以發(fā)現(xiàn) 4 缸的失火

次數(shù)很多，判斷故障是 4 缸失火引發(fā)的。

某一氣缸產(chǎn)生失火故障碼，往往是

因為這個氣缸的工作狀態(tài)不好。其故障

原因一般有 ：①氣缸壓力不足或者過高 ；

②火花塞故障 ；③噴油器故障 ；④點火

線圈故障 ；⑤線束問題等。

拆檢 4 個缸火花塞，電極間隙均正

常，無擊穿現(xiàn)象。使用內(nèi)窺鏡檢查氣缸，

發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)存在大量燃油。此時起動發(fā)

動機，可以看到燃油會從 4 缸火花塞孔

中噴出。仔細觀察，發(fā)現(xiàn)噴油器存在明

顯的滴漏現(xiàn)象。

該車為缸內(nèi)直噴發(fā)動機，對于燃油

品質(zhì)要求較高，而且按照廠家要求，需

要定期添加燃油添加劑。經(jīng)詢問得知，

用戶為了節(jié)約成本，經(jīng)常在小加油站加

油，燃油品質(zhì)得不到保障，而且也未按

照廠家添加燃油添加劑。維修人員判斷

這是導(dǎo)致噴油器過早損壞的主要原因。

故障排除 ：更換已經(jīng)損壞的噴油器，

并更換優(yōu)質(zhì)燃油， 清洗了油路后試車，

發(fā)動機怠速穩(wěn)定，加速正常，故障排除。

學(xué)術(shù) | 行業(yè)分析

ACADEMIC

012 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

汽車前唇專利分析及未來發(fā)展趨勢

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100086）

摘要 ：本文從專利角度出發(fā)，對汽車前唇技術(shù)的發(fā)展歷程進行了分析，并總結(jié)了其中的技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域和性能提升等方面的發(fā)展趨勢。文章

還涉及對前唇設(shè)計、制造材料及生產(chǎn)流程的探討和優(yōu)化。在未來，汽車前唇將會向更強韌、更耐用、更靈活等方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞 ：汽車前唇 ；專利技術(shù) ；技術(shù)創(chuàng)新 ；應(yīng)用領(lǐng)域 ；性能提升

中圖分類號 ： U463.8 文獻標(biāo)識碼 ：A

劉亞楠、劉然

0 引言

汽車作為現(xiàn)代人們出行的主要工具之一，在提供便利的同時

也肩負(fù)著保障安全的責(zé)任。而汽車前唇作為一類重要的被動安全

部件，其技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展也備受關(guān)注。前唇，又名前鏟，是汽車

前保險杠表面靠下位置的一種兼顧防護、擾流和裝飾作用的配件

（圖 1）。首先，前唇是汽車的首道防線，在車輛碰撞時可以起到

一定的保護作用，減少車身變形和減緩沖擊力，從而保證行車安

全 ；其次，在特定情況下，增加前唇可降低風(fēng)阻約 3.5%[1]，因此

前唇在方程式賽車領(lǐng)域應(yīng)用較廣 [2] ；第三，國內(nèi)市面上的普通乘

用車，加裝前唇是為了實現(xiàn)修飾作用，通過加裝前唇、尾和側(cè)裙等，

提高美觀性。

本文從專利角度出發(fā)，對汽車前唇技術(shù)的發(fā)展歷程進行了分

析，并總結(jié)了其中的技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域和性能提升等方面的發(fā)

展趨勢。文章還加深了對前唇設(shè)計、制造材料及生產(chǎn)流程的探討

和優(yōu)化。

其中，結(jié)構(gòu)形式類專利數(shù)量最多，占總量的 60% 以上。前唇作

為一種保護、擾流和修飾裝置，其結(jié)構(gòu)直接影響了技術(shù)效果，因

而在專利申請中，對結(jié)構(gòu)形式進行改進的專利申請量最大。而材

料是提升前唇耐用性、經(jīng)濟性等因素的配套考量。

2 前唇專利技術(shù)創(chuàng)新趨勢

2.1 前唇制作材料的改進

前唇制作材料是前唇制作中的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著科技的不

斷進步，前唇制作材料也在不斷地改進和創(chuàng)新，以達到更好的性

能和穩(wěn)定性。對鋁合金、高強度鋼等材料的精細控制，以及對高

分子材料、特殊涂層材料的應(yīng)用都在不斷推進，從而提高了前唇

的質(zhì)量和性能。例如，專利號 US9027981B2 提出了一種樹脂前唇，

通過振動焊接的方式確保足夠的強度，焊接成具有在振動方向上

彎曲的形狀，不僅可以減少接合過程的步驟實現(xiàn)成本降低，還可

以確保足夠的接合強度。又例如，專利號 CN205327195U 提出了

一種汽車碳纖維前擾流板，包括上下疊合設(shè)置的第一碳纖板和第

圖 1 前唇

圖 2 前唇申請人區(qū)域分布分析

1 前唇專利數(shù)量和類型

自 20 世紀(jì)初第 1 個汽車前唇專利問世以來，全球范圍內(nèi)已

申請和授權(quán)了數(shù)以萬計的前唇相關(guān)專利。其中，美國是前唇專利

申請和授權(quán)量最多的國家之一，其次是歐洲地區(qū)以及日本（圖 2）。

中國也在逐年增長，成為前唇專利的重要申請人。

前唇的專利類型主要包括結(jié)構(gòu)形式、適用范圍和制作材料等。

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二碳纖板，二者之間形成間隙，符合空氣動力學(xué)設(shè)計，整體實現(xiàn)

強度高、重量輕以及安裝輕便的技術(shù)效果。

2.2 前唇結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化

前唇的結(jié)構(gòu)是保證其安全性和可靠性的關(guān)鍵部分之一。近年

來，前唇結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化成為研究的熱點之一。例如，在前唇寬度、

強度加強等方面進行優(yōu)化，通過增加前唇數(shù)量或者使用特殊形態(tài)

的前唇等，從而實現(xiàn)更好的保護效果。專利號 CN214823695U 提

出了一種多功能汽車前唇（圖 3），在外保護板和內(nèi)固定板之間設(shè)

置有緩沖腔，緩沖腔內(nèi)部兩側(cè)和前側(cè)均等距設(shè)置有多個緩沖彈簧

和緩沖墊。在遇到外部撞擊時，外保護板首先接觸并向緩沖腔內(nèi)

部收縮。此時緩沖腔內(nèi)部的多個緩沖彈簧能夠吸收撞擊的沖擊力，

保護整個汽車前唇的安全 ；同時外側(cè)的反光帶能夠在夜間反射光

線，給予旁邊車輛警示的作用。

3 前唇設(shè)計與制造材料的優(yōu)化

3.1 前唇設(shè)計

在設(shè)計前唇時，需考慮到其氣流性、減振性等特點，并結(jié)合

車輛整體風(fēng)阻系數(shù)進行設(shè)計。而進行空氣動力學(xué)開發(fā)，就是要不

斷攻克風(fēng)的挑戰(zhàn)，“馴服”氣流，實現(xiàn)美學(xué)設(shè)計和功能設(shè)計的完

美融合 [4]。例如，專利號 CN109250001A 提出了一種具有前唇的

圖 4 可調(diào)節(jié)組合汽車前唇

圖 3 多功能汽車前唇

1. 第二反光帶 2. 前緩沖墊 3. 外保護板 4. 緩沖腔 5. 內(nèi)固定板 6. 緩沖彈簧

7. 第一反光帶 8. 外保護膜 9. 側(cè)緩沖墊

2.3 前唇生產(chǎn)流程和安裝方式

前唇生產(chǎn)流程是前唇制作的重要環(huán)節(jié)之一。通過對前唇生產(chǎn)流

程的改進和創(chuàng)新，可以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，從而降低生產(chǎn)成本，

增加企業(yè)競爭力。前唇生產(chǎn)加工過程，除了采用傳統(tǒng)的加工方式外，

還可以采用 3D 打印技術(shù) [3]，提高加工精度，實現(xiàn)個性化定制。

國內(nèi)市場上的前唇包括一體式前唇和分段式前唇 2 種。由于

各種品牌和型號的汽車的車頭尺寸不同，一體式前唇只能適用于

特定的品牌和型號的汽車，通用性差，并且在制造上必須針對各

種品牌和型號的汽車同時生產(chǎn)各種尺寸規(guī)格的防撞套，生產(chǎn)繁瑣，

勞動強度大，造成了極大的資源浪費。分段式前唇在針對不同車

型進行安裝時，可以通過選擇不同安裝孔實現(xiàn)通用。

另外，分段式前唇占用空間小，儲存和運輸成本低，具有一

定優(yōu)勢。例如，專利號 CN209274543U 提出了一種可調(diào)節(jié)組合汽

車前唇（圖 4），能夠根據(jù)汽車前保險杠的尺寸，將第一側(cè)蓋板和

第二側(cè)蓋板上相應(yīng)位置的安裝孔與連接件相對應(yīng)并固定連接，而

把第一側(cè)蓋板和第二側(cè)蓋板分別固定安裝到前蓋板的兩端上。該

前唇具有通用性高、使用范圍廣和可重復(fù)利用的有益效果。

圖 5 空氣動力學(xué)套件

汽車（圖 5），通過將空氣動力學(xué)

套件安裝于車身上以對氣流進行

引導(dǎo)，在增加適當(dāng)阻力下產(chǎn)生較

多的下壓力。這些下壓力會以額

外法向力的形式通過輪胎施加到

地面上，增加輪胎的摩擦力，提

高車輛過彎時的向心加速度，從

而提升了汽車輪胎抓地的極限，

使得汽車在過彎時能獲得較好的

操控性能。

另外，前唇位于機動車輛前端的下方，以便攔截底部和地面

之間的空氣流，同時也降低了車輛的底盤。降低車頭高度，可以

減少前臉的正壓區(qū)面積，對降低風(fēng)阻有積極的意義 [5]。而在不同

的車速和路況下，駕駛者對擾流的需求也不相同。在低速、崎嶇

路段行駛時，前唇可能會降低車輛的越野性能，因此在不同駕駛

狀態(tài)下呈現(xiàn)不同模式的前唇是一種改進思路。

例如，專利號 US4659130A 提出了一種可自動定位的前

圖 6 可自動定位的前唇

唇（圖 6），當(dāng)車輛超過既定速度

時，前唇會自動調(diào)整擾流板的位

置，通過改變車輛底部和地面之

間的空氣通道，從而局部產(chǎn)生負(fù)

壓區(qū)域，從而減小車輛的升力。

又例如，專利號 US2023129892A1 提出了一種具有維修支

持邏輯和機構(gòu)的車輛主動空氣動力裝置（圖 7），前唇可以根據(jù)需

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014 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

作者簡介 :

劉亞楠，碩士，助理研究員，研究方向為車輛配件。

劉然，碩士，助理研究員，研究方向為車輛制動器。

【參考文獻】

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報 ,2020,10(06):399-406.

要在展開位置和縮回位置之間移動。在展開位置時，駕駛中可以

有效減少空氣阻力。在縮回位置時，車輛下側(cè)的空氣流量增加。

通過上述設(shè)計，可以實現(xiàn)不同的空氣動力學(xué)效果。

3.2 制造材料

現(xiàn)在汽車前唇常使用的制造材料有鋁、鋼、熱塑性塑料、橡膠

和碳纖維等。鋼材因其廉價、易處理等優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，但是鋁

合金比鋼材更輕，可減少汽車的整體質(zhì)量。將來，隨著汽車結(jié)構(gòu)和

外觀的進一步完善，更多的新材料將被用于制作前唇，尤其是具有

更高性能和更環(huán)保的新型復(fù)合材料。例如，專利號 US6644700B2 提

出了一種復(fù)合材料的前唇（圖 8），前唇的主體部分由具有高彈性的

軟熱塑性烯烴彈性體制成，基座部分則由比主體部分更硬的聚丙烯

樹脂或熱塑性烯烴彈性體制成，主體和基座在接合部位熔化并集成。

通過彈性材料和硬質(zhì)材料的配合，減小擾流板的損壞。

4 專利技術(shù)推動前唇技術(shù)的發(fā)展

4.1 加強專利管理機制

前唇技術(shù)的發(fā)展需要一個良好的法律和政策環(huán)境，尤其是對

于專利管理的規(guī)范和監(jiān)管，需要進一步加強。在此過程中，企業(yè)

和科研機構(gòu)應(yīng)加強專利管理，完善專利申請和授權(quán)流程，提高專

利申請的質(zhì)量和效率。

4.2 加大技術(shù)投入

前唇技術(shù)的推廣需要企業(yè)不斷加大技術(shù)投入，以提高核心技

圖 7 車輛主動空氣動力裝置

圖 8 復(fù)合材料的前唇

1. 車輛 2. 乘客艙 3、4. 下邊 5. 氣壩 6. 前唇 7. 前保險杠

D1——展開位置 D2——縮回位置

1、4. 第一安裝孔 2、5. 第二安裝孔 3. 前唇安裝凹槽 6. 基座部分 7. 屏蔽件 8、

10. 第二安裝部分 9. 第一安裝部分 11. 前唇主體部分

12. 條帶 B——保險杠 S——前唇

術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)水平，從而獲得更多的專利技術(shù)保障。企業(yè)應(yīng)逐

步增加研究和開發(fā)經(jīng)費，并通過技術(shù)合作、聯(lián)合研發(fā)等方式拓寬

技術(shù)渠道，加強技術(shù)創(chuàng)新。

4.3 加強知識產(chǎn)權(quán)保護

知識產(chǎn)權(quán)保護是前唇技術(shù)進一步發(fā)展的重要保障。企業(yè)應(yīng)注

重知識產(chǎn)權(quán)的申請和保護，加強溝通協(xié)調(diào)，掌握國內(nèi)外知識產(chǎn)權(quán)

信息，避免侵權(quán)行為，提高市場競爭力。未來，前唇將發(fā)展得更

強韌、更耐用、更靈活以及更智能化。前唇將采用更強韌的材料，

以實現(xiàn)更高的抗撞性能 ；同時，將采用更加耐磨、耐腐蝕的材料，

以延長前唇使用壽命。在設(shè)計上也將對前唇不斷優(yōu)化，使其更加

適應(yīng)各種駕駛場景，以達到更佳的行車效果。另外，前唇是車輛

正面設(shè)備，可以通過其與智能化燈光指引、投影等結(jié)構(gòu)的組合，

實現(xiàn)車輛意圖對車外行人的指引，提升安全性能。

5 結(jié)束語

本文通過對汽車前唇專利的分析和研究，可以發(fā)現(xiàn)汽車前唇

技術(shù)創(chuàng)新正在快速發(fā)展，并逐漸從制作材料、結(jié)構(gòu)形式等方面進

行拓展。前唇制作材料的改進、結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化以及生產(chǎn)流程的

優(yōu)化是前唇技術(shù)創(chuàng)新的主要趨勢。我們可以通過加強前唇技術(shù)專

利申請和技術(shù)研究來推動其突破和創(chuàng)新，提高其在汽車工業(yè)中的

地位和作用。同時，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來汽車前唇技

術(shù)將更加智能化。例如，深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等技術(shù)被廣泛

應(yīng)用于前唇技術(shù)中，從而使前唇更加自適應(yīng)、精準(zhǔn)化和可靠化。

因此，對前唇技術(shù)專利技術(shù)的探索和研究具有重要意義，將促進

前唇技術(shù)的進一步發(fā)展和完善。

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重卡企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型模式研究

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（中國重汽集團國際有限公司，濟南 250101）

摘要 ：隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和社會需求的變化，重型卡車行業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機遇，傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式逐漸不能滿足市場的需求，

許多重卡生產(chǎn)企業(yè)開始積極探索服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型模式，以適應(yīng)新時代的發(fā)展趨勢。為此，本研究從重型卡車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀入手，分析了重型卡車

企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的必要性，然后提出了重卡企業(yè)從生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)型模式，并探討了實施服務(wù)型制造模式的有效

策略，以期提升重卡企業(yè)在面對新形勢下的市場競爭優(yōu)勢，推動重卡企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞 ：重卡企業(yè) ；生產(chǎn)型制造 ；服務(wù)型制造 ；轉(zhuǎn)型

中圖分類號 ： F272.3 文獻標(biāo)識碼 ：A

李曉貝、陳存超

0 引言

隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和市場競爭的不斷加劇，制造業(yè)不斷面

臨著新的挑戰(zhàn)和變革。重型卡車作為重要的運輸工具，在各個國

家和地區(qū)都扮演著不可替代的角色。然而隨著科技的進步和客戶

需求的變化，傳統(tǒng)的重型卡車生產(chǎn)企業(yè)在面對新的市場環(huán)境和消

費者期望時，亟需轉(zhuǎn)型升級，以適應(yīng)日益復(fù)雜多變的市場需求。

在這種背景下，許多重型卡車企業(yè)開始探索轉(zhuǎn)型為服務(wù)型制造模

式，以應(yīng)對新的市場挑戰(zhàn)和滿足客戶的個性化需求。服務(wù)型制造

強調(diào)將產(chǎn)品和服務(wù)相結(jié)合，不僅提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，還提供增值服

務(wù)和解決方案，以提升客戶滿意度和企業(yè)競爭力。

1 重型卡車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

1.1 重型卡車產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

重型卡車產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代交通運輸領(lǐng)域的重要組成部分，其歷程

可追溯到 20 世紀(jì)初。最早的重型卡車主要用于軍事用途和重物

運輸，隨著工業(yè)化進程的加速和經(jīng)濟的發(fā)展，重型卡車逐漸成為

商業(yè)運輸?shù)闹髁Α?0 世紀(jì) 40 ～ 60 年代，隨著汽車技術(shù)的進步，

重型卡車逐漸實現(xiàn)了動力和運載能力的提升，同時在設(shè)計和制造

上也取得了顯著的進展。這一時期重型卡車主要以生產(chǎn)型制造模

式為主，注重生產(chǎn)效率和規(guī)?；a(chǎn)。

20 世紀(jì) 70 ～ 90 年代，隨著環(huán)保和節(jié)能意識逐漸增強，重

型卡車的技術(shù)開始朝著更加環(huán)保和節(jié)能的方向發(fā)展。同時，隨著

全球化的推進，重型卡車產(chǎn)業(yè)開始面臨國際市場的競爭，對產(chǎn)品

質(zhì)量和技術(shù)水平提出了更高要求。21 世紀(jì)初至今，信息技術(shù)和智

能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用為重型卡車產(chǎn)業(yè)帶來了全新的發(fā)展機遇。在

這一時期，服務(wù)型制造開始逐漸興起，重型卡車企業(yè)開始將重心

從單一的產(chǎn)品制造轉(zhuǎn)向提供全方位的服務(wù)，以滿足客戶個性化需

求和提高客戶滿意度 [1]。

1.2 當(dāng)前生產(chǎn)型制造模式存在的問題

盡管傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式在一定程度上推動了重型卡車產(chǎn)

業(yè)的發(fā)展，但它也面臨著一系列問題。

一是市場飽和、競爭激烈。隨著全球重型卡車市場的不斷擴

大，市場飽和程度日益增加，重型卡車企業(yè)面臨更加激烈的競爭，

僅僅依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式已經(jīng)難以滿足多樣化、個性化的

市場需求。

二是產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式下，重型

卡車企業(yè)往往過于關(guān)注生產(chǎn)效率和規(guī)?；瑢?dǎo)致產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)

重，缺乏差異化競爭優(yōu)勢，使得企業(yè)難以在激烈的市場競爭中

脫穎而出。

三是售后服務(wù)滯后。傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式往往忽視售后服

務(wù)，導(dǎo)致客戶在使用過程中遇到問題時得不到及時有效的支持和

維修，影響客戶對企業(yè)的滿意度和忠誠度。

1.3 服務(wù)型制造的概念和特點

服務(wù)型制造是指企業(yè)從單一的產(chǎn)品制造向提供全方位的服務(wù)

轉(zhuǎn)變的生產(chǎn)模式，重型卡車企業(yè)在轉(zhuǎn)向服務(wù)型制造時，不僅提供

卡車產(chǎn)品本身，還為客戶提供包括售前咨詢、售后服務(wù)、維護保

養(yǎng)及升級改造等在內(nèi)的一系列服務(wù)。首先，服務(wù)型制造將客戶的

需求和滿意度放在首位，注重與客戶的密切合作，根據(jù)客戶的個

性化需求提供定制化的解決方案，從而提高客戶滿意度和忠誠度。

其次，服務(wù)型制造借助信息技術(shù)和智能化技術(shù)，實現(xiàn)對卡車運行

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016 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營和維護，提高卡車

的使用效率和可靠性。最后，在服務(wù)型制造模式下，企業(yè)不再依

賴單一的產(chǎn)品銷售獲取利潤，而是通過提供服務(wù)獲得持續(xù)的經(jīng)濟

效益，形成更加穩(wěn)定和可持續(xù)的商業(yè)模式。

2 重卡企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的必要性

2.1 應(yīng)對市場需求的變化

隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，物流運輸需求持續(xù)增加，重型卡

車產(chǎn)業(yè)逐漸迎來新的發(fā)展機遇，然而傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式往往

過于注重規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)品性能，忽視了客戶的個性化需求。客

戶對卡車的要求不再局限于產(chǎn)品本身的性能和質(zhì)量，更加關(guān)注售

前咨詢、售后服務(wù)、數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析等全方位的服務(wù)。服務(wù)型制

造模式強調(diào)客戶需求導(dǎo)向，通過與客戶緊密合作，提供定制化的

解決方案，滿足多樣化、個性化的市場需求 [2]。企業(yè)不再僅僅生

產(chǎn)產(chǎn)品，而是將服務(wù)融入產(chǎn)品的整個生命周期，提供全方位的售

前咨詢和售后服務(wù)，從而增強客戶對企業(yè)的信任和忠誠度。

2.2 順應(yīng)技術(shù)進步和智能化發(fā)展

智能化技術(shù)的應(yīng)用使得重型卡車具備了更高的自動化水平和

智能化能力，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測、遠程診斷和預(yù)測性維護等功能。

服務(wù)型制造模式借助信息技術(shù)和智能化技術(shù)，可以將重型卡車的

運行數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫?，進行數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)對卡車運

行狀態(tài)和健康狀況的全面監(jiān)控。通過智能化的運營和維護，重型

卡車企業(yè)可以更加精確地預(yù)測維護周期，優(yōu)化維護計劃，減少維

護成本，提高卡車的使用效率和可靠性。此外，智能化技術(shù)的應(yīng)

用還可以幫助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化，提高生產(chǎn)效

率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

2.3 緩解競爭壓力和降低成本

傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式注重規(guī)?；a(chǎn)，但在降低成本和提

高效率方面存在局限性。為了在激烈的市場競爭中保持競爭優(yōu)勢，

重型卡車企業(yè)需要尋求更具有差異化競爭優(yōu)勢的發(fā)展模式。服務(wù)

型制造模式可以幫助企業(yè)從單純依靠產(chǎn)品銷售獲利的商業(yè)模式，

轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^提供服務(wù)獲得持續(xù)經(jīng)濟效益的商業(yè)模式。通過提供高

質(zhì)量的售前咨詢和售后服務(wù)，企業(yè)可以提高客戶的滿意度和忠誠

度，增加客戶的回購率和長期合作意愿，從而形成穩(wěn)定的客戶群體，

減少市場營銷成本。此外，智能化技術(shù)的應(yīng)用還可以幫助企業(yè)優(yōu)

化運營管理，降低生產(chǎn)成本。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營和維護，企業(yè)

可以更加精確地控制庫存和物流，減少資源浪費，提高生產(chǎn)效率。

3 重卡企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型模式

3.1 產(chǎn)品向服務(wù)的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的重型卡車企業(yè)主要關(guān)注產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和銷售，而

服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)型意味著企業(yè)將重點從單一的產(chǎn)品向提供全方位

的服務(wù)轉(zhuǎn)變。在產(chǎn)品向服務(wù)的轉(zhuǎn)變過程中，重型卡車企業(yè)需要從

以下幾個方面進行調(diào)整和改進。

首先，服務(wù)型制造模式注重客戶需求的導(dǎo)向，重型卡車企業(yè)

需要與客戶進行更加密切的合作，了解客戶的個性化需求，并提

供相應(yīng)的定制化服務(wù)。企業(yè)可以通過深入了解客戶的運輸需求、

行業(yè)特點和工作環(huán)境等，提供更加貼近客戶需求的解決方案，增

強客戶滿意度。

其次，服務(wù)型制造模式借助信息技術(shù)和智能化技術(shù)，實現(xiàn)對

重型卡車運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析。重型卡車企業(yè)可以將卡車

的運行數(shù)據(jù)上傳到云端，通過數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)對卡車運行

狀態(tài)和健康狀況的全面監(jiān)控，這樣的數(shù)據(jù)驅(qū)動運營和維護可以幫

助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高卡車的使用效率和可靠性。

最后，在服務(wù)型制造模式下，售后服務(wù)和維護成為重型卡車

企業(yè)的重要組成部分。企業(yè)需要建立完善的售后服務(wù)體系，為客

戶提供及時、專業(yè)的技術(shù)支持和維護服務(wù)，通過提供高質(zhì)量的售

后服務(wù)，企業(yè)可以增加客戶的忠誠度，增強客戶對企業(yè)的信任，

從而形成穩(wěn)定的客戶群體。

3.2 制造流程和管理方式的轉(zhuǎn)變

除了產(chǎn)品向服務(wù)的轉(zhuǎn)變，服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)型還涉及到企業(yè)內(nèi)

部制造流程和管理方式的改變。在制造向服務(wù)的轉(zhuǎn)變過程中，重

型卡車企業(yè)需要從以下幾個方面進行調(diào)整和改進。

首先，服務(wù)型制造模式強調(diào)智能化和數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營管理，重

型卡車企業(yè)需要借助信息技術(shù)和智能化技術(shù)改進制造工藝，提高生

產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。通過智能制造技術(shù)，企業(yè)可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的

自動化和智能化，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。

其次，服務(wù)型制造模式要求企業(yè)將軟件技術(shù)與硬件產(chǎn)品融合，

為客戶提供更加智能化和定制化的解決方案 [2]。重型卡車企業(yè)可

以通過研發(fā)智能化軟件和應(yīng)用，為卡車提供更多的智能化功能，

如自動駕駛、智能物流等，從而提高產(chǎn)品的附加值和競爭力。

最后，服務(wù)型制造模式要求企業(yè)在生產(chǎn)過程中優(yōu)化資源配置

和整合供應(yīng)鏈資源，以提高生產(chǎn)效率和降低成本。重型卡車企業(yè)

可以通過整合供應(yīng)鏈資源，減少物流環(huán)節(jié)和庫存，提高物流運營

效率，從而降低生產(chǎn)成本。

學(xué)術(shù) | 行業(yè)分析

ACADEMIC

017 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 .09

作者簡介 :

李曉貝，本科，高級工程師，研究方向為交通工程。

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47.

3.3 企業(yè)文化和組織架構(gòu)的轉(zhuǎn)變

重型卡車企業(yè)轉(zhuǎn)型為服務(wù)型制造模式不僅僅是技術(shù)和產(chǎn)品的轉(zhuǎn)

變，更涉及到企業(yè)文化和組織架構(gòu)的改變。在企業(yè)文化和組織架構(gòu)

的轉(zhuǎn)變過程中，重型卡車企業(yè)需要從以下幾個方面進行調(diào)整和改進。

首先，服務(wù)型制造模式強調(diào)客戶需求導(dǎo)向和團隊合作，重型

卡車企業(yè)需要建立以客戶為中心的企業(yè)文化，鼓勵員工主動關(guān)注

客戶需求，提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。同時，企業(yè)需要打破部門之間的

壁壘，建立跨部門的團隊合作，促進信息的流通和共享，提高企

業(yè)整體的響應(yīng)速度和靈活性。

其次，服務(wù)型制造模式對企業(yè)員工的素質(zhì)和能力提出更高要

求。重型卡車企業(yè)需要注重人才培養(yǎng)和技能提升，通過培訓(xùn)和學(xué)

習(xí)機制，提高員工的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)，為企業(yè)轉(zhuǎn)型提供堅實

的人才基礎(chǔ)。

最后，服務(wù)型制造模式要求企業(yè)不斷創(chuàng)新和持續(xù)改進，重型

卡車企業(yè)需要建立創(chuàng)新的文化氛圍，鼓勵員工勇于嘗試新的理念

和方法，在實踐中不斷積累經(jīng)驗，推動企業(yè)不斷進步和發(fā)展。

4 重卡企業(yè)生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的實施策略

4.1 客戶導(dǎo)向和定制化服務(wù)

在實施服務(wù)型制造的過程中，客戶導(dǎo)向是至關(guān)重要的。企業(yè)

需要深入了解客戶的需求和痛點，了解不同客戶的差異化需求，

為客戶提供個性化的解決方案。一方面，企業(yè)可以建立客戶檔案，

記錄客戶的基本信息、運輸需求和使用反饋等信息，深入了解客

戶的需求和喜好。同時，建立客戶反饋機制，定期與客戶進行溝

通和交流，了解客戶對產(chǎn)品和服務(wù)的滿意度和建議，及時調(diào)整和

改進服務(wù)策略。另一方面，基于客戶檔案和反饋信息，企業(yè)可以

提供定制化的解決方案，滿足不同客戶的個性化需求，定制化解

決方案可以包括車型、配置、顏色、服務(wù)內(nèi)容等方面的個性化選擇，

提高客戶滿意度和忠誠度 [4]。

4.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營和維護

通過信息技術(shù)和智能化技術(shù)，企業(yè)可以實現(xiàn)對重型卡車運行

數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，提高運營效率和產(chǎn)品質(zhì)量。一方面，企

業(yè)可以建立數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，將卡車的運行數(shù)據(jù)實時上傳到

云端，通過數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)對卡車運行狀態(tài)和健康狀況的

全面監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)可以包括車載傳感器、遠程監(jiān)控

設(shè)備、云端數(shù)據(jù)平臺等。另一方面，企業(yè)可以運用大數(shù)據(jù)和人工

智能技術(shù)，對大量的運行數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在問

題和風(fēng)險，預(yù)測故障和維護周期，提前做好維護準(zhǔn)備。大數(shù)據(jù)和

人工智能技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)智能化維護，提高運營效率和產(chǎn)

品可靠性。此外，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營和維護，企業(yè)可以實施預(yù)

防性維護和故障診斷，提前發(fā)現(xiàn)和解決問題，減少卡車的故障停

機時間，提高卡車的可用率和使用效率。

4.3 軟硬件融合和智能化應(yīng)用

通過將軟件技術(shù)與硬件產(chǎn)品融合，企業(yè)可以為客戶提供更加

智能化和定制化的解決方案，增強產(chǎn)品的附加值和競爭力。一方

面，企業(yè)可以加大對智能化軟件和應(yīng)用的研發(fā)投入，開發(fā)適用于

重型卡車的智能化應(yīng)用，如自動駕駛、智能導(dǎo)航、智能物流等。

智能化軟件和應(yīng)用可以為客戶提供更多的智能化功能，增加產(chǎn)品

的附加值和市場吸引力。另一方面，除了軟件應(yīng)用，企業(yè)還需要

推動硬件產(chǎn)品的智能化升級，通過加入智能傳感器、人機交互界

面等技術(shù)，提高產(chǎn)品的智能化水平和用戶體驗。此外，在軟硬件

融合和智能化應(yīng)用的過程中，企業(yè)需要優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和人機交互

體驗，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該更加符合客戶需求和使用習(xí)慣，人機交互界

面應(yīng)該更加簡潔直觀，提高產(chǎn)品的易用性和用戶滿意度 [5]。

5 結(jié)束語

隨著市場需求的變化、技術(shù)進步和全球化競爭的加劇，重型

卡車企業(yè)轉(zhuǎn)型為服務(wù)型制造模式已經(jīng)成為一種趨勢。服務(wù)型制造

模式注重客戶導(dǎo)向和定制化服務(wù)，數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營和維護，軟硬

件融合和智能化應(yīng)用等。企業(yè)可以通過加強客戶關(guān)系管理，實施

預(yù)防性維護和故障診斷，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和人機交互體驗，培養(yǎng)創(chuàng)

新文化和持續(xù)改進，成功實施服務(wù)型制造，提高競爭力，實現(xiàn)可

持續(xù)發(fā)展。重型卡車企業(yè)應(yīng)積極把握服務(wù)型制造的機遇，不斷創(chuàng)

新和進取，推動企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

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018 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（廈門美時美克空氣凈化有限公司，廈門 361013）

高碧松

摘要 ：為了實現(xiàn)車載中控系統(tǒng)控制整車中新增加的香氛空氣凈化設(shè)備進行香氛彈識別、通道切換、風(fēng)機的風(fēng)檔控制，并回傳狀態(tài)信息，引進了 LIN

總線技術(shù)來解決這個車載設(shè)備間的通信問題。本文圍繞為實現(xiàn)車載中控設(shè)備通過 LIN 通信控制香氛空氣凈化設(shè)備工作，對 LIN 總線架構(gòu)、硬件電

路設(shè)計及軟件通信協(xié)議的實現(xiàn)方案展開論述。

關(guān)鍵詞 ：LIN 總線 ；香氛 ；空氣凈化設(shè)備 ；通信

中圖分類號 ：U462 文獻標(biāo)識碼 ：A

基于 LIN 總線的香氛空氣凈化設(shè)備的設(shè)計

0 引言

隨著汽車消費者對車內(nèi)環(huán)境的要求不斷提升，除了要滿足內(nèi)

外飾造型的視覺、觸覺舒適感，還要求改善嗅覺的愉悅感。因此

車內(nèi)氣味設(shè)計成為汽車行業(yè)的一大熱點，車載香氛應(yīng)運而生。為

了實現(xiàn)車載中控系統(tǒng)控制整車中新增加的香氛空氣凈化設(shè)備進行

香氛彈識別、通道切換及風(fēng)機的風(fēng)擋控制，并回傳新的狀態(tài)信息，

在實際應(yīng)用中，通過引進 LIN 總線技術(shù)來解決這個車載設(shè)備間的

通信問題。

中控系統(tǒng)和香氛設(shè)備接入到同一條 LIN 總線上，中控系統(tǒng)設(shè)

備為主機，往總線上發(fā)送控制命令[1]；香氛空氣凈化設(shè)備作為從機，

從 LIN 總線上接收控制命令，根據(jù)命令進行相應(yīng)的操作，并把操

作結(jié)果響應(yīng)給中控系統(tǒng)。本文圍繞車載中控設(shè)備通過 LIN 通信控

制香氛空氣凈化設(shè)備工作，對 LIN 總線架構(gòu)、硬件電路設(shè)計及軟

件通信協(xié)議的實現(xiàn)方案展開論述。

1 基于 LIN 通信的香氛空氣凈化設(shè)備設(shè)計分析

香氛空氣凈化設(shè)備主要包含 LIN 通信控制功能模塊、通道切

換模塊、香氛識別模塊、風(fēng)機控制模塊和單片機等（圖 1）。

1.1 處理器設(shè)計

香氛空氣凈化設(shè)備中的控制中樞是一個型號為 N32A455CEL7

的單片機（MCU），它通過 LIN 通信模塊與中控系統(tǒng)連接。MCU 通

過 LIN 通信模塊接收中控系統(tǒng)發(fā)送來的通道切換命令和風(fēng)機的擋位

控制命令，并發(fā)出香氛識別模塊對香氛彈的 ID 識別、生產(chǎn)日期和

剩余有效時間信息，以及風(fēng)機的轉(zhuǎn)速等相關(guān)響應(yīng)信息。

1.2 通道切換模塊設(shè)計

該功能模塊主要由一個 DRV8824 的芯片來驅(qū)動步進電機開

始工作，帶動通道轉(zhuǎn)換。同時，由一個光電開關(guān)管來檢測電機的

轉(zhuǎn)動位置，并反饋給 MCU 檢測信號。當(dāng)檢測電機轉(zhuǎn)到目標(biāo)通道

位置后，MCU 控制 DRV8824 停止工作，通道切換操作完成。

1.3 風(fēng)機控制模塊設(shè)計

該功能模塊通過 GPIO 口控制風(fēng)機的電源通路或者斷路，并

輸出指定占控比 PWM 信號驅(qū)動風(fēng)機工作。同時，MCU 通過檢測

風(fēng)機的輸出脈沖來檢測其轉(zhuǎn)速，并把數(shù)值通過 LIN 總線響應(yīng)給中

控系統(tǒng)。

1.4 香氛識別模塊設(shè)計

當(dāng)香氛空氣凈化設(shè)備把通道切換到目標(biāo)位置后，MCU 就會

去讀取香氛彈上 FM4442 的 EEPROM 數(shù)據(jù)，其中包含每個通道

上對應(yīng)香氛彈上的 ID 標(biāo)識符、生產(chǎn)日期和剩余使用時間等信息。

如果讀取香氛彈上的信息失敗，則香氛空氣凈化設(shè)備停止工作 ；

如果信息讀取成功，則判斷剩余時間是否為零。不為零，則設(shè)備

正常工作 ；否則停止工作。

1.5 LIN 通信模塊設(shè)計

在硬件電路上，用型號為 N32A455CEL7 的國產(chǎn) MCU 通過

串口控制型號為 TJA1028T3V3 的 LIN 總線收發(fā)器，來實現(xiàn) LIN 總

線數(shù)據(jù)通信。軟件上，后文將對 LIN 通信的協(xié)議及軟件實現(xiàn)邏輯

圖 1 基于 LIN 通信的香氛空氣凈化系統(tǒng)框架圖 展開詳細敘述和討論。

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019 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

2 LIN 總線架構(gòu)

LIN 總線采用單主機多從機的框架模式 [2]，且節(jié)點之間采

用的是單線傳輸方式（圖 2）?？偩€上的電平一般是 12.0 V，網(wǎng)

絡(luò)中的導(dǎo)線長度應(yīng)少于或者等于 40 m，傳輸速率最高限制為

20 kb/s。由于每增加一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，會導(dǎo)致減少約 3% 的網(wǎng)絡(luò)阻

抗（1 ～ 30 kΩ），這樣會導(dǎo)致環(huán)境條件變差，因此 LIN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

數(shù)量受到總線的物理特性限制，最大數(shù)量不超過 16 個。

主機任務(wù)負(fù)責(zé)生成幀頭，并根據(jù)進度表決定和維持哪個幀應(yīng)

該被正確定時發(fā)送。從機任務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)布或者接聽幀的應(yīng)答狀態(tài)，

它包括 2 個狀態(tài) ：幀處理器以及同步間隔段與同步段檢查器。

TJA1028 連接，并間接通過 TJA1028 的 LIN 管腳與外部 LIN 總線

相連。MCU 通過控制該收發(fā)器通與其他電控單元相連。這樣的

連接可以實現(xiàn)香氛設(shè)備通過 LIN 總線與帶有 LIN 總線的中控系統(tǒng)

連接，實現(xiàn) 2 個設(shè)備間的硬件電路連接。這樣，中控系統(tǒng)可以通

過 LIN 總線把命令傳輸給香氛設(shè)備（圖 4）。

4 LIN 通信的軟件實現(xiàn)邏輯

因為 LIN 總線不具備 OSI 協(xié)議中詳細定義的有載波偵聽多路

訪問 / 沖突檢測 (CSMA/CD) 通信協(xié)議，無法實現(xiàn)所有節(jié)點以主機

方式接入總線，也不具備報文沖突監(jiān)測以及“無損的逐位仲裁”

決定報文發(fā)送優(yōu)先權(quán)。因此，LIN 報文幀傳輸任務(wù)必須由主機統(tǒng)

一調(diào)度。這些任務(wù)的調(diào)度有嚴(yán)格的時間限制，因此也可稱之為時

間表，時間表在 LDF（LIN 描述文件）有詳細的定義。該文件中

還包含有適用的 LIN 協(xié)議版本、LIN 總線的數(shù)據(jù)傳輸速度、主機

和從機設(shè)備名稱、診斷信號、幀和時間表的定義等信息（圖 5）。

在此，以圖莫斯替代中控系統(tǒng)作為主機，控制 LIN 通信加載

LDF 文件來控制 LIN 通信任務(wù)的調(diào)度（圖 6）。圖 6 中上面的列表

中可以清楚地看到當(dāng)前選中的報文具有哪些信號，這些信號的名

稱等信息。下面的列表中顯示了報文的別名，由哪個節(jié)點發(fā)送 ；

發(fā)送當(dāng)前幀后，需要等待多長時間才能發(fā)送下一幀。

綜上可知，主機與從機通信必須嚴(yán)格根據(jù) LDF 文件中的時

間表來調(diào)度報文的傳輸任務(wù)。報文必須根據(jù)文件中定義的幀和信

號格式來組成，以及從機反饋給主機狀態(tài)信息的診斷報文格式定

義。進度表在執(zhí)行的時候，從其入口處開始執(zhí)行，直至該表的最

后一個幀。如果沒有新的進度表啟動，則返回當(dāng)前進度表的開頭，

從第一個幀開始執(zhí)行。

4.1 LIN 通信協(xié)議

LIN 總線上的報文傳輸任務(wù)，不僅其調(diào)度需要根據(jù) LDF 文件

的定義來執(zhí)行，而且主機端的報文從應(yīng)用層到 LIN 總線物理層的

整個過程數(shù)據(jù)包組成，以及從機端從 LIN 物理層到應(yīng)用層的整個

數(shù)據(jù)包拆包過程，也都必須遵守 LIN 通信協(xié)議層來完成（圖 7）。

圖 2 LIN 機群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖 3 LIN 收發(fā)器的原理圖封裝 圖 4 LIN 通信硬件電路設(shè)計圖

3 LIN 通信的硬件電路設(shè)計

3.1 國產(chǎn) MCN32A455CEL 特性

香 氛 設(shè) 備 的 MCU 芯 片 MCN32A455CEL 采 用 32 位 ARM

Cortex-M4F 內(nèi) 核， 最 高 工 作 主 頻 為 144 MHz。 它 集 成 多 達

512 kB 加密存儲 Flash，最大 144 kB SRAM，具備 7 個 LIN/U(S)

ART 接口，最高速率達 4.5 Mb/s。它還具有相應(yīng)的 LIN 通信控制

功能接口，運行速度能夠滿足設(shè)計需求。

3.2 LIN 數(shù)據(jù)收發(fā)器 TJA1028TV3V 特性

TJA1028T 是荷蘭的半導(dǎo)體公司恩智浦（NXPI）公司的產(chǎn)

品（圖 3），該產(chǎn)品專門用于 LIN 總線數(shù)據(jù)通信。它內(nèi)部集成了

具有低壓降壓的 LIN 2.0/2.1/SAE J2602 收發(fā)調(diào)節(jié)器。電源輸入

端具備 3.3 V 和 5.0 V 變體，穩(wěn)壓器可提供高達 70 mA 電流。它

還支持 LIN 收發(fā)器休眠模式電壓調(diào)節(jié)器掉，同時具備 LIN 總線

喚醒功能等特性。

3.3 國產(chǎn) MCU 控制 LIN 收發(fā)器與外界通信電路原理

MCU 通 過 帶 有 LIN 功 能 的 串 口 模 塊 與 LIN 總 線 收 發(fā) 器

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020 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

LIN 總線通過 LIN 通信協(xié)議規(guī)范節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信。該協(xié)議

主要分為 ：應(yīng)用層、API 接口層、協(xié)議層和物理層。物理層已在硬

件電路設(shè)計中詳細體現(xiàn)。協(xié)議層主要涉及在主機節(jié)點，數(shù)據(jù)如何從

應(yīng)用層往底層物理層傳遞 ；傳遞過程中經(jīng)過那些協(xié)議層 ；在每個協(xié)

議層怎樣把應(yīng)用層數(shù)據(jù)逐層打包處理，并最終在物理層，以位的數(shù)

據(jù)格式逐位發(fā)送。

同理在從機節(jié)點，如何在物理層逐位接收數(shù)據(jù)，并把接收到

的數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議從物理層往應(yīng)用層傳遞 ；在傳遞過程中怎樣逐層拆

包，并把拆包后的數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用程序使用。

4.2 LIN 報文結(jié)構(gòu)

在 LIN 通信協(xié)議中，主機節(jié)點和從機節(jié)點之間以完整的報文

交互來傳遞數(shù)據(jù)。一個完整的報文包含同步間隔段、同步段、受

保護 ID 段、數(shù)據(jù)段、校驗和段等相關(guān)信息（圖 8）。

同步間隔段 ：它是每個幀里唯一用來標(biāo)識幀的起始點。它由

主機節(jié)點產(chǎn)生，1 個同步間隔段至少有 13 bit 的顯性值，包括起

始位和間隔定界符，其中間隔定界符的長度至少為 1 bit。

圖 5 LDF 文件定義

圖７ LIN 通信協(xié)議層

圖８ 報文結(jié)構(gòu)圖

圖６ 圖莫斯加載 LDF 文件圖示

同 步 段 ：它 是

一 個 值 為 0x55 的 字

節(jié)場，其二進制值為

0101 0101，在總線發(fā)

送該數(shù)值時是以 1010

1010 的順序發(fā)送。在

從機上必須能夠探測

6 MCU 的 LIN 通信軟件流程

MCU 通過串口控制 LIN 通信的

軟件流程 [3] 如圖 10 所示，步驟如下。

（1）香氛設(shè)備上電后，系統(tǒng)先

去使能 USART 所在 GPIO 口的時鐘

和 USART 功能的時鐘。

（2）對用作 USART 的 GPIO 端

到間隔 / 同步數(shù)據(jù)序列。如果發(fā)現(xiàn)了同步場，那么間隔 / 同步符

號序列的總線將會終止正在進行的幀轉(zhuǎn)移，重新啟動新幀的處理。

受保護 ID 段：它包含 2 個子場，標(biāo)識符和標(biāo)識符的奇偶校驗。

0 ～ 5 bit 是標(biāo)識符，6 ～ 7 bit 是奇偶校驗。

5 LIN 通信的報文時序圖介紹

在 LIN 總線通信過程中，使用示波器抓取總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

波形（圖 9）。首先，捕獲的波形是同步間隔段，它是一個至少

有 13 bit 的顯性值，包括起始位和間隔定界符組成。在 LIN 總線

中，顯示值是低電平表示。其次，捕獲的波形是同步段，其數(shù)值

是 0x55。

在總線上的傳輸波形序列是：一個起始位（顯性值：低電平）；

數(shù)值序列為 1010 1010 ；停止位（隱性位 ：高電平）。再次，捕獲

的波形是受保護 ID 段，其值為 0x3c，在總線上的傳輸波形序列：

一個起始位（顯性值：低電平）；停止位（隱性位：高電平）。最后，

捕獲的數(shù)據(jù)段和校驗和段的傳輸波形序列。

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021 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

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圖９ LIN 總線時序圖

圖 10 LIN 通信控制軟件流程圖

圖 11 中控系統(tǒng)與香氛設(shè)備的通信實例

口及管腳進行配置。

（3）配置嵌套中斷向量控制器。

（4）在 USART/LIN 的串口接收中斷時，監(jiān)聽 LIN 總線，并

讀取從主機發(fā)送出來的報文幀或者是幀頭。

（5）串口接收中斷逐個字節(jié)讀取數(shù)據(jù)。在本步驟中，根據(jù)接

收到的數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)合當(dāng)前報文狀態(tài)變量，對數(shù)據(jù)進行解析。如果

當(dāng)前是 IDLE 狀態(tài)，那么串口在接收到數(shù)據(jù)時，主動把狀態(tài)值切

換到 SYNC，并判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)是否是 0x55。如果不是，則狀態(tài)值

返回 IDLE ；如果是，則把狀態(tài)值修改為 PID 狀態(tài)，繼續(xù)接收下一

個字節(jié)數(shù)據(jù)。

再判斷是否是完整報文幀，如果是，則獲取數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)長

度，并把狀態(tài)值切換到 RCV，串口繼續(xù)接收數(shù)據(jù) [4]。如果接收到

的只是報文的幀頭，那么立即發(fā)送報文的應(yīng)答幀，同時把狀態(tài)值

修改為 IDLE 狀態(tài)。在 RCV 狀態(tài)下，如果接收到數(shù)據(jù)段的完整數(shù)

據(jù)后，那么整個報文幀接收完成，報文狀態(tài)值改為 IDLE，進入下

一個新報文的接收。

在實際工作中，主機通過 LIN 通信控制香氛空氣凈化設(shè)備具

體過程如下。以圖莫斯替代中控系統(tǒng)作為主機，根據(jù) LDF 文件中

定義的幀及任務(wù)調(diào)試時間表，向香氛空氣凈化設(shè)備發(fā)送 0x36 報

文控制其進行相關(guān)動作，再發(fā)送 0x37 報文幀頭。香氛設(shè)備在接

收到 0x36 報文后（圖 11），開始進行通道切換和風(fēng)機換擋操作（發(fā)

送數(shù)據(jù)窗口設(shè)置，切換到 Taste1 通道，風(fēng)機切換到 Low 擋），并

把結(jié)果以響應(yīng)的方式通過 0x37 的幀頭返回給主機。

7 結(jié)束語

根據(jù)本項目需求搭建的 LIN 總線框架，設(shè)計的硬件電路基礎(chǔ)

上，嚴(yán)格參照 LIN2.0 通信協(xié)議編寫軟件控制報文傳輸。經(jīng)試驗驗

證及結(jié)果表明，該方案的設(shè)計滿足項目要求，可適用于車載中控

設(shè)備控制香氛設(shè)備工作的通信需求。。

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022 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（一汽 - 大眾汽車有限公司佛山分公司，佛山 528237）

陳磊、陳桂林、賈亮、鄭曉旭、田剛、李映圖

摘要 ：縮孔為汽車涂裝行業(yè)常見問題，而且導(dǎo)致縮孔的物質(zhì)種類繁多，某些物質(zhì)極少量即可形成縮孔，只能通過批量生產(chǎn)烘干漆膜驗證縮孔原因。

根據(jù)噴涂膜厚目標(biāo)及工藝過程，需要通過逐層漆膜、逐個工位以及逐一要素來排查導(dǎo)致漆膜表面張力變化因素，并針對性采取預(yù)防措施。本文通

過對干膜縮孔缺陷形態(tài)進行詳細分析，確定排查優(yōu)先級。物料噴涂前采用物料升溫老化降低流平效果來模擬缺陷 ；噴涂后采用車身濕膜極限暴露

來驗證過程中縮孔影響因素。在此模型指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)，面漆烘干爐入口溫差導(dǎo)致冷凝物析出形成縮孔問題，通過對烘干爐風(fēng)平衡調(diào)節(jié)實現(xiàn)車身均勻

升溫溶劑均勻揮發(fā)，從而避免在烘干爐入口段形成冷凝物，解決縮孔問題，并完善縮孔缺陷排查模型。

關(guān)鍵詞 ：面漆縮孔 ；漆膜 ；表面張力 ；溫差

中圖分類號 ：U463.82+1 文獻標(biāo)識碼 ：A

汽車涂裝面漆縮孔缺陷排查模型及應(yīng)用

0 引言

汽車涂裝生產(chǎn)過程中，車身漆膜在成膜過程中由于表面張

力 [1] 差異而形成表面凹陷缺陷，定義為縮孔 [2]。縮孔為汽車涂裝

行業(yè)常見問題，排查難點有 ：能導(dǎo)致縮孔的物質(zhì)種類繁多 ；數(shù)量

極少即可形成縮孔 ；驗證方法以批量噴車烘干后驗證，具有嚴(yán)重

滯后性。因此，總結(jié)汽車涂裝縮孔缺陷排查模型，用于指導(dǎo)縮孔

缺陷排查及預(yù)防，減少返修成本，提升過程管理水平，并持續(xù)推

動工藝、物料革新具有意義。

汽車車身常見漆膜構(gòu)成如圖 1 所示，普遍包含電泳、預(yù)噴涂

層、色漆和清漆層，工藝通用設(shè)計為電泳烘干、色漆閃干和清漆

烘干方式。不同的工藝標(biāo)準(zhǔn)決定了各涂層的厚度，從而決定了設(shè)

備選型、工藝布局和物料選擇等。因此縮孔缺陷排查要根據(jù)生產(chǎn)

線特點而開展 [3]，具有很強的現(xiàn)場特殊性。

本文根據(jù)噴漆成膜共性梳理出影響縮孔的主要因素，從而

針對性預(yù)防管理縮孔缺陷。由于在噴涂過程中，涂層是逐層覆

蓋的過程，每層涂層在成膜及烘干過程中都會出現(xiàn)漆膜表面張

力變化 [4]，都可能在過程中形成縮孔缺陷。所以在每層涂料覆蓋

過程中，需根據(jù)工位要素中可能導(dǎo)致縮孔的風(fēng)險因素進行系統(tǒng)管

控，從而規(guī)避縮孔風(fēng)險。同時，針對已經(jīng)出現(xiàn)的縮孔缺陷，采用

逐層、逐一要素驗證方式，快速鎖定縮孔成因并解決問題。

1 縮孔問題原因分析

縮孔缺陷形成過程如圖 2 所示。在涂料濕膜、表干和烘干過

程中，漆膜表面張力逐步增加，涂層內(nèi)低表面張力物質(zhì)逐步遷移

到涂層表面，并推動涂層向周圍遷移。漆膜烘干后在漆面上形成

淺坑狀縮孔缺陷。

根據(jù)縮孔缺陷形成過程進行縮孔缺陷原因分析。首先對縮孔形

態(tài)進行 50 倍放大分析，并結(jié)合紅外光譜分析縮孔中是否有污染物。

圖 1 涂裝工藝過程其各涂層厚度要求示例 圖 2 縮孔缺陷形成過程示意圖

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023 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

如污染物來自涂料外部，則根據(jù)污染物在涂層中的位置深度

以及污染物表面包裹漆膜的厚度，判斷污染物在涂料循環(huán)、濕膜、

表干和烘干哪個環(huán)節(jié)污染成膜 [5]，進而針對性驗證，并分析污染

物污染漆膜的驅(qū)動力。驅(qū)動力為漆膜內(nèi)部表面張力差異，則縮孔

及周邊形態(tài)均勻 ；污染物污染漆膜的驅(qū)動力如果來自漆膜外部，

如循環(huán)風(fēng)裹挾污染物污染漆膜，則縮孔會在漆膜表面呈現(xiàn)出特

定涂層、特定部位出現(xiàn)的空間特點，且形態(tài)不規(guī)則。如果污染

物來自涂料內(nèi)部，則排查涂料生產(chǎn)到漆膜烘干全過程，針對性

進行極限條件模擬試驗。在實驗室對可疑物料采用升溫老化、

高速剪切等方式處理后，再根據(jù)不同的老化時間制作噴板以模

擬缺陷。

根據(jù)縮孔缺陷形成原因可以看出，關(guān)鍵在于對影響漆膜表面

張力的物質(zhì)進行查找并排除異常的過程?？梢姰愇锟s孔，便于以

污染物為線索進行溯源，鎖定過程異常 ；解決有異物縮孔后，縮

小縮孔排查范圍，再解決無異物縮孔。

噴漆過程為先噴色漆，再噴清漆。色漆層與清漆層縮孔有時

難以區(qū)分。相比于色漆縮孔，清漆縮孔在形成過程中無色漿、填

料干擾，清漆烘干后透明，更容易準(zhǔn)確判斷縮孔缺陷中心是否有

可見異物，有利于根據(jù)污染物進行溯源，從而快速解決問題。所

以對縮孔缺陷詳細觀察后優(yōu)先排查有異物、清漆層縮孔，從而鎖

定過程異常，縮小變量，并帶動無異物縮孔缺陷下降 ；然后再排

查色漆層縮孔，從而建立縮孔缺陷排查模型及預(yù)防體系。

2 縮孔問題管控方案

從縮孔形成原因分析，導(dǎo)致表面張力差異的物質(zhì)最終作用于

涂料成膜過程。以涂料為核心，對涂料制備運輸、涂料循環(huán)、濕膜、

表干、烘干全過程導(dǎo)致涂料及成膜表面張力差異的物質(zhì)進行排查

及排除，從而實現(xiàn)縮孔問題解決及預(yù)防管理。

根據(jù)涂裝車間工藝特點，總結(jié)縮孔缺陷排查模型如圖 3 所示。

首先，需要明確涂料各層厚度及工藝標(biāo)準(zhǔn)，掌握工藝全過程及可

能導(dǎo)致縮孔問題的影響因素。其次，對于縮孔進行分層管控，電

泳層縮孔在噴漆前處理避免與色漆層縮孔混淆 ；利用清漆透明、

僅有一種以及過程變化容易觀察等特點優(yōu)先排除清漆層縮孔，大

幅度縮小色漆層縮孔排查范圍。最后，每層涂層噴涂過程中以涂

料為核心，驗證工位要素對于涂料制備與運輸、循環(huán)、濕膜、表

干以及烘干成膜過程的影響，從而鎖定各要素對于縮孔的影響大

小，并積累縮孔問題解決經(jīng)驗，完善縮孔缺陷監(jiān)控與排查模型。

2.1 縮孔缺陷排查

2.1.1 材料風(fēng)險排除

縮孔缺陷是漆膜表面張力差異導(dǎo)致，所以首先需要排除物料

風(fēng)險，避免缺陷批量風(fēng)險。涂料生產(chǎn)全過程及關(guān)鍵檢測點如圖 4

所示。物料縮孔過程檢測是通過出口噴板及使用前噴板檢測，以

避免縮孔 ；結(jié)果驗證則根據(jù)批量噴車烘干，驗證材料有無縮孔。

為避免物料風(fēng)險，一方面對材料制備全過程進行縮孔管控 ；另一

方面，一旦噴車出現(xiàn)縮孔，需要對整個物料生產(chǎn)、檢測和操作過

程進行追溯分析。

圖 3 縮孔缺陷排查模型

圖 4 材料縮孔缺陷排查范圍及關(guān)鍵檢測點

物料循環(huán)系統(tǒng)為一個整體（圖 5），一旦材料受污染，則整

個系統(tǒng)的物料及硬件都受影響，且難以查找原因。另外，加料、

過濾袋更換、潤滑和清洗系統(tǒng)等操作過程，都可能導(dǎo)致縮孔污染

風(fēng)險。停產(chǎn)期間物料仍需要持續(xù)循環(huán)，涂料中溶劑、助劑隨著循

環(huán)及材料剪切而揮發(fā)，所以需要對輸漆系統(tǒng)進行監(jiān)測。因此，有

必要根據(jù)硬件及操作過程系統(tǒng)排查全過程風(fēng)險，并針對性采取風(fēng)

險預(yù)案，從而實現(xiàn)輸漆系統(tǒng)縮孔問題快速驗證（表 1）。

為進一步排除物料及系統(tǒng)縮孔風(fēng)險，可取現(xiàn)場材料進行老化

實驗。取系統(tǒng)中物料，在實驗室通過 40 ～ 50℃水浴模擬材料老化、

高速攪拌模擬循環(huán)剪切，然后用不同高溫及剪切時間的物料進行

噴板烘干，觀察漆膜表面縮孔及光澤度。升溫及攪拌剪切過程中

溶劑、助劑隨時間揮發(fā)，部分樹脂隨溫度升高而逐步老化，材料

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024 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

流平效果變差，而污染物含量不變，因此同等條件下更容易模擬

出縮孔。模擬出縮孔后，以此方法為基準(zhǔn)排查來料，從而鎖定縮

孔原因。

從材料配方角度，核查可能導(dǎo)致縮孔的助劑。對助劑進行含

量梯度實驗，然后噴板核查縮孔，對材料本身抗縮孔性能進行評

價?？刹捎么朔绞胶Y選抗縮孔助劑并評價其貢獻 ；同時模擬現(xiàn)場

極限工況，對各種助劑的穩(wěn)定性評估，從而保障材料本身抗縮孔

性能、抗縮孔助劑的效果以及長期剪切的穩(wěn)定性。最終通過現(xiàn)場

小批量噴車驗證方式，評價抗縮孔助劑實驗室與現(xiàn)場貢獻差異，

從而明確材料本身抗縮孔性及抗縮孔助劑有效性。

2.1.2 環(huán)境排查及驗證

涂裝噴涂過程為霧化噴涂，烘干為空氣換熱交聯(lián)固化過程，

所以環(huán)境溫度、濕度、潔凈度 ；風(fēng)速、風(fēng)向、各區(qū)風(fēng)溫度都需要

根據(jù)成膜表干及烘干要求而設(shè)定及維護，此過程中避免表面張力

不同的物質(zhì)污染漆膜而導(dǎo)致縮孔。

噴漆及表干過程，空調(diào)送風(fēng)流程如圖 6 所示，空氣溫濕度通

過冷水除濕、升溫、細水霧加濕實現(xiàn)對于溫濕度控制 ；潔凈度通

過初效、中效、頂棉過濾實現(xiàn)潔凈度逐級提升 ；風(fēng)速風(fēng)向通過風(fēng)

機頻率實現(xiàn)控制。噴涂成膜、表干、烘干過程需要對環(huán)境因素進

行嚴(yán)格管控，環(huán)境穩(wěn)定助力漆膜表干及烘干過程穩(wěn)定，避免漆膜

表面張力差異，獲得均勻穩(wěn)定成膜。

分類 風(fēng)險 舉措

物料自身 物料被污染

噴車驗證100%合格物料，留存20%

物料作為緊急供應(yīng)物料；同時開始使

用新批次物料，新批次使用40%時，

消耗上批次20%

物料循環(huán)

過程 物料系統(tǒng)被污染 備用系統(tǒng)清洗潔凈，如有問題，需迅

速投料驗證原系統(tǒng)是否被污染

加料及輔

助操作

加料、過濾袋更

換及潤滑油加注

過程中污染物料

嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化操作指導(dǎo)說明；全

過程操作及變化點記錄并可錄像追

溯；非金屬材料使用前進行縮孔檢

測，可疑時采用溶劑浸泡后噴板驗證

是否縮孔

長時間攪

拌循環(huán)

存儲

長時間循環(huán)溶劑

揮發(fā)影響材料

粘度

停產(chǎn)期間打開備壓閥，降低管路壓

力；每12 h循環(huán)1次，1次60 min；每

6個月清洗1次輸漆罐體及管路，避

免閥門和管路死角填料沉積形成

污染源

表 1 物料輸漆系統(tǒng)風(fēng)險及應(yīng)對舉措

圖 5 輸漆系統(tǒng)循環(huán)及噴漆示意圖

圖 6 工藝空調(diào)流程及關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)

圖 7 設(shè)備導(dǎo)致縮孔缺陷排查方向

根據(jù)噴漆及工藝設(shè)計過程，可采用逐級放板進行縮孔檢測。

可在過濾頂棉前后放板進行縮孔測試，確保接觸車身空氣無污染

物 ；同時由于噴板具有面積局限性及缺陷概率低的缺點，可以采

用車身噴涂清漆后超標(biāo)準(zhǔn)時間（不出其他漆面質(zhì)量問題前提下最

長停留時間）停留的方式來驗證環(huán)境中有無污染物，從而實現(xiàn)對

于工位環(huán)境的預(yù)防管理。

同時也累積經(jīng)驗，如雨季廠房外空氣濕度超標(biāo)、模擬中間閃

干爐濕度超標(biāo)、空氣過濾器更換前后觀察有無缺陷、缺陷的形態(tài)

及數(shù)量，從而實現(xiàn)對于環(huán)境的預(yù)防管理。

2.2 設(shè)備預(yù)防縮孔管理

設(shè)備導(dǎo)致縮孔特點如圖 7 所示，固定位置縮孔的具有空間特

點 ；非固定位置縮孔，優(yōu)先排查能夠持續(xù)污染漆膜的相關(guān)因素。

可按照設(shè)備空間順序通過逐一元器件驗證非金屬材料（潤滑油、

墊 圈、 空 氣 過 濾 輔 材 等 ）

縮孔是否合格、元器件保

養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及實際是否滿足縮

孔管控需求，從而逐個排

除設(shè)備導(dǎo)致的縮孔風(fēng)險。

2.3 縮孔其他相關(guān)影響因

素預(yù)防管理

由于涂裝車間環(huán)境的

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025 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

溫度、濕度、潔凈度會隨時間及外界環(huán)境變化而變化 ；物料在停

產(chǎn)期間長時間循環(huán)也會變化 ；縮孔監(jiān)控方法需要根據(jù)每個工位風(fēng)

險點進行檢測，并同時做好變化點驗證，并不斷更新縮孔檢測點

及頻率。如更新物料后，跟進更新率與縮孔缺陷率對應(yīng)關(guān)系。烘

干爐內(nèi)部清潔、風(fēng)循環(huán)管路清潔、輸漆系統(tǒng)定期清洗等都根據(jù)實

際建立結(jié)果及過程檢測點，從而預(yù)防縮孔。

針對人員技能，培訓(xùn)到人員縮孔檢測標(biāo)準(zhǔn)及檢測點設(shè)定依據(jù)，

日常監(jiān)控檢測結(jié)果趨勢并針對性溯源分析，不斷驗證縮孔影響因

素及程度，實現(xiàn)縮孔預(yù)防管理。

2.4 縮孔管控方案

綜上所述，噴漆過程為逐層覆蓋，每層漆膜厚標(biāo)準(zhǔn)決定物料、

設(shè)備、噴涂方法和環(huán)境參數(shù)要求，所以需要確定每層噴涂為零縮

孔風(fēng)險后再進行下一層噴涂。要根據(jù)物料、環(huán)境和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計

物料來源，針對噴涂全鏈路進行預(yù)防，并檢查同類工位導(dǎo)致縮孔

的影響因素。

縮孔形成原因為漆膜表面張力變化導(dǎo)致，因此要從涂料制備、

運輸、循環(huán)、噴涂、濕膜、表干和烘干等全過程排查影響漆膜表

面張力的因素?？赏ㄟ^對缺陷樣品紅外、切片等試驗分析鎖定污

染物來源。

外部污染可分為噴涂前和噴涂后。噴涂前排查，可對材料進

行升溫攪拌加速老化、溶劑揮發(fā)來降低涂料流平效果，從而模擬缺

陷 ；噴涂后排查可通過漆膜極限暴露來模擬缺陷。如果表面張力差

異物質(zhì)來自材料內(nèi)部，需梳理配方中能導(dǎo)致縮孔的物質(zhì)，對其進行

溶劑含量梯度試驗及老化試驗，通過模擬及實車噴涂結(jié)合，鎖定縮

孔原因。然后以污染物為基準(zhǔn)驗證抗縮孔助劑效果，并結(jié)合實際生

產(chǎn)，實現(xiàn)縮孔預(yù)防管理。

圖 8 無異物縮孔缺陷圖片及形態(tài)

圖 9 面漆烘干爐烘干流程及風(fēng)平衡

3 縮孔缺陷排查案例

某車型噴涂中發(fā)現(xiàn)存在縮孔問題。

目視為清漆層縮孔，顯微鏡下無異物（圖

8）。縮孔位置分布在前蓋、頂蓋，縮孔車

缺陷率 1%。缺陷件剖面分析為清漆層厚

度變薄，色漆層完整。

3.1 縮孔原因分析

（1）缺陷涂層分析。逐層打磨缺陷，

到色漆層上缺陷能消失。目視檢查電泳車

前蓋頂蓋無異常，在前蓋頂蓋缺陷位置打

磨電泳表面并擦凈，噴涂面漆后仍能發(fā)現(xiàn)縮孔，排除電泳層缺陷。

（2）色漆層分析。統(tǒng)計缺陷，與顏色無規(guī)律。缺陷位置分布

在前蓋、頂蓋區(qū)域，車門立面及內(nèi)表未發(fā)現(xiàn)。切片分析顯示，色

漆層完整，清漆層變薄，交界面無異常，排除色漆層問題。

（3）清漆輸漆系統(tǒng)排查。缺陷非連續(xù)性出現(xiàn)，車門立面區(qū)

域及清漆內(nèi)表合格。加料及操作過程記錄排查無異常 ；目視檢

查攪拌槳及清漆液體表層狀態(tài)無異常 ；安全批次物料驗證結(jié)果

無改善。

（4）清漆噴涂機器人排查。缺陷出現(xiàn)位置涉及 4 個機器人。

目視檢查缺陷對應(yīng)的機器人旋杯及清漆混合管狀態(tài)，無顆粒及

異常。

（5）噴涂環(huán)境排查。同時對各工位清漆噴涂后的車輛放置

15 min，極限模擬缺陷，發(fā)現(xiàn)在面漆烘干爐入口區(qū)域能模擬出縮

孔缺陷。重復(fù)驗證 3 次，均能在烘干爐入口復(fù)現(xiàn)缺陷。對烘干爐

入口區(qū)域壁板采用白色無紡布擦拭，能發(fā)現(xiàn)有黃色油狀物。

面漆烘干爐烘干流程如圖 9 所示。車身通過熱風(fēng)循環(huán)換熱進

行漆膜烘干固化，同時部分排風(fēng)并補充新鮮空氣。烘干爐出入口

有風(fēng)幕及整個烘干爐負(fù)壓，防止熱風(fēng)及溶劑外溢。烘干爐內(nèi)逐漸

升溫滿足材料烘干溫度要求。

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026 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

【參考文獻】

作者簡介 :

陳磊，碩士，工程師，研究方向為涂裝工藝設(shè)計及生產(chǎn)質(zhì)量成本優(yōu)化。

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裝 ,2021,24(07):70-72.

車身在入口區(qū)域停留出現(xiàn)縮孔，檢查過程發(fā)現(xiàn)為了節(jié)能，需

要對烘干爐進行降頻運行，因此必須在節(jié)能模式下解決縮孔問題。

檢測車身在烘干爐內(nèi)運行到不同位置時的爐溫變化（圖

10），可以看到，在烘干過程中，60 ～ 100℃是溶劑及水快速揮

發(fā)的過程，在此過程中烘干爐內(nèi)溫差變化為 4.93℃ /1 000 mm。

由此判斷在此區(qū)域，因溫差變化較大出現(xiàn)冷凝，從而影響清漆成

膜導(dǎo)致縮孔。冷凝物為水及可揮發(fā)溶劑混合物，冷凝物析出量與

進入烘干爐內(nèi)空氣含水量及每小時過車數(shù)有關(guān)，所以縮孔缺陷呈

現(xiàn)無異物以及部分車有缺陷狀態(tài)。觀察爐體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在烘干爐在

7 000 ～ 11 000 mm 烘干爐壁板有冷凝殘留物。

表 2 烘干爐風(fēng)量調(diào)節(jié)減少成膜初始段溫差

圖 10 車身在烘干爐內(nèi)行進位置與溫度關(guān)系

圖 11 風(fēng)量調(diào)節(jié)前后升溫過程對比

風(fēng)閥及風(fēng)量測量

風(fēng)量調(diào)節(jié)/（m3/h）

改進前 改進后

排風(fēng)（160℃）風(fēng)量 8 160.9 7 440.7

新鮮風(fēng)送風(fēng)（180℃）風(fēng)量 6 200.2 6 800.3

烘干爐兩端補風(fēng)（23℃）風(fēng)量 1 960.7 640.4

避免因閥門松動、過濾器堵塞以及風(fēng)機異常等因素，導(dǎo)致各工位

溫度及風(fēng)平衡變化，進而引起車身噴涂的質(zhì)量變化。同時，還需

要周期性采用車身過度停留方式對縮孔缺陷進行預(yù)防管理。

4 結(jié)束語

縮孔為涂裝面漆噴涂常見頑疾。本文根據(jù)膜厚目標(biāo)及工藝

標(biāo)準(zhǔn)，整理出面漆縮孔缺陷排查模型。通過逐層、逐個工位以

及逐一要素排查導(dǎo)致漆膜表面張力變化因素，系統(tǒng)性梳理出縮

孔形成的影響因素，并針對性采取預(yù)防管理措施。文章還結(jié)合

已出現(xiàn)的縮孔問題，在分析解決過程中不斷完善檢測標(biāo)準(zhǔn)及頻

率，從而實現(xiàn)縮孔預(yù)防管理。在實際解決縮孔問題中發(fā)現(xiàn)，面

漆烘干爐入口溫差造成冷凝物析出是導(dǎo)致縮孔的主要因素，最

終通過優(yōu)化溫差及風(fēng)平衡，實現(xiàn)烘干溫度穩(wěn)步提升，使漆膜均

勻固化避免縮孔。

目前已經(jīng)開發(fā)新一代低厚度清漆，新材料帶來噴涂參數(shù)、

烘干過程變化，同樣需要更新縮孔相關(guān)管控標(biāo)準(zhǔn)。此外縮孔管

理模型也可以擴展到涂裝工位的臟點缺陷管理，從而持續(xù)降低

成本、提升管理水平，實現(xiàn)汽車涂裝噴涂向著降本、提質(zhì)和綠

3.2 優(yōu)化與改進措施 色方向發(fā)展。

針對引起缺陷的原因，提出以下改進措施 ：減少離開爐體熱

量，增加入口新鮮風(fēng)熱風(fēng)風(fēng)量，同時也減少從爐口進入烘干爐內(nèi)

的風(fēng)量，從而縮小在漆膜烘干初始階段溫差（表 2）。通過以上措

施，能夠避免在成膜過程中出現(xiàn)冷凝物附著在車身漆膜表面導(dǎo)致

縮孔的現(xiàn)象。

改進后爐溫從 6 000 mm 處開始計算，達到 100℃時，溫差

優(yōu)化至 3.45℃ /1 000 mm，而且入口段升溫平緩（圖 11）。車身

過度停留 15 min，多次檢驗結(jié)果均為零縮孔。優(yōu)化方案能夠解決

縮孔問題，并且在烘干的同時實現(xiàn)降頻節(jié)能運行。

烘干過程為高溫?zé)犸L(fēng)循環(huán)，溫差均勻逐步提升能夠減少冷凝

物析出，也能讓漆膜穩(wěn)定成膜，避免縮孔缺陷的同時獲得更加均

勻的外觀。因此需要周期性檢測烘干爐風(fēng)向、風(fēng)量和爐溫曲線，

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（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（1. 柳州賽克科技發(fā)展有限公司、柳州市電子化動力總成電子控制重點實驗室，柳州 545005 ；2. 上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

李智1

、羅宏錦 2

、何放 2

摘要 ：本文主要介紹了電磁兼容性試驗在新能源雙電機控制器產(chǎn)品開發(fā)中的重要性。對當(dāng)前電磁兼容性試驗所遇到的主要問題、主要試驗內(nèi)容及

試驗條件做了詳細闡述，同時也提供了在試驗過程中遇到問題的解決辦法及思路?；谏鲜鏊悸?，本文針對某新能源汽車雙電機控制器的傳導(dǎo)發(fā)

射和輻射發(fā)射試驗做了研究，通過分析試驗過程中出現(xiàn)的問題，提出了產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計開發(fā)的詳細變更點，并針對改進型的電控做了重復(fù)性試驗。

試驗結(jié)果顯示，產(chǎn)品的優(yōu)化獲得了較為理想的結(jié)果。

關(guān)鍵詞 ：電磁兼容 ；輻射發(fā)射 ；傳導(dǎo)發(fā)射 ；雙電機控制器

中圖分類號 ：U467.3 文獻標(biāo)識碼 ：A

新能源汽車雙電機控制器電磁兼容性試驗及問題原因分析

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展，當(dāng)今社會中電子設(shè)備的數(shù)量和種類不

斷增加。在包括汽車、智能手機、電腦、工業(yè)控制系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)

備等領(lǐng)域，電子設(shè)備的密集使用意味著同時存在的電磁干擾源也

變得更多。這些干擾源可能來自不同設(shè)備、不同系統(tǒng)之間的相互

作用，也可能來自電子設(shè)備本身的自我干擾。而無處不在的電子

設(shè)備會導(dǎo)致設(shè)備所處的環(huán)境，比如設(shè)備信號、功率和特性等，變

得更加復(fù)雜。

在汽車和交通等領(lǐng)域，隨著新能源產(chǎn)品的規(guī)模化發(fā)展，產(chǎn)品

越來越依賴于各種類型的控制器，如雙電機控制器、單電機控制

器、旋變傳感器、整車控制器、電子油泵以及車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)等。

這些控制器或傳感器在工作過程中會產(chǎn)生電磁輻射，可能對車輛

其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，而電磁干擾可能會導(dǎo)致某些設(shè)備故障、

數(shù)據(jù)傳輸錯誤或通信中斷，對人身安全和財產(chǎn)造成威脅。

因此，對產(chǎn)品進行電磁兼容性試驗，以評估電子設(shè)備或傳感

器的輻射水平和干擾情況，確保它們在多個車輛和設(shè)備之間相互兼

容是非常必要的。本文從某新能源汽車雙電機控制器硬件架構(gòu)設(shè)計

和原理入手，對該雙電機控制器的電磁兼容性能做了深入的研究。

1 雙電機控制器架構(gòu)

某新能源車型雙電機控制器架構(gòu)設(shè)計如圖 1 所示，主要由主

控制電路板、驅(qū)動電路板和 IGBT 模塊 3 大設(shè)計板塊構(gòu)成。12 V 供

電電源通過 BUCK 以及 BUCK-BOOST 電路向主控制電路板及驅(qū)

動電路板供電。主控板通過 CAN 總線與整車進行數(shù)據(jù)通信，主

控芯片與油泵控制器及 HVU 進行數(shù)字信號雙向通信 ；控制器驅(qū)

動部分的 IGBT 模塊能夠?qū)恿﹄姵氐闹绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電輸入

到永磁同步電機 ；底層軟件及控制器中的各類采樣電路、電源電

路和保護電路相互配合，使得雙電機控制器得以正常工作 [1]。

在設(shè)計架構(gòu)時要考慮電磁兼容性，需要注意在電路中添加電

源噪聲濾波器，如濾波電容和濾波電感，以減少高頻噪聲的傳播。

良好的搭鐵是確保電磁兼容性的重要因素，電機控制器需要正確

連接和設(shè)計搭鐵，以減少潛在的接地回路間的干擾。電源線和信

號線的布局應(yīng)盡量避免交叉和平行布線，以減少相互之間的電磁

耦合。在電機控制器的設(shè)計中，采用屏蔽罩、屏蔽線纜和屏蔽隔

板等方法，以減少電磁輻射和電磁感應(yīng)。

此外，對于敏感的電路板或元件，可以考慮使用金屬屏蔽殼。

對于輸入和輸出信號線，可以使用濾波器來降低高頻噪聲和電磁

干擾的影響。這些濾波器可以包括 RC 濾波器、LC 濾波器或磁性

圖 1 某新能源車型型雙電機控制器架構(gòu)

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028 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

濾波器等。如果有需要，可以考慮使用適當(dāng)?shù)母綦x器件（如光耦

合器）來隔離電路和信號，以減少電磁干擾的傳播。在多模塊或

多設(shè)備系統(tǒng)中，對于地址線和通信線，應(yīng)采取適當(dāng)措施，如使

用屏蔽線纜、降低傳輸速率等，以減少傳輸過程中的電磁干擾。

這些僅是一部分常見的考慮因素，實際設(shè)計中可能還會有其

他因素導(dǎo)致電磁干擾，需要在設(shè)計過程中加以注意。因此，為了

模擬電機控制器的實際應(yīng)用環(huán)境，需要進一步制作樣件進行電磁

兼容性測試，以確保系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的正常運行。

2 雙電機控制器的電磁兼容理論基礎(chǔ)及試驗?zāi)繕?biāo)

電磁兼容性試驗主要涉及電磁場與電子設(shè)備相互作用的原

理、電磁波傳播規(guī)律、電磁輻射和電磁感應(yīng)的機制等。電磁兼容

性試驗的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)如下。

2.1 雙電機控制器的電磁兼容理論基礎(chǔ)

2.1.1 電磁相容性理論

電磁相容性主要研究電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的相互作用

機制。它包括電磁輻射和電磁感應(yīng)兩個方面的機制。電磁輻射是

指電子設(shè)備通過電磁波在空間中傳播而引發(fā)的干擾，而電磁感應(yīng)

是指電子設(shè)備受到來自外部電磁場的干擾。

2.1.2 電磁波傳播理論

該理論研究電磁波在導(dǎo)體和無導(dǎo)體介質(zhì)中的傳播規(guī)律。了解

電磁波的傳播特性有助于確定電磁兼容性試驗中的信號傳輸路徑

和傳播過程，以及評估電磁輻射和電磁感應(yīng)的范圍。

2.1.3 電磁場測量技術(shù)

電磁兼容性試驗需要進行電磁場測量以評估設(shè)備的輻射和感

應(yīng)水平。電磁場測量技術(shù)包括電場測量、磁場測量和輻射場測量

等方法，以獲得電磁場的強度、頻譜、方向和空間分布信息。

2.1.4 電磁兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)

電磁兼容性試驗通常依據(jù)相應(yīng)的國際或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行。這些

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測試方法、測試設(shè)備、測試條件和評估準(zhǔn)則，確保測

試具有可重復(fù)性和可比性，從而提供了實際電磁兼容性問題的解

決依據(jù)。

綜上所述，電磁兼容性試驗的理論基礎(chǔ)涵蓋了電磁相容性、

電磁波傳播規(guī)律、電磁場測量技術(shù)、干擾源與受擾設(shè)備建模以

及相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。這些理論基礎(chǔ)為電磁兼容性試驗提供了理

論依據(jù)和方法，以確保電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的正常運行和相

互兼容。

2.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) GB/T 18655-2018《車輛、船和內(nèi)燃機 無線電騷擾特性

用于保護車載接收機的限值和測量方法》要求，對各類電磁實驗

都有詳細的實驗標(biāo)準(zhǔn) [2]，但是鑒于項目周期以及試驗成本，選擇

雙電機控制器的傳導(dǎo)發(fā)射作為本次研究的主要研究對象。傳導(dǎo)發(fā)

射電流法主要考察雙電機控制器的低壓非電源線傳導(dǎo)發(fā)射大小，

電壓法考察控制器低壓電源線和高壓線束傳導(dǎo)發(fā)射大小，在廣播

及移動業(yè)務(wù)分別有峰值、準(zhǔn)峰值和均值的限值要求。傳導(dǎo)發(fā)射電

流法限值詳見表 1 ；電壓法又區(qū)分為低壓電源線傳導(dǎo)發(fā)射和高壓

線束傳導(dǎo)發(fā)射，其限值分別如表 2 和表 3 所示。

表 1 傳導(dǎo)發(fā)射電流法限值

表 2 傳導(dǎo)發(fā)射電壓法低壓限值

項目 波段 頻段/MHz 電流限值/dBμA

峰值檢波器 準(zhǔn)峰值檢波器 均值檢波器

廣播

LW 0.15～0.30 70 57 50

MW 0.53～1.80 42 29 22

SW 5.90～6.20 31 18 11

FM 76.00～108.00 16 3 -4

TV頻段I 48.50～72.50 12 — 2

DAB III 171.00～245.00 10 — 0

移動

業(yè)務(wù)

VHF 30.00～54.00 22 9 2

VHF 68.00～87.00 16 7 -4

VHF 142.00～175.00 16 7 -4

項目 波段 頻段/MHz

電壓限值/dBμV

峰值檢波器 準(zhǔn)峰值檢波器 均值檢波器

廣播

LW 0.15～0.30 90 77 70

MW 0.53～1.80 70 57 50

SW 5.90～6.20 65 52 45

FM 76.00～108.00 50 37 30

TV頻段I 48.50～72.50 46 — 36

移動

業(yè)務(wù)

VHF 30.00～54.00 56 43 36

VHF 68.00～87.00 50 27 30

項目 波段 頻段/MHz 電壓限值/dBμV

峰值檢波器 準(zhǔn)峰值檢波器 均值檢波器

廣播

LW 0.15～0.30 127 114 107

MW 0.53～1.80 100 87 80

SW 5.90～6.20 89 76 69

FM 76.00～108 62 49 42

TV頻段I 48.50～72.50 59 — 49

移動

業(yè)務(wù)

VHF 30.00～54.00 71 58 51

VHF 68.00～87.00 63 50 43

表 3 傳導(dǎo)發(fā)射電壓法高壓限值

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2.3 電磁干擾的幾個常見問題

常見的電磁輻射干擾是指電

子設(shè)備或系統(tǒng)在工作過程中，產(chǎn)

生的電磁場輻射干擾到周圍設(shè)備

或系統(tǒng)的正常操作。這種干擾可

以影響到其他電子設(shè)備、通信系

統(tǒng)和無線電接收器等。在一些電

子設(shè)備或電源頻繁開關(guān)，電子設(shè)

備中快速切換的電流或高頻振蕩

器可能會產(chǎn)生電磁輻射，干擾周

圍的其他設(shè)備。通過電磁兼容性

測試和采取適當(dāng)?shù)母蓴_抑制措施，

可以減少電磁輻射干擾，保證設(shè)

每種分類都應(yīng)用特定的電磁兼容試驗項目。本次研究對象對應(yīng)了

表 4 中 A 類、AM 類和 AX 類。在此需要注意的是，在區(qū)分零件類

型時，一個零部件可能會涉及到幾種零部件類型，可以根據(jù)實際

情況進行勾選，測試項目按最大化執(zhí)行。本論文優(yōu)化了雙電機控

制器龐大電磁兼容性試驗項目，在正式試驗前進行摸底研究，研

究結(jié)果對未來正式樣件的設(shè)計起到了指導(dǎo)作用。

根據(jù)測試矩陣（表 5），不同零部件的產(chǎn)品類型應(yīng)選擇相應(yīng)

的測試項目。本文所描述的試驗為前期驗證性質(zhì)試驗，試驗數(shù)

據(jù)作為摸底，因此僅選擇傳導(dǎo)發(fā)射（電壓法、電流法）作為試

驗項目。

3.2 雙電機控制器電磁兼容臺架搭建

該車型電機控制器安裝于發(fā)電機艙，為高度集成模塊，具

有模擬和數(shù)字輸入端口，能夠控制電機。電機控制器通過 CAN

總線與車輛上的其他模塊進行交互通信，CAN 總線的波特率為

500 kb/s。電機控制器的直流（AC）輸出直接連接電機（驅(qū)動電

機 + 發(fā)電機），直流輔電輸出接同功率阻性負(fù)載。試驗的基本臺

架搭建如圖 2 所示，其中低壓和高壓電源通過導(dǎo)線給產(chǎn)品供電，

負(fù)載箱利用該新能源車型的相關(guān)負(fù)載，并通過導(dǎo)線與產(chǎn)品相連接。

上位機可以顯示臺架的工作狀態(tài)，同時與產(chǎn)品通過 CAN 網(wǎng)絡(luò)通

訊進行通信，利用診斷的方式監(jiān)控負(fù)載狀況信息 [4]。

3.3 試驗結(jié)果

在完成臺架的硬件安裝及布線，經(jīng)過低壓通訊調(diào)試，上位

機信號調(diào)試正常后對該車型雙電機控制器試驗樣品進行電磁兼容

測試。試驗結(jié)果顯示，在傳導(dǎo)發(fā)射電流法測試中，KL30/KL31、

表 4 零部件類型

零部件類型 說明 零部件類型

電子模塊

A 含有有源器件的部件或模塊，如含有開關(guān)電源、微處理器、運算放大電路、顯示器

等的模塊

√

AM 內(nèi)部含有磁敏元件的部件或模塊，如含有霍爾傳感器的模塊等 √

AS 由其他模塊中的穩(wěn)壓電源供電的部件或模塊，一般為給控制器提供輸入信號的傳

感器等

AX 控制外部感性設(shè)備的電子模塊部件 √

AW 含有射頻元件的獨立的部件或模塊，如胎壓傳感器、遙控鑰匙等

D 由二極管、電阻網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成的模塊，如帶LED的背景光開關(guān)等；但是只有純電阻網(wǎng)

絡(luò)構(gòu)成且不含二極管的模塊，可以不進行相關(guān)電磁兼容試驗

電機

BM 有刷電機，如雨刮電機、噴水電機等

EM 電子控制的無刷電機

感性部件 R 電感性的部件或模塊，如繼電器、電磁閥和電喇叭等

車載充電系統(tǒng) 純電動汽車充電系統(tǒng)裝置，如車載充電機、充電槍

備和系統(tǒng)的正常運行 [2-3]。

雙電機控制器在電磁兼容性方面可能面臨以下幾個問題。

2.3.1 電磁輻射干擾

雙電機控制器中的電子元件和電路在工作過程中會產(chǎn)生高頻

電磁輻射。如果輻射水平超過規(guī)定的限制，可能會對周圍的設(shè)備

或無線通信系統(tǒng)造成干擾。

2.3.2 電源線和信號線上的傳導(dǎo)干擾

電磁干擾可能通過電源線和信號線傳導(dǎo)到其他設(shè)備或系統(tǒng)

中，干擾其正常工作。例如，電機的高電流運行可能引起電源線

上的電磁干擾，影響到其他電子設(shè)備的穩(wěn)定性和性能。

2.3.3 搭鐵線回路的共模電流

對于雙電機控制器，電機的高電流運行可能導(dǎo)致地線回路中

的共模電流增加。這可能會對其他設(shè)備和系統(tǒng)的地線回路產(chǎn)生干

擾，導(dǎo)致干擾電壓的出現(xiàn)，影響到設(shè)備的正常運行。

2.3.4 控制信號的抗干擾能力

雙電機控制器通常需要接收外部的控制信號，如位置反饋、

速度指令等。在電磁環(huán)境復(fù)雜的情況下，這些控制信號可能會受

到電磁干擾的影響，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定或錯誤的指令執(zhí)行。

3 雙電機控制器電磁兼容試驗設(shè)計及臺架搭建

3.1 試驗設(shè)計

鑒于電磁兼容龐大的試驗體系，在實際工程應(yīng)用中，由于預(yù)

算及周期的影響，并不需要對零件做全套的試驗。本論文根據(jù)構(gòu)

成電子電器部件元器件特性的不同，對零部件做了分類（表 4），

注 ：安裝在電動汽車上的高壓零部件類型仍按以上要求劃分。

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030 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

CAN 線、NTC 線束、旋變線束以及油泵 PWM 線束等都有不同程

度的超標(biāo)。在傳導(dǎo)發(fā)射電壓法測試中，低壓電源正負(fù)極和高壓電

源正負(fù)極也有不同程度的超標(biāo)。輻射發(fā)射測試中，P3 電機在轉(zhuǎn)

速 2 229 r/min、負(fù)載 75 N · m 的條件下，也有超標(biāo)現(xiàn)象。測試

結(jié)果詳見表 6。

雙電機控制器在傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射測試中未能達到標(biāo)準(zhǔn)，

這說明可能存在以下幾方面問題。

3.3.1 設(shè)計問題

可能存在電路布局不當(dāng)、搭鐵線回路設(shè)計不合理以及接口線

路設(shè)計不完善等問題。

3.3.2 電磁屏蔽不足

如果雙電機控制器的電磁屏蔽設(shè)計不足或?qū)嵤┎划?dāng)，可能需

表 5 測試矩陣

序號 測試項目

電子模塊 直流電機 其他 車載充電系統(tǒng)

A AS AM AX AW BM EM D R 充電機 充電槍

1 輻射發(fā)射 ● ● ● ● ● ● ● ●

2 傳導(dǎo)發(fā)射電壓法 ● ● ● ● ● ● ●

3 傳導(dǎo)發(fā)射電流法 ● ● ● ● ●

4 電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射 ● ●

5 低頻磁場發(fā)射c ● ● ● ●i ●

6 自由場抗擾 ● ● ● ● ● ● ● ●

7 大電流注入抗擾 ● ● ● ● ● ● ●

8 低頻磁場抗擾 ● ● ●

9 電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾 ● ● ● ● ● ●

10 控制信號線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾 ● ● ● ● ● ●

11 靜電放電抗擾

工作模式 ● ● ● ● ● ● ● ●

非工作模式 ● ● ● ● ● ● ● ● ●

遠端I/O ● ● ● ● ● ●

12 便攜式發(fā)射機抗擾 ● ● ● ● ● ●

13 中低頻電磁場發(fā)射 ● ● ● ●

圖 2 臺架搭建

測試項 是否

帶載 測試點 超標(biāo)頻段 超標(biāo)頻段

標(biāo)準(zhǔn)

超標(biāo)數(shù)

值

CEC傳

導(dǎo)測試

電流法

否

KL30/

KL31線束 30.00～70.00 MHz ≤12 dBμA 25 dBμA

CAN線 40.00～70 .00MHz ≤12 dBμA 27 dBμA

NTC線束 30.00～80.00 MHz ≤12 dBμA 42 dBμA

旋變線束

＜20.00 MHz ≤31 dBμA 17 dBμA

30.00～70.00 MHz ≤12 dBμA 25 dBμA

油泵PWM

線束 ＜3.00 MHz ≤42 dBμA 7 dBμA

CEV傳導(dǎo)

測試電

壓法

低壓電源+

6.00 MHz ≤89 dBμV 6 dBμV

30.00～70.00 MHz ≤59 dBμV 10 dBμV

低壓電源6.00 MHz ≤89 dBμV 6 dBμV

30.00～70.00 MHz ≤59 dBμV 10 dBμV

高壓電源+ 70.00 MHz ≤59 dBμV 1 dBμV

高壓電源- 70.00 MHz ≤59 dBμV 1 dBμV

RE輻射

測試 是

外部天線（

連續(xù)限值

要求）

水平50.00～60.00 MHz ≤36 dBμV 18 dBμV

垂直50.00～60.00 MHz ≤36 dBμV 25 dBμV

外部天線（

分段限值

要求）

水平50.00～60.00 MHz ≤40 dBμV 20 dBμV

垂直50.00～60.00 MHz ≤40 dBμV 25 dBμV

表 6 雙電機控制器傳導(dǎo)及輻射測試結(jié)果

要 加 強 對 電 纜、 接

口和整個電路板的

屏蔽措施。

3.3.3 搭鐵問題

雙電機控制器

中的搭鐵問題也可

能導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射干

擾， 需 要 檢 查 和 優(yōu)

化 搭 鐵 設(shè) 計， 確 保

良好的搭鐵連通性

和連續(xù)性。

3.3.4 不合適的電源

濾波

如果雙電機控

制器的電源濾波設(shè)

計不合適或電源線電磁兼容性差，就會導(dǎo)致電磁干擾信號通過電

源線傳播到其他設(shè)備中。可能需要增加電源濾波器、調(diào)整濾波器

參數(shù)或優(yōu)化電源線布局。

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031 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

【參考文獻】

作者簡介 :

李智，本科，工程師，研究方向為電機控制器總體設(shè)計。

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接收機的限值和測量方法 [S].

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程 ,2014,36(05):580-585.

相互兼容性和符合法規(guī)要求。這樣可以保證設(shè)備的可靠性、安全

性和穩(wěn)定性，并確保設(shè)備對其他設(shè)備和環(huán)境的影響達到可接受的

范圍。

3.3.5 控制電路問題

信號線或數(shù)據(jù)線的干擾抑制措施不

足、高頻信號抑制不良等?？赡苄枰匾?/p>

控制電路的設(shè)計和優(yōu)化，以減少干擾信號

的傳播和影響。

如果雙電機控制器的傳導(dǎo)發(fā)射和輻射

發(fā)射測試結(jié)果不達標(biāo)，需要進行相關(guān)的調(diào)

試和改進，以滿足規(guī)定的電磁兼容性要求。

這包括重新設(shè)計電路布局、加強電磁屏蔽、

優(yōu)化接地設(shè)計、改善電源濾波和優(yōu)化控制

電路等措施 [5-6]，以減少干擾信號的發(fā)射

和傳導(dǎo)，確保雙電機控制器在電磁環(huán)境中

的正常操作。

4 改進與分析

為了解決以上問題，本文所涉及到的

雙電機控制器型號在采取了以下措施。

（1）高壓直流添加 LC 濾波。

（2）通過殼體對兩個高壓功率模塊進

行隔離，同時在高壓組件和控制板中增加

屏蔽板。 圖 3 雙電機控制器傳導(dǎo)發(fā)射電壓法測試結(jié)果

（3）在 CAN 總線及旋變輸入輸出側(cè)，添加共模濾波電感。

（4）在電源入口處設(shè)置濾波電路。

（5）配置內(nèi)部電源的 PWM 頻率，避開電纜等諧振點。

（6）去耦電容貼近芯片電源處。

（7）采樣、PWM 等信號線路進行差分設(shè)計。

（8）模擬搭鐵和電源獨立設(shè)計。

采取了以上措施后，再次進行測試，試驗結(jié)果表明，從

3.00 MHz 的低頻段開始一直到 108.00 MHz 的高頻段，無論進行

傳導(dǎo)發(fā)射電流法還是傳導(dǎo)發(fā)射電壓法測試，噪聲值都低于限值，

達到了設(shè)計目標(biāo)（圖 3）。

5 結(jié)束語

電磁兼容性試驗可以評估電子電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中的工作

特性，減少干擾，確保設(shè)備之間的相互兼容性和可靠性。對于車

輛上的電子電氣設(shè)備來說，電磁兼容性試驗可以評估設(shè)備在電磁

環(huán)境中的抗干擾能力，確定設(shè)備的輻射水平，并確保設(shè)備之間的

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032 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（舟山市 7412 工廠，舟山 316041）

徐立軍、范奇達、張文波、應(yīng)佳舟

摘要 ：柴油發(fā)動機上的主軸承蓋螺栓，因裝配工藝欠優(yōu)以及服役過程中長期承受交變載荷、沖擊載荷，容易發(fā)生疲勞失效。本文用斷口形貌檢查、

化學(xué)成分分析、硬度檢測、金相檢測及非金屬夾雜物檢測等方法，對受檢斷裂螺栓進行了全面分析，認(rèn)為該螺栓失效屬多源疲勞斷裂。其主要原

因是汽車長期過載行駛，使主軸承蓋螺栓在螺紋根部發(fā)生疲勞失效。另外，通過分析裝配工藝和模擬試驗驗證，提出了優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞 ：主軸承蓋螺栓 ；斷裂分析 ；疲勞失效 ；裝配工藝 ；過載行駛

中圖分類號 ：U464.13 文獻標(biāo)識碼 ：A

某柴油發(fā)動機主軸承蓋螺栓斷裂分析與應(yīng)對措施

0 引言

主軸承蓋螺栓作為發(fā)動機上的五大關(guān)鍵緊固件之一，連接著

發(fā)動機缸體和軸承蓋（圖 1）。其作用是在發(fā)動機工作時，能承受

曲柄連桿產(chǎn)生的慣性力和氣體爆發(fā)力等復(fù)雜交變載荷，保證主軸

快速初判螺栓故障和后續(xù)質(zhì)量問題分析的參考資料，以供行業(yè)技

術(shù)人員參考借鑒。

1 試驗與分析

該 主 軸 承 蓋 螺 栓 的 材 質(zhì) 為 SCM 435 材 料， 規(guī) 格 為

M14×118，性能等級為 10.9 級，表面為錳系磷化并上某一型號

防銹潤滑油，摩擦系數(shù)技術(shù)要求為 0.08 ～ 0.14。現(xiàn)場裝配采用

扭矩轉(zhuǎn)角法，擰緊工藝為 115.00 N · m+90°。

1.1 外觀檢查

受檢斷裂螺栓共 3 件，每個斷裂螺栓的斷口均已被機油嚴(yán)重

污染，目視無法看清斷口特征（圖 3）。用適量無水酒精，采用超聲

波除油法處理試樣 30 min。除油后，試樣放在烘箱里烘干 10 min。

預(yù)處理后的斷口形貌效果如圖 4 所示。

圖 1 主軸承蓋螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2 現(xiàn)場拆檢的主軸承蓋螺栓斷件

圖 3 除油前主軸承蓋螺栓斷件 圖 4 除油后的主軸承蓋螺栓斷件

承蓋與發(fā)動機缸體之間密封穩(wěn)

固 [1]。但是任何零部件的壽命

總會受限于疲勞。長期服役條

件下的主軸承蓋螺栓，會在某

個或某些高應(yīng)力部位產(chǎn)生損傷

并逐漸積累，從而出現(xiàn)裂紋萌

生和擴展，以至于最后發(fā)生斷裂失效 [2]。進而，發(fā)動機上的其他

部件也會因此受損甚至報廢，可能帶來不小的經(jīng)濟損失以及人身

安全風(fēng)險。

某已上市重型商用車，其柴油發(fā)動機上的主軸承蓋螺栓出現(xiàn)

偶發(fā)性斷裂故障，共計 3 件（圖 2）。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查得到相關(guān)故障信

息 ：車輛在行駛過程中發(fā)動機

出現(xiàn)異響，在維修廠對發(fā)動機

進行拆檢，發(fā)現(xiàn)第 2 和第 3 道

主軸蓋螺栓斷裂，而第 1 道以

及 第 4 ～ 7 道 主 軸 承 蓋 正 常。

進一步拆檢 1 ～ 6 缸，確定無拉缸、拉瓦現(xiàn)象。該故障汽車的行

駛里程在 9.0 萬～ 9.5 萬 km。追溯該車服役歷史，存在負(fù)荷重、

工作強度大的現(xiàn)象，曾有過車輛動力不足的故障記錄。

為了查清螺栓斷裂的原因，本文對斷件進行了詳細的分析，

以便采取有效對策對癥下藥，另外本文也可作為汽車檢修時現(xiàn)場

目視檢查斷裂螺栓（分別標(biāo)記為 1 號、2 號和 3 號），斷口

位置分別為 ：1 號斷口位于螺紋收尾處 ；2 號和 3 號斷口位于與

缸體內(nèi)螺紋配合的第一扣螺紋處。3 個螺栓斷口都有明顯的剪切

唇，與螺栓軸向呈約 45°。其中 1 號剪切唇處的螺紋相對于另外

2 個，存在著輕微的橫向受力變形，而斷面剩余區(qū)域相對比較平整。

所有斷面均存在著裂紋源區(qū)、裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū) 3 個區(qū)域。另外，

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033 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

斷裂處的螺紋并未出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。

1.2 低倍檢查

采用 NV3 體視顯微鏡對 3 個斷件的斷口進行低倍形貌分析。

因 2 號和 3 號斷件的斷口形貌相近，可任取其一。

經(jīng)檢查，1 號斷件的斷裂起始于螺紋牙底（圖 5），斷面的剪

切唇處呈暗灰色 ；其余區(qū)域，暗灰色與金屬色以接近 1 ：1 的比

1.4 化學(xué)成分分析

按照 GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的

測定 火花放電原子發(fā)射光譜法》的檢測要求，用斯派克直讀光譜

儀 MAXx09-A 對斷裂螺栓（1 號斷件）的化學(xué)成分進行分析（表 1）。

檢測結(jié)果顯示，斷裂螺栓化學(xué)成分符合 Q/BQB 517—2019《冷鐓

鋼盤條企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中對 SCM435 鋼的要求。

1.5 硬度檢測

用硬度計對斷裂螺栓（2 號斷件）的芯部及表面分別進行硬

度測試，測試結(jié)果如表 2 所示。檢測結(jié)果顯示，斷裂螺栓的硬度

符合 10.9 級螺栓的芯部硬度要求。從表芯硬度與要求比對可知，

螺紋處無增碳。

1.6 非金屬夾雜物檢測

在 2 號斷件靠近斷口的螺紋部分縱向取樣，試樣經(jīng)粗磨、細

圖 5 1 號斷件的斷口

圖 6 3 號斷件的斷口

例并存。1 號斷件的斷口呈現(xiàn)大

量的金屬色，說明該區(qū)域存在

橫向位移，發(fā)生過較為頻繁的

擠壓摩擦。圖 5 中 A 區(qū)為裂紋源，

B 區(qū)為裂紋擴展區(qū)，因斷面間反

復(fù)摩擦的作用，貝紋線可見但

已不太明顯，從剪切唇與斷面

的交界可見貝紋線的大致形狀。

C 區(qū)為瞬斷區(qū)，所占面積接近斷面的 50%。由瞬斷區(qū)最大可推斷：

與 2 號斷件和 3 號斷件相比，1 號斷件所受軸向力在某一階段有

一個突增。也就是說，1 號斷件的斷裂可能晚于 2 號和 3 號斷件。

3 號斷件的斷面形貌顯示清晰（圖 6）。同樣，斷裂起始于螺

紋牙底部位。A 區(qū)為裂紋源，該

區(qū)域可見有明顯的金屬光澤。B

區(qū)（B1 和 B2）為裂紋擴展區(qū)，

可見清晰的貝紋線，且貝紋線

的間距隨著遠離裂紋源而明顯

增大。B1 區(qū)呈現(xiàn)淺灰色，B2 區(qū)

呈現(xiàn)深灰色，且 B2 區(qū)的粗糙程

度明顯大于 B1 區(qū)。C 區(qū)為瞬斷區(qū)。

1.3 電鏡掃描分析

用電鏡對 3 號斷件的斷口進行掃描分析。掃描 A 至 B1 區(qū)域，

存在清晰的貝紋線。貝紋線以多裂紋源 A 為中心，以相對平直的

弧形向斷面芯部擴展（圖 7）。掃描 B2 區(qū)域，可見很多韌窩，呈

等軸狀（圖 8）。掃描 C 區(qū)，可見很多大小不一的等軸韌窩（圖 9）。

綜上，斷口呈典型的多源疲勞特征，也有表現(xiàn)出一定的韌性，

初步判定螺栓的失效為多源疲勞失效。

圖 7 對 3 號斷件斷口的 A 至 B1 區(qū)域掃描

圖 8 對 3 號斷件斷口的 B2 區(qū)域掃描

圖 9 對 3 號斷件斷口的 C 區(qū)域掃描

成分 C Si Mn P S Cr Mo

斷裂螺栓（1號） 0.3520% 0.1680% 0.7560% 0.0077% 0.0016% 1.0500% 0.1910%

評價標(biāo)準(zhǔn)（Q/BQ517—2019） 0.3300%～0.3800% 0.1500%～0.3500% 0.6000%～0.9000% ≤0.0300% ≤0.0300% 0.9000%～1.2000% 0.1500%～0.3000%

表 1 斷裂螺栓的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

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034 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

磨和拋光后檢查，按 GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含

量的測定 標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》，實際檢驗 A 法進行評定級別

（圖 10），結(jié)果如表 3 所示。檢測結(jié)果顯示，在螺栓螺紋斷口處，

不夠的。有時裝配工藝參數(shù)的欠優(yōu)也會成為螺紋聯(lián)接提前出現(xiàn)失

效的重要因素之一。通過追溯該故障發(fā)動機主軸承蓋螺栓的歷史

裝配記錄，可知 14 根螺栓當(dāng)時的擰緊扭矩值（表 4）。

圖 11 1 號斷件螺紋牙部金相檢測

（50X）

圖 12 2 號斷件螺紋牙部金相檢測

（50X）

圖 13 1 號斷件芯部組織（500X） 圖 14 2 號斷件芯部組織（500X）

表 2 斷裂螺栓的硬度測試

表 3 斷裂螺栓非金屬夾雜物檢測

圖 10 斷口附近螺紋處非金屬夾雜物檢測

測試位置 測試點1 測試點2 測試點3

芯部硬度（32～39）HRC 36.6 37.0 37.5

表面硬度（HV0.3） 359 365 372

芯部硬度（HV0.3） 362 360 353

螺栓硬度要求 芯部硬度為32～39HRC，表面不高于芯部

30HV0.3，且表面未高于390HV0.3

檢驗指標(biāo) A類夾

雜物

B類夾

雜物

C類夾

雜物 D類夾雜物 Ds類夾

雜物

級別 未見 未見 未見 0.5級 未見

類型 — — — 細系 —

未發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的有害非

金屬夾雜物以引起螺栓出

現(xiàn)失效。

1.7 金相檢測

用金相法觀測斷件（1

號 斷 件 和 2 號 斷 件 ）。 對

斷裂螺栓螺紋部分縱向沿

直徑方向切開，磨拋后檢

查。斷件螺紋牙型正常，未見其表面不連續(xù)性缺陷，螺紋牙底

以圓弧過渡，螺紋處無折疊、無脫碳 , 未發(fā)現(xiàn)螺紋表面存在白

色的磷富集層（圖 11 和圖 12）。斷件螺栓的芯部組織正常，為

均勻的回火索氏體組織和極少量的未溶鐵素體，等為 1 級（圖

13 和圖 14）。

2 裝配工藝分析與試驗驗證

為了確保螺紋聯(lián)接的可靠性，僅僅關(guān)注螺栓本身的質(zhì)量還是

裝配

位置

第1道

主軸承

蓋/N·m

第2道

主軸承

蓋/N·m

第3道

主軸承

蓋/N·m

第4道

主軸承

蓋/N·m

第5道

主軸承

蓋/N·m

第6道

主軸承

蓋/N·m

第7道

主軸承

蓋/N·m

I 230.90 221.90 232.70 * 217.90 228.90 216.00 232.90

II 232.20 224.30 * 221.60 * 229.40 221.50 223.60 238.20

表 4 主軸承蓋螺栓現(xiàn)場裝配實際扭矩

表 5 基于實際裝配條件下的靜態(tài)軸向力值

裝配

位置

第1道主

軸承蓋

/kN

第2道主

軸承蓋

/kN

第3道主

軸承蓋

/kN

第4道主

軸承蓋

/kN

第5道主

軸承蓋

/kN

第6道主

軸承蓋

/kN

第7道主

軸承蓋

/kN

I 90.20 89.80 92.10 90.20 91.10 89.30 89.80

II 91.20 91.40 90.90 93.50 90.70 90.80 93.30

表 5 中的靜態(tài)軸力值是無法與表 4 中的擰緊扭矩一一對應(yīng)的，

但從整體上分析，軸向力和擰緊扭矩的范圍已定，對應(yīng)的實測摩

擦系數(shù)范圍也就確定了。為了更具說服力，以下通過試驗進行模

擬驗證。用摩擦系數(shù)性能試驗機對同批次完好螺栓進行模擬裝配，

試驗條件依照國標(biāo) GB/T 16823.3—2010《緊固件 扭矩 - 夾緊力試

驗》，并按 115.00 N · m+90°擰緊。測試結(jié)果如表 6 所示。

表 4 中擰緊扭矩的平均值為 226.57 N · m，表 5 中的靜態(tài)軸

向力平均值在 91.02 kN。從統(tǒng)計學(xué)的角度來看，模擬試驗測定的

值能較好地再現(xiàn)實際狀態(tài)，可以確定現(xiàn)場裝配的實際摩擦系數(shù)在

由表 4 可知，第 2 和第 3 道主軸承蓋螺栓斷裂。該螺栓的裝

配工藝是用扭矩轉(zhuǎn)角法，初始扭矩為 115 .00 N · m，后轉(zhuǎn)角 90°，

對其的監(jiān)控范圍是 180.00 ～ 270.00 N · m。簡單分析表 4 中擰

緊扭矩，最小值為 216.00 N · m，最大值為 238.20 N · m。對此，

認(rèn)為螺栓擰緊扭矩都落在監(jiān)控區(qū)間內(nèi)，一致性也相對較好。而該

批次螺栓在前期研發(fā)驗證階段，用超聲波測軸力法測得基于實際

裝配條件下的靜態(tài)軸向力值如表 5 所示。

注：標(biāo)記*為斷裂螺栓。

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035 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

圖 15 樣件 1 擰緊曲線（未過屈服）

0.13 左右。但試驗過程中發(fā)現(xiàn)，按 115.00 N · m+90°裝配，螺栓

可能存在未入屈服的狀態(tài)（圖 15）。

總扭

矩/N·m

軸 向

力/kN

支撐面扭

矩/N·m

螺紋扭

矩/N·m

總摩擦

系數(shù)

支撐面摩

擦系數(shù)

螺紋摩

擦系數(shù)

樣件1 219.08 87.98 114.17 104.91 0.13 0.13 0.12

樣件2 224.93 90.64 122.90 102.04 0.13 0.14 0.11

樣件3 225.68 92.63 111.47 114.21 0.12 0.12 0.12

樣件4 217.34 91.64 111.98 105.36 0.12 0.13 0.11

樣件5 223.37 91.80 118.38 105.36 0.12 0.13 0.11

表 6 裝配工藝下的緊固參數(shù)

表 7 優(yōu)化裝配工藝下的緊固參數(shù)

總扭

矩/N·m

軸向

力/kN

支撐面扭

矩/N·m

螺紋扭

矩/N·m

總摩擦

系數(shù)

支撐面摩

擦系數(shù)

螺紋摩

擦系數(shù)

樣件1 246.57 92.31 127.43 119.14 0.14 0.14 0.13

樣件2 246.36 93.45 132.94 113.42 0.14 0.15 0.12

樣件3 235.08 93.94 113.13 121.95 0.13 0.12 0.13

樣件4 231.95 93.37 119.63 112.32 0.13 0.13 0.12

樣件5 239.49 93.56 125.45 114.04 0.13 0.14 0.12

3 斷裂原因分析與結(jié)論

根據(jù)以上試驗，可以認(rèn)定螺栓的斷裂屬于多源疲勞失效。

從斷口的形貌分析，目視檢查可見清晰的貝紋線，分布于斷

面半徑的 1/2 處 ；斷裂部位位于與缸體內(nèi)螺紋配合的第一扣

螺紋處，也就是螺紋受力的第一扣處，該處螺紋承力最大 [4]。

螺栓疲勞源頭位于螺紋牙底，該部位是螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)中應(yīng)力

集中最嚴(yán)重的地方 [5]。用電鏡分析斷口，發(fā)現(xiàn)存在典型的疲

勞輝紋。

對螺栓斷裂件的檢測分析，其化學(xué)成分、洛氏硬度以及表芯

硬度比對等指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)異常。螺紋表面也未發(fā)現(xiàn)不連續(xù)性缺陷。

從金相分析來看，螺紋部分無明顯脫碳，顯微組織正常，也未發(fā)

現(xiàn)嚴(yán)重的非金屬夾雜物缺陷?；谝陨戏治?，得出螺栓本身的質(zhì)

量沒有問題，不是本次斷裂的主要原因。

從該螺栓的服役工況上分析，主軸承蓋螺栓在正常的預(yù)緊狀

態(tài)下，主要受軸向拉伸載荷。但批量螺栓在安裝時若散差過大，

個別螺栓存在彈性區(qū)擰緊，再加上長期承受曲柄連桿機構(gòu)產(chǎn)生的

慣性力和氣體作用力等復(fù)雜交變載荷作用，以及惡劣環(huán)境下瞬時

沖擊載荷的影響（如在汽車過載行駛情況下經(jīng)常性急加速），易

出現(xiàn)提前發(fā)生松動和疲勞失效的問題。

（下轉(zhuǎn)第 39 頁）

圖 16 樣件 1 擰緊曲線（已過屈服）

而對于螺紋聯(lián)接的疲勞壽命而言，超彈性擰緊方式的螺紋

聯(lián)接往往優(yōu)于彈性擰緊方式，特別是螺栓處在長期承受復(fù)雜交

變載荷的環(huán)境下。郭衛(wèi)凡等在《螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力與疲勞強度

的討論》中提出，可以增大螺栓的預(yù)緊力來減小螺栓聯(lián)接的應(yīng)

力幅，從而能提高螺紋聯(lián)接的有效疲勞強度 [3]。若不需考慮拆

卸后螺栓的重復(fù)使用，則螺紋聯(lián)接產(chǎn)生的預(yù)緊力可以達到甚至

超過螺栓的屈服應(yīng)力。

出于這方面的考慮，不妨在初始扭矩不變的條件下，增大轉(zhuǎn)

角幅度，由原先的 90°增至 120°，再通過用模擬試驗來驗證適當(dāng)

增大轉(zhuǎn)角的結(jié)果。為了更好地控制試驗變量，本試驗可與上文的

模擬裝配試驗共同進行。螺栓過屈服后擰緊狀態(tài)曲線如圖 16 所示，

試驗數(shù)據(jù)如表 7 所示。

由表 7 中可知，轉(zhuǎn)角的增大一方面會使總扭矩和軸向力的均

值都有所增加，但更是為了改善軸力散差，消除個別樣件未過屈服

的狀態(tài)。比較表 6 和表 7 的數(shù)據(jù)，軸向力的極差由原來的 4.65 kN

減小至 1.63 kN，明顯變小，優(yōu)化了螺栓擰緊狀態(tài)的一致性。另外，

優(yōu)化方案可操作性強，容易實現(xiàn)，也幾乎不帶來成本的增加。

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036 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（舟山市 7412 工廠，舟山 316041）

陳宣臻、蔣楊英、徐嘉輝

摘要 ：本文針對汽車智能座艙中座椅傳動細長絲桿具有冷鐓成型困難、結(jié)構(gòu)強度高及傳動精度要求高等特點，通過 DEFORM 軟件構(gòu)建 CAE 模型，

對不同的冷鐓成型方案進行分析，確定最優(yōu)的產(chǎn)品成型工藝路線。該研究通過設(shè)計合理的螺紋成型方案，保證了產(chǎn)品良好的螺紋精度，實現(xiàn)了電

動座椅平穩(wěn)傳動、無異響。通過現(xiàn)場的工程驗證，目前生產(chǎn)的座椅傳動細長絲桿，可控制直線度在 0.12 mm 以內(nèi)，芯部硬度保持在 230HV 左右，

承受軸向拉力 14 kN 以上，螺紋精度達到 10 級以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足客戶提出的各項技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 ：電動座椅 ；傳動細長絲桿 ；冷鐓 ；沖孔

中圖分類號 ：U463.83+6 文獻標(biāo)識碼 ：A

一種座椅傳動絲桿成型工藝研究

0 引言

傳統(tǒng)的座椅升降一般都是依靠齒輪和齒條的嚙合進行傳動，

由于齒數(shù)限制，導(dǎo)致座椅在升降高度和升降的精準(zhǔn)度上受到了限

制，而齒輪副之間的頓挫感也會使駕乘體驗大打折扣。隨著新能

源與智能化成為汽車新的發(fā)展趨勢，汽車消費偏好逐步升級，汽

車座椅被提出了更高的功能性與舒適性要求。

一種由座椅傳動絲桿和電機組成的傳動機構(gòu)在此環(huán)境下應(yīng)運

而生 [1]。一方面，絲桿的長度可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計進行增加和縮短，

以保證座椅個性化功能的實現(xiàn) ；另一方面，絲桿的螺距可以靈活

設(shè)計，以提升座椅在升降過程中的舒適感以及控制升降速度。另

外，相同的電動座椅，采用梯形絲桿傳動相對于齒輪齒條傳動更

加平穩(wěn)，且座椅整體質(zhì)量可降低 0.5 kg 左右，實現(xiàn)了汽車座椅的

輕量化需求。

但是，由于座艙空間有限，此類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通常細且長，通過

傳統(tǒng)的熱處理工藝雖然可以提升螺紋桿的芯部硬度，但同時也容

易發(fā)生桿部彎曲現(xiàn)象，而且具有成本高、周期長以及報廢率高等

諸多弊端。因此，本文基于 DEFORM 軟件對于該類產(chǎn)品的成型

工藝進行模擬分析，通過冷作硬化變形來提高芯部硬度，以替代

傳統(tǒng)的熱處理工藝方案，從而控制該類傳動絲桿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，

降低質(zhì)量風(fēng)險。

1 工藝路線確認(rèn)

絲桿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由帶圓孔扁方頭部、限位法蘭和螺紋桿三部分

組成（圖 1）。頭部帶圓孔扁方與座椅連接并存在一定的轉(zhuǎn)動余量，

螺紋桿與傳動螺母連接，電機旋轉(zhuǎn)后帶動傳動螺母在絲杠螺紋桿

部前后移動，從而實現(xiàn)座椅升降 [2]。該結(jié)構(gòu)具有傳動平穩(wěn)、無異

響及輕量化等優(yōu)點。

本 文 研 究 的 絲 桿 產(chǎn) 品， 規(guī) 格 為 TR7×1.5×195。 其 主

要 技 術(shù) 難 點 為 ：① 絲 桿 直 線 度 要 求 0.12 mm ；② 硬 度 要 求

220 ～ 240HV，保證軸向拉力 14 kN 以上 ；③螺紋桿部距限位法

蘭面的不完整螺紋長度最大為 4.00 mm ；④絲桿齒形齒向精度要

求 10 級，且保證螺紋無磕碰。

根據(jù)圖紙尺寸要求（圖 2），產(chǎn)品頭部扁方寬度為 18.00 mm，

厚度為 5.00 mm，而桿部螺紋規(guī)格僅為 TR7，如用 φ11.02 mm

的線徑成型，頭部與桿部的冷鐓變形量達到了 73%，遠超于普通

碳鋼所能承受的變形程度。目前市場上對于該類產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝

多數(shù)為：冷鐓—沖壓—鉆孔—車削桿部—精磨桿部—熱處理—滾絲。

其中為了保證桿部螺紋精度，增加了 2 道機加工工序，不僅生產(chǎn)

效率低，而且成本也居高不下。

為突破行業(yè)技術(shù)瓶頸，提高產(chǎn)品競爭力，本研究對于該類產(chǎn)

品工廠設(shè)定的工藝路線為 ：頭部和桿部絲坯一次冷鐓成型—冷擠

圖 1 座椅傳動絲桿及安裝位置

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037 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

壓頭部扁方—沖孔—滾絲，優(yōu)化工藝從 7 道工序縮減到 4 道工序。

2 技術(shù)難點攻關(guān)

2.1 冷鐓成型

為保證產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，本研究首先采用 DEFORM

軟件對產(chǎn)品工藝進行 CAE 模擬分析 [3]。雖然從材料的應(yīng)力分布界

面看到（圖 3），局部有應(yīng)力集中的現(xiàn)象，但只要能匹配到可塑性

較強的材料，頭部和桿部絲坯是可以實現(xiàn)冷鐓一次成型的。

此，本研究采用冷擠壓的方式成型。冷擠壓一般都是采用模具型

腔對產(chǎn)品尺寸進行約束，可以有效保證頭部尺寸的穩(wěn)定性。而該

產(chǎn)品的另一難點在于扁方上定位孔的成型。一般座椅傳動絲桿上

的定位孔分為光孔、螺紋孔和方孔等形式，本文主要研究的是光

孔結(jié)構(gòu)的沖壓成型。

對于這類定位孔，為了實現(xiàn)座椅傳動時無異響，內(nèi)孔公差需

要控制在 0.07 mm 以內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，如果采用普通的鉆孔方式成

型，鉆孔后不僅需要通過后續(xù)的鉸孔來保證內(nèi)孔精度（圖 4），而

且生產(chǎn)節(jié)拍也無法滿足大批量生產(chǎn)的需求。因此，采用沖孔的成

型方式更加符合實際。

圖 2 座椅傳動絲桿尺寸要求

圖 3 冷鐓變形應(yīng)力分布結(jié)果

圖 4 鉆孔成型的內(nèi)孔

圖 5 內(nèi)孔異常產(chǎn)品

通過對材料的延展性對比分析，本研究最終選擇了具有較高

可塑性的硼鋼作為原材料進行試驗。初步驗證后發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在冷

鐓成型后，絲坯表面存在不同程度的拉傷，說明該材料勉強可以

滿足生產(chǎn)需求，但是對于連續(xù)生產(chǎn)仍然具有一定的風(fēng)險。為了使

產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)，在多次的生產(chǎn)驗證中發(fā)現(xiàn)，通過細化原

材料晶粒以及增加冷鐓模具表面的潤滑處理，可以解決產(chǎn)品成型

過程中桿部及模具的拉傷問題。

由于客戶對于產(chǎn)品桿部硬度有 220 ～ 240HV 的要求，本研

究在現(xiàn)有工藝的前提下，通過微調(diào)產(chǎn)品成型的冷鐓變形量以及原

材料的硬度，使產(chǎn)品通過冷作硬化的作用，將桿部的芯部硬度

控制在 230HV 左右。這樣，不僅減少了 1 道熱處理強化的工序，

也解決了熱處理后桿部彎曲變形的難題，有效控制了桿部直線度

0.12 mm 的要求。

2.2 沖孔成型

行業(yè)中對絲桿頭部扁方結(jié)構(gòu)常用的成型方式是沖壓，但是沖

壓成型的產(chǎn)品精度較低，在尺寸的一致性方面無法得到保證。因

通過分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸，發(fā)現(xiàn)由于絲桿頭部扁方厚度為

5.00 mm，寬度為 18.00 mm，孔徑為 φ12.00 mm，意味著圓

孔周圍剩余的材料寬度僅為 3.00 mm。如果采用普通的沖壓模

具，會導(dǎo)致沖壓成型時頭部被壓潰、圓孔直徑超差以及光亮面

不足影響裝配等不良缺陷（圖 5）。

對此，本研究開發(fā)了一套具備沖孔成型的精沖模具。為了不

讓圓孔成型時頭部被壓潰，可以通過在沖壓模上增加預(yù)夾緊工裝，

使得產(chǎn)品扁方面先接觸模具，再由模具內(nèi)部的沖頭進行圓孔沖壓成

型。通過上下模具對頭部進行預(yù)壓緊，沖孔成型時周圍的材料無法

向兩側(cè)流動，扁方面壓潰的現(xiàn)象得到了有效解決。同時，內(nèi)孔沖壓

后產(chǎn)生的撕裂帶光亮面可以保持在 55% 以上，滿足客戶圖紙要求

（圖 6）。這樣，在普通沖床下就實現(xiàn)了精沖的效果，相對于數(shù)控車

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038 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

床鉆孔而言，不僅提高了生產(chǎn)效率，同時更好地保證了內(nèi)孔精度。

2.3 滾絲成型

由于座椅傳動絲桿屬于傳動件，螺紋尺寸如果有較大波動，

會導(dǎo)致座椅的異響或顛簸，從而影響駕乘體驗。因此，這類絲桿

的螺紋設(shè)計精度一般控制在 10 ～ 40 μm。

一般的傳動絲桿由于應(yīng)用場合不同，有車削加工 [4]、銑削加

工和磨削加工等不同的螺紋加工工藝。但是汽車座椅傳動絲桿的

規(guī)格一般都在 TR10 左右，機加工梯形螺紋的生產(chǎn)效率低，無法

滿足大批量生產(chǎn)的需求，所以本研究采用滾絲成型工藝加工傳動

絲桿的螺紋。但是，在產(chǎn)品開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，市場上的滾絲設(shè)備

配備的滾絲輪最大裝配厚度為 150.00 mm，小于 150.00 mm 的

絲桿可以通過定滾成型。而桿部長度超過 150.00 mm 時，普通

的滾絲設(shè)備無法滿足定滾的成型條件，必須采用串滾工藝或通過

增加設(shè)備型腔深度來保證螺紋成型。

通過串滾工藝的試制，雖然可以滿足長桿螺紋的成型條件，

但串滾一根絲桿的時間需要在 30 s 以上。而且由于絲桿頭部法蘭

限位面的存在，會導(dǎo)致根部的不完整螺紋長度至少保持 6.00 mm

以上，使得對手件無法順利裝配至法蘭限位根部。這種情況下需

要增加額外的車絲桿根部的退刀槽工序才能保證正常裝配，不僅

增加了加工成本，同時還提升了退刀槽處應(yīng)力集中的風(fēng)險，增加

了安全隱患。

通過對客戶端產(chǎn)品進行歸類分析，發(fā)現(xiàn)該類座椅傳動絲桿長

度集中在 200.00 mm 以下。為此，經(jīng)與滾絲輪設(shè)備廠家技術(shù)溝通，

專門設(shè)計定制了一款加長版滾絲機，配備 100 t 的擠壓力和伺服

電機傳動系統(tǒng)，同時將滾輪厚度增加到了 200.00 mm。該設(shè)備滿

足 200.00 mm 以內(nèi)座椅傳動絲桿定滾成型的條件，并且控制尾

部不完整螺紋長度在 4.00 mm 以內(nèi)（圖 7）。

另外，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，對于桿部長度大于 150.00 mm

的座椅傳動絲桿，相同的絲坯尺寸，產(chǎn)品中段跨棒距要大于前后

兩段。該現(xiàn)象導(dǎo)致座椅在傳動時中段電流過大，會增加座椅調(diào)節(jié)

時的頓挫感。通過對滾絲輪成型工藝的了解，發(fā)現(xiàn)滾絲輪生產(chǎn)廠

家為了降低加工成本，一般采用先軟料磨制，再通過熱處理提高

硬度的加工方式。這種工藝對于高度在 80.00 mm 以內(nèi)的滾絲輪

不會有太大的影響，但是對于 200.00 mm 厚度的滾絲輪，會造

成熱處理后滾絲輪變形，進而導(dǎo)致產(chǎn)品桿部尺寸發(fā)生變化，影響

裝配性能。對此，要求滾絲輪生產(chǎn)廠家選用進口材料，控制滾絲

輪硬度在 58 ～ 62HRC，采用德國高精度磨齒機加工，同時固化

加工工藝為先熱處理后磨削，從而保證螺紋高精度要求。采用該

定制款設(shè)備加工，定滾一根絲桿的平均時間為 5 ～ 6 s，加工周

期相比串滾縮短 5 倍以上，效率提升顯著。

2.4 螺紋磕碰防護

為保證座椅調(diào)節(jié)時傳動平穩(wěn)、無異響，客戶對螺紋的防護提

出了很高的要求。由于汽車座椅絲桿不經(jīng)過熱處理，表面硬度較低，

容易發(fā)生磕碰損傷。為了保證螺紋成型后，產(chǎn)品在運輸和超聲波去

油清洗過程中不發(fā)生磕碰，本研究開發(fā)了一款集運輸和清洗功能于

一體的專用工裝 [5]。該工裝采用鏤空設(shè)計，使用耐高溫材料制造（圖

8）。將滾絲成型后的產(chǎn)品放入工裝，運輸至超聲波清洗工位進行清

洗，既能滿足產(chǎn)品較高的清潔度要求，又保證了產(chǎn)品在運輸和清洗

過程中無重復(fù)搬運，更好地起到了螺紋防護作用。

圖 7 串滾與定滾產(chǎn)品狀態(tài)對比

圖 8 清洗運輸工裝

圖 6 內(nèi)孔正常產(chǎn)品

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039 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 09

（上接第 35 頁）

4 應(yīng)對措施

為了有針對性地改善螺栓的使用壽命，提高螺紋聯(lián)接的疲勞

強度。本文提出以下幾點建議。

第一，對于整車配套（OEM）來說，優(yōu)化裝配工藝，增加

轉(zhuǎn)角至 120°，使螺栓都能在塑性區(qū)擰緊，軸向預(yù)緊力的分布更

加集中。但還未解決的問題是，只憑有限次數(shù)的實驗數(shù)據(jù)是遠

遠不夠的。后續(xù)需要現(xiàn)場裝配的再次驗證和對線上裝配數(shù)據(jù)的

長期監(jiān)控。

第二，對汽車維修廠來說，車輛每次運行 9 萬～ 10 萬 km

進行二級保養(yǎng)時，應(yīng)對發(fā)動機主軸承蓋螺栓進行檢查，確認(rèn)殘余

扭矩和外觀狀態(tài)。對于殘余扭矩不足，能做到及時復(fù)擰加固。外

觀檢查時，對于拆卸下來的螺栓，應(yīng)注意螺栓的頭部、導(dǎo)向部分

以及螺紋各處是否有裂紋或凹痕，螺紋的牙齒形狀是否異常。若

有異常情況，應(yīng)及時更換原裝新件。而且，螺栓擰緊因已過屈服點，

螺紋已發(fā)生塑性變形，因此在發(fā)動機維修保養(yǎng)時，應(yīng)注意該螺栓

拆卸后再次使用的次數(shù)不能超過 2 次。

【參考文獻】

作者簡介 :

徐立軍，本科，工程師，研究方向為緊固件產(chǎn)品的檢測和失效分析。

[1] 劉建 . 基于扭矩轉(zhuǎn)角法的發(fā)動機主軸承蓋連接螺栓裝配工藝的實驗研究

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輛 ,2022,60(04):9-14.

[3] 郭 衛(wèi) 凡 , 唐 文 良 . 螺 栓 聯(lián) 接 的 預(yù) 緊 力 與 疲 勞 強 度 的 討 論 [J]. 科 技 視

界 ,2013(23):65-66.

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析 [J]. 機械設(shè)計與制造 ,2019(04):225-229.

[5] 胡豐巖 , 何強 , 周宏根 , 等 . 基于數(shù)值模擬的柴油機連桿螺紋聯(lián)接可靠性

分析 [J]. 組合機床與自動化加工技術(shù) ,2023(07):32-36.

5 結(jié)束語

該柴油發(fā)動機上的主軸承蓋螺栓失效為多源疲勞斷裂。因個

別螺栓擰緊后位于彈性區(qū)，在高頻振動、瞬時沖擊的長期作用下，

存在預(yù)緊力先衰減后不足的可能，最終導(dǎo)致螺栓的螺紋根部發(fā)生

疲勞斷裂。這也反映出車輛長期超載使用，會對主軸承蓋螺栓的

壽命帶來較大的負(fù)面影響。

【參考文獻】

作者簡介 :

陳宣臻，本科，助理工程師，研究方向為拉鉚槍轉(zhuǎn)接頭、拉鉚堵頭技術(shù)研發(fā)。

蔣楊英，本科，工程師，研究方向為汽車緊固件技術(shù)研發(fā)。

徐嘉輝，本科，工程師，研究方向為戰(zhàn)略性新產(chǎn)品開發(fā)。

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[5] 王友斌 , 王慧 . 絲桿螺桿銑床自動上下料裝置設(shè)計 [J]. 機械制造與自動

化 ,2021(5):59-61.

3 產(chǎn)品驗證

通過客戶端現(xiàn)場裝配驗證，本研究生產(chǎn)的座椅傳動絲桿，在

傳動性能、傳動精度以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度上均滿足設(shè)計和使用需求。

另外，頭部和桿部絲坯冷鐓一次成型和定滾螺紋成型的生產(chǎn)工藝

具備批量生產(chǎn)的可行性，為產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

4 結(jié)束語

本文通過對座椅傳動絲桿進行三維建模分析及生產(chǎn)驗證，得

出如下結(jié)論。

（1）在選用硼鋼等可塑性較強的原材料基礎(chǔ)上，通過細化

晶粒、選擇合適的模具表面潤滑處理等方式，可以將變形量高達

73% 的產(chǎn)品實現(xiàn)冷鐓成型。同時，通過優(yōu)化冷鐓成型工藝方案，

結(jié)合冷作硬化的作用，實現(xiàn)不通過熱處理也可滿足芯部硬度控制

在 220HV 以上，降低熱處理后長桿螺紋直線度超差的風(fēng)險。

（2）在內(nèi)孔成形方面，通過設(shè)計合理的沖孔成形模具，可以

在普通沖床下實現(xiàn)精沖的效果。與數(shù)控車床鉆孔相比，效率更高，

精度更好。

（3）通過定制加長版滾絲機和滾絲輪，可以更好地保證螺紋

精度，滿足更高要求的不完整螺紋長度，對其他傳動類型的產(chǎn)品

精密生產(chǎn)有一定借鑒作用。

（4）對于客戶提出的嚴(yán)苛的螺紋防護需求，可以通過定制與

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相匹配的專用工裝，來降低運輸、清洗等過程中發(fā)生螺

紋磕碰的風(fēng)險。

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