修車幫微信 修車幫APP

重點推薦

上汽大眾途觀 X 為何突然無法起動

寶馬 X5 插電式混合動力車型為何無法電動行駛

企業(yè)新型學徒制試點實施對策與建議

某純電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向調(diào)校及客觀測試

RECOMMENDED

2022.12?總第 545 期?￥20.00

ISSN 1004- 2830

CN 11 - 2984/U

廣告

目次

《汽車與駕駛維修》雜志?月刊?1992 年創(chuàng)刊

2022.12?總第 545 期?每月 10 日出版

新媒體平臺

汽車與駕駛維修傳媒 · 新媒體矩陣

評選平臺

中國汽車金扳手獎、金選獎評選 中國汽車金心獎評選

中國汽車客戶生態(tài)高峰論壇 中國汽保設備行業(yè)十佳評選

鄭重聲明

??本刊全部圖文均有著作權，汽車與駕駛維修雜志社保留所有權利。未經(jīng)本刊書面許可不得為任何目的、以任何形式或手段復制、翻印、

傳播或其他任何方式使用本刊的任何圖文。

本刊承諾

??雜志如有缺頁、錯頁或印刷質(zhì)量問題，請與本刊編輯部聯(lián)系調(diào)換，聯(lián)系人田春慶。

（以下排名不分先后）

網(wǎng)絡合作伙伴

幫幫修車（抖音）

專業(yè)實用的用車、修車知識

修車幫 (APP)

修車人的成長平臺

修車幫 ( 微信 )

修車人的技術交流平臺

修車學苑（抖音）

來學苑，學修車

中國汽車市場 ( 微信 )

縱觀產(chǎn)業(yè)，評說車壇

懂車參謀 ( 微信 / 視頻 )

您的選車、購車高參

（010）64866840、64883484、64883773

（010）64866842、64883515、64882627

（010）64870803

tougao@ads-media.cn

www.ads-media.cn

北京道澤律師事務所?周濤

中國郵政集團公司北京市報刊發(fā)行局

全國各地郵局（所）

82-445

M4415

中國國際圖書貿(mào)易集團有限公司

北京華聯(lián)印刷有限公司

CN 11 - 2984/U

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

20.00 元

內(nèi)容中心

營銷中心

傳真

E-mail

網(wǎng)址

法律顧問

國內(nèi)總發(fā)行

國內(nèi)訂購

郵發(fā)代號

國外代號

國外總發(fā)行

印刷

CN 國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號

ISSN 國際標準連續(xù)出版物號

廣告發(fā)布登記

雜志訂閱匯款地址

收款人

每期定價

楊作濤

孫磊

王全蕾

李寅虎

李志

康曉進

劉亞軒

賈少筠

張嘉鵬

周元昀

執(zhí)行社長

主編

主編助理

高級編輯

運營編輯

新媒體運營

電商運營主管

營銷總監(jiān)

設計總監(jiān)

高級設計師

中國機械工業(yè)聯(lián)合會

北京卓眾出版有限公司、北京科學技術期刊學會

胡波

郭華靜

主管單位

主辦單位

社長

常務副社長

雜志 / 新媒體

維修筆記│REPAIR NOTES

廣汽本田車系故障診斷筆記（33）

故障排除│TROUBLE CLEARING

東風日產(chǎn)奇駿車型故障3例

2021年產(chǎn)一汽奔騰B70起動后為何擋位無法切換

北京現(xiàn)代名圖轎車故障2例

學術│ACADEMIC

汽車發(fā)動機缸體起動機安裝面的加工質(zhì)量提升

汽車速度表、里程表校正作業(yè)過程的誤差及其影響分析

基于GPF溫度傳感器的量產(chǎn)車評估測試方法研究

基于有限元的某汽油機排氣歧管隔熱罩NVH優(yōu)化

基于儲氧率模型的三元催化器失效故障監(jiān)測研究

基于汽車零部件尺寸精度數(shù)字化管理模式研究與應用

002

005

011

維修筆記

REPAIR NOTES

002 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

文 ：嘉陽

廣汽本田車系故障診斷筆記

??維修人員在日常工作中，常會與一些新奇故障不期而遇。這些故障時而令人感到異常棘手，時而讓人興奮

不已，它們在考驗人的同時，也讓其技術水平得到提高。如果人們能養(yǎng)成一種習慣，及時記錄下故障的一些重

要信息，就能為今后的工作帶來極大便利。筆者結(jié)合自己工作中遇到的實際問題，通過對故障現(xiàn)象、特點和形

成機理的深入剖析，旨在總結(jié)出一些即符合本人特點，又能行之有效的診斷方法。筆者以為這不失為一條提高

技術的途徑，希望通過自己的這些切身體會來與大家分享汽車故障診斷的思路。

33

故障 66

關鍵詞 ：右側(cè)碰撞傳感器、SRS

單元、校準

故障現(xiàn)象：一 輛 2020 年 產(chǎn)廣汽 本

田雅閣轎車，搭載 1. 5T 直噴 發(fā)動 機 和

C A 2 A 型 無 級 變 速 器 C V T， 行駛里程

5 181 km。用戶打電話反映儀表板上的

安全氣囊燈點亮，而且這已經(jīng)是近一個

多月發(fā)生的第 3 次。前 2 次都到店檢查過，

并且第 2 次到店后維修人員清除故障碼

后就恢復正?！，F(xiàn)在安全氣囊燈再次點

亮，用戶以自己家太遠而且工作太忙為

由，要求店里上門維修。

檢查分析 ：查詢之前的維修記錄得

知，該車確實因為安全氣囊燈點亮來店

維修過 2 次（圖 283），用 HDS 檢測均是

出現(xiàn)故障碼“B0097-92——右側(cè)碰撞傳

感器（第二個）內(nèi)部故障”。當時維修人

員清除故障碼后多次試車，故障燈都不

再點亮。本次故障重現(xiàn)距上次約 1 個月。

本次 接車的維 修人 員與用戶溝通，

用戶表示所在地區(qū)沒有 4S 店，自費到周

邊修理廠檢測，檢測出故障碼為 B0097-

92，而且無法清除。用戶擔心安全氣囊系

統(tǒng)存在安全隱患，于是不敢再開車，并

強烈要求上門一次解決問題。

根據(jù)故障碼診斷流程（圖 284），首

先需要排除右側(cè)碰撞傳感器（第二個）線

束插接器接觸不良的可能性。因為用戶

那邊的修理廠不敢輕易動手，為避免浪

費大量人力物力到現(xiàn)場，維修人員通過

視頻教學的方式遠程指導用戶當?shù)氐木S

修人員插拔了右側(cè)碰撞傳感器（第二個）

的線束插接器，確認插接器連接正常。

根據(jù)用戶反饋以及對故障現(xiàn)象的確

認，該故障屬于間歇性故障。對于間歇

性故障，首先需要準確了解故障部件的

大致位置和功能。故障碼所指向的右側(cè)

碰撞傳感器（第二個）位于右后座椅側(cè)的

鋼板上（圖 285），其功能是檢測橫向車

輛的碰撞力度。當碰撞傳感器內(nèi)部的 G圖 285 右側(cè)碰撞傳感器（第二個）

圖 283 第 2 次安全氣囊燈點亮 圖 284 故障碼 B0097-92 的診斷流程

維修筆記

REPAIR NOTES

003 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

作用力（沖擊力）傳感器檢測到碰撞時的

撞擊力超過了預設閥值，它會轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

子信號，這些信號可以將側(cè)面碰撞產(chǎn)生

的撞擊力輸入各側(cè)面碰撞傳感器和 SRS

單元中的側(cè)面碰撞 G- 傳感器。如果 SRS

單元內(nèi)的微處理器判斷側(cè)面碰撞傳感器

輸出的信號超過預設閾值，且 SRS 單元

內(nèi)的側(cè)碰撞 G- 傳感器輸出也超過預設閾

值時，從微處理器傳遞給觸動電路的動

作信號可展開側(cè)安全氣囊、側(cè)窗簾式氣

囊和座椅安全帶張緊器（圖 286）。

查 看 SRS 系 統(tǒng) 電 路 圖 可 知（ 圖

287），右側(cè)碰撞傳感器（第二個）通過 2

條線（粉色和藍色）連接到 SRS 單元的

B44 號和 B45 號端子。由于是間歇性故

障，雖然懷疑有線束接觸不良的可能性，

但 從 B0097-92 的診斷 流程 來看，基 本

排除線路故障的可能性，重點應考慮右

側(cè)碰撞傳感器（第二個）和 SRS 單元故

障的可能性。這可以通過互倒可疑故障

零件的方法爭取重現(xiàn)故障，以達到縮小

故障范圍的目的。

確定維修思路后，維修人員帶上已知

良好的右側(cè)碰撞傳感器（第二個）和 SRS

單元到達與與用戶約定的地方。維修人員

起動發(fā)動機，確認安全氣囊燈處于一直點

圖 286 側(cè)安全氣囊和側(cè)窗簾式氣囊展開過程

圖 287 SRS 系統(tǒng)的電路圖（部分）

圖 288 左前碰撞傳感器位置

亮狀態(tài) ；用 HDS 檢測，確認存在故障碼

B0097-92 且無法清除。斷開蓄電池連接

線等待 3 min 以上，準備拆裝側(cè)面碰撞傳

感器（第二個）。該車側(cè)面碰撞傳感器有 4

個，布置位置如圖 288 所示。

將后排座椅側(cè)裝飾件撬開一個縫

隙，拆下右側(cè)碰撞傳感器（第二個）并

用攜帶來的已知良好的配件替換后（圖

289），安裝所有拆卸的部件，打開點火

開關，使用 HDS 檢測到故障碼依舊顯示

B0097-92 故障碼。由此排除右側(cè)碰撞傳

感器（第二個）內(nèi)部故障的可能性。

將車 輛點火 開關轉(zhuǎn)為 OFF（LOCK）

模式，斷開蓄電池連接線，等待 3 min

以上，拆下中央扶手箱，替換一個已知

維修筆記

REPAIR NOTES

004 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

良 好 的 SRS 單 元（ 圖 290）。 安 裝 所有

拆卸的部件后，起動發(fā)動機后發(fā)現(xiàn)，雖

然儀表板上的安全氣囊燈熄滅了，但是

VSA 指示燈、VSA OFF 指示燈和胎壓監(jiān)

測系統(tǒng)指示燈卻同時點亮（圖 291）。到

此基本確認安全氣囊燈亮是由于 SRS 單

元內(nèi)部故障導致，確認已找到故障點。

故障排除 ：更換 SRS 單元后，故障

碼 B0097-92 可以清除，但又檢測到新的

故障碼“B2848-54——車輛水平位置校

準未完成”。按照維修規(guī)范，用 HDS 校

準所有傳感器（記憶偏擺率 - 加速度中間

位置）后（圖 292），再進行行人碰撞傳

感器校準（圖 293）。完成后起動發(fā)動機，

儀表板上的多個指示燈不再點亮，恢復

正常。關閉發(fā)動機，將車輛點火開關轉(zhuǎn)

為 ON 模式，檢查并確認 SRS 指示燈點

亮約 6 s 然后熄滅。使用 HDS 的健康檢

圖 292 校準記憶偏擺率 - 加速度中間位置

圖 293 校準行人碰撞傳感器

圖 291 更換 SRS 單元后多個故障燈點亮 圖 294 SRS 單元更換操作規(guī)范

圖 290 更換 SRS 單元

圖 289 拆卸右側(cè)碰撞傳感器（第二個）

查功能檢測（檢查所有故障碼），未發(fā)現(xiàn)

任何故障碼，確認故障排除。后經(jīng)客戶

長期跟蹤用戶反饋，該故障不再出現(xiàn)。

回顧總結(jié)：該車故 障碼為“B0097-

92——右側(cè)碰撞傳感器（第二個）內(nèi)部故

障”，而對于這種傳感器內(nèi)部故障的故障

碼，線束故障的可能性微乎其微。因為

如果是線路故障，那么線路就應該存在

異常的電阻值，這就需要以下條件 ：線

路出現(xiàn)斷路，在斷路處又被某種帶阻值

的導體所連接。比如線束斷路后接觸到

非純凈的水、插接器進水腐蝕以及傳感

器搭鐵腐蝕接觸不良等情況下，會導致

線路存在異常的電阻值。

所以對于此類故障碼，只要線路或

部件附近沒有異常情況，基本可以排除

線路故障的可能性。這樣可以快速縮小

故障范圍，盡快進入部件互倒環(huán)節(jié)。

對于現(xiàn)在的新款車型，更換 SRS 單元

后，儀表板可能會亮起很多故障燈。這并

不是故障，而是 SRS 單元內(nèi)部集成功能

所對應的傳感器需要進行校準學習。比如

本案例中，更換 SRS 單元后需要進行記憶

偏擺率 - 加速度中間位置（所有傳感器校

準）學習和車輛水平位置校正（圖 294）。

（待續(xù)）

故障排除

TROUBLE CLEARING

005 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

文 ：陳元欽

東風日產(chǎn)奇駿車型故障 3 例

故障 1

關鍵詞 ：進氣可變正時執(zhí)行器

故障現(xiàn)象：一 輛 2022 年 產(chǎn) 東 風

日產(chǎn)奇駿運動型多功能車（SUV）， 搭

載 1.5T 發(fā)動機和模擬 8 擋無級變速器

（CVT）， 行駛里程 1 843 km。該車冷車

起動冒黑煙、儀表板上顯示“起停系統(tǒng)

錯誤”且發(fā)動機故障燈點亮而報修。

檢測分析 ：據(jù)用戶反映， 該故障出

現(xiàn)與時間、地點以及天氣無關 ；無事故

履歷 ；每次都是先顯示“起停系統(tǒng)錯誤”

后 1 ～ 2 天才點亮發(fā)動機故障燈。而且

該車因為該問題在前一天到店檢查，接

車人員檢測到故障碼“P0300——多缸

失火”，因為是歷史故障碼，而且該車基

本屬于新車，因此維修人員將故障碼清

除后，建議用戶繼續(xù)使用觀察。

維修人員接車后起動發(fā)動機，發(fā)現(xiàn)

儀表板上發(fā)動機故障燈點亮，同時提示

“起停系統(tǒng)錯誤”（圖 1）。用故障診斷

儀檢測， 依然存在故障碼 P0300。查看

數(shù)據(jù)流讀取失火次數(shù) ：1 缸 1 次 ；2 缸 0

次 ；3 缸 9 次 ；4 缸 10 次。根據(jù)故障現(xiàn)

象以及檢測到的故障碼，故障可能原因

有以下幾點。

（1）因火花塞或點火線圈故障導致

的點火不良。

（2）因燃油品質(zhì)問題、燃油壓力不

足等，導致噴油器堵塞或者噴油霧化不

好，引起燃燒不良。

（3）因進氣歧管漏氣、EGR 閥漏氣

或 EGR 閥的散熱器漏防凍液、碳罐電磁

閥漏氣以及制動真空助力器單向閥故障

等，導致發(fā)動機工作不良。

（4） 因為加裝電子設備引起發(fā)動

機 控 制 單 元 及 相 關 線 束 故 障， 進 氣 可

變正時控制單元或進氣可變正時執(zhí)行

器故障等。

（5） 發(fā)動機正時故障造成的缸壓

不足。

按照上述分析， 拆下火花塞、點火

線圈和噴油器檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，缸壓

經(jīng)測量在正常范圍。經(jīng)用戶反饋，該車

一直在正規(guī)加油站加油，檢查油箱的存

油沒有異常。為了排除隱患，清洗噴油器、

節(jié)氣門和進氣道，更換了汽油后，多次

冷車起動發(fā)動機，依然出現(xiàn)排氣管冒黑

煙，并間歇性出現(xiàn)“起停系統(tǒng)錯誤”的

故障提示。

用正常同款車型的噴油器繼電器、

高壓油泵繼電器、高壓油泵、發(fā)動機控

制單元（ECM）、進氣可變正時控制單元、

進氣可變正時執(zhí)行器、進氣歧管總成、

進氣壓力傳感器、EGR 閥及炭罐電磁閥

等分別替換故障車相應的配件，故障依

舊。根據(jù)技術通報，曾有奇駿因為 EGR

閥泄漏防凍液進入進氣歧管，導致多缸

失火的故障。維修人員對 EGR 閥散熱器

加壓測試，無泄漏防凍液現(xiàn)象。檢查發(fā)

動機線束 F172 和 F173 搭鐵點及線束的

導通性均正常。

為了繼續(xù)確認故障點， 維修人員

又將其他所有可能與故障有關聯(lián)的部

件， 如點火線束、低壓油泵、空燃比

傳感器、空氣流量傳感器、曲軸位置

傳感器、曲軸箱通風閥、智能配電模

塊（IPDM）以及空氣濾清器等， 都與

正常車輛進行了替換試驗， 結(jié)果依然

沒有發(fā)現(xiàn)故障點。

難道之前的檢查中還有什么疏漏的

地 方？維 修 人 員 梳 理 之 前 的 檢 查 過 程，

結(jié)合維修資料發(fā)現(xiàn)，該車搭載的是國六

發(fā)動機，與之前的國五發(fā)動機相比，增

加了 EGR 控制閥， 碳罐電磁閥的控制

也有所區(qū)別（增加了壓力傳感器）。另

外可變正時系統(tǒng)在進氣側(cè)改為了電機控

制。之前的檢查過程雖然對進氣可變正

時控制單元以及進氣正時執(zhí)行器做了替

換試驗，但是進氣可變正時執(zhí)行器電機

并沒有檢查。

思考到這里，維修人員駕駛故障車

輛行駛一段時間，待發(fā)動機熱機后停車

熄火，斷開進氣可變正時執(zhí)行器電機的

線束插接器。待發(fā)動機冷卻后再次起動，

故障未再現(xiàn)。與正常車輛對調(diào)進氣可變

正時執(zhí)行器電機，反復試車，故障沒有

出現(xiàn)。

故障排除 ：更換進氣可變正時執(zhí)行

圖 1 儀表板上的故障提示 器電機，故障徹底排除。

故障排除

TROUBLE CLEARING

006 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

故障 2

關鍵詞 ：OBD 診斷接口、TCM

故障現(xiàn)象 ：一輛 2017 年產(chǎn)東風日

產(chǎn)奇駿 SUV，搭載 2.0 L 發(fā)動機和模擬 7

擋 CVT，行駛里程 8.5 萬 km。該車因車

輛無法起動而報修。

檢查分析 ：與用戶溝通得知， 該車

3 天前因為發(fā)動機艙線束被老鼠咬壞后

無法起動。在離家較近的一家修理廠修

復線束后，車輛可以正常起動行駛，但

第 2 天便無法起動，儀表板上多個故障

燈點亮（圖 2）。

關線束，無虛接和線路破損現(xiàn)象（圖 3）。

將點火開關置于 ON 擋， 用萬用表檢測

OBD 各個端子的電壓，其中，6 號端子

為 CAN H， 測 量 電 壓 為 1.39 V ；14 號

端子為 CAN L，測量電壓為 1.21 V。對

照維修資料發(fā)現(xiàn)，這 2 個端子電壓異常。

檢查 CAN H 及 CAN L 相關線束， 一切

正常。

以起動。路試發(fā)現(xiàn)， 車輛起步緩慢， 低

中速 抖 動， 但 很 難 達 到 80 km/h。 發(fā)

動 機 轉(zhuǎn) 速 比 較 高， 急 加 速 保 持 一 會 后

車 速 勉 強 能 達 到 80 km/h， 但 車 速 偶

爾也會突然快速上升?？傮w試車感受，

類似動力不足問題， 又像變速器打滑。

用 故 障 診 斷 儀 檢 測， 所 有 系 統(tǒng) 都 沒 有

故障碼存儲。

與用戶溝通得知，上午用車一切正

常，中午車輛突然沒電無法起動。想辦

法搭電起動后，下午就發(fā)現(xiàn)難以加速的

問題，于是到店里檢修。

根據(jù)故障現(xiàn)象，維修人員分析故障

的可能原因有 ：①蓄電池或充電系統(tǒng)故

障，例如蓄電池損壞或發(fā)電機充電異常

等 ；②點火系統(tǒng)故障，如火花塞燒蝕或

點火線圈損壞等 ；③進氣系統(tǒng)故障，如

進氣量不足，進氣或廢氣泄露 ；④燃油

系統(tǒng)故障，如燃油壓力不正確或噴油器

故障 ；⑤傳感器故障，如空燃比傳感器

或空氣流量傳感器問題 ；⑥發(fā)動機控制

單元故障 ；⑦變速器控制單元故障。

維修人員對車輛檢查，發(fā)現(xiàn)蓄電池

已經(jīng)老化損壞，需要更換 ；火花塞間隙

達到 1.35 mm，超過標準值 ；變速器油

也很臟。維修人員更換了蓄電池、火花塞

和變速器油后，故障依舊。對車輛做失速

試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn) D 擋時失速轉(zhuǎn)速為 2 150

r/min，R 擋 時 失 速 轉(zhuǎn) 速 為 2 113 r/min，

小于標準值（2 520 ～ 2 980 r/min）。由

此 推 斷 可 能 原 因 為 發(fā) 動 機 動 力 不 足，

變矩器或者單向離合器出現(xiàn)打滑故障

（圖 4）。由于變速器系統(tǒng)沒有故障碼，

不 敢 輕 易 下 定 論， 因 此 重 點 先 診 斷 發(fā)

動機系統(tǒng)。

對發(fā)動機進行功率平衡測試，每個

缸動力輸出均衡。監(jiān)控車輛運行中的數(shù)

圖 2 儀表板上多個故障燈點亮

圖 3 檢查 OBD 診斷接口

故障車被拖回店內(nèi)后，維修人員起

動車輛，起動機沒有反應。用故障診斷

儀檢測車輛，發(fā)現(xiàn)診斷儀無法進入系統(tǒng)。

根據(jù)故障現(xiàn)象，維修人員初步判斷故障

可能的原因有 ：起動系統(tǒng)問題，如蓄電

池 或 起 動 機 故 障 ；CAN 系 統(tǒng) 問 題， 如

IPDM、ECM、車身控制單元（BCM）或

變速器控制單元（TCM） 等出現(xiàn)故障 ；

線束問題，CAN 線束或起動線束等出現(xiàn)

故障。

維修人員檢測蓄電池電壓及冷起動

電流（CCA 值）， 均正常 ；檢查起動機，

常電為 12.60 V，正常 ；起動信號無電壓

輸出。直接給起動機供電，起動機可以

正常工作。

檢查 OBD 診斷接口各個端子及相

維修人員懷疑是 CAN 系統(tǒng)某個控制

單元出現(xiàn)問題， 于是采用排除法檢測。

分 別 斷 開 IPDM、ABS、ECM、BCM 以

及 TCM 的插接器， 同時測量 OBD 的 6

號和 14 號端子電壓。當斷開 TCM 時，6

號端子電壓變?yōu)?2.77 V，14 號端子電壓

變?yōu)?2.23 V，電壓恢復正常。檢查 TCM

的供電和搭鐵均正常，懷疑 TCM 本身有

問題。

故障排除 ：更換 TCM 并做匹配后試

車，車輛順利起動，故障解決。

故障 3

關鍵詞 ：空燃比傳感器、軟件

版本

故障現(xiàn)象 ：一輛 2014 年產(chǎn)東風日

產(chǎn)奇駿 SUV，搭載 2.0 L 發(fā)動機和模擬 7

擋 CVT， 行駛里程 13.2 km。用戶到店

反映車輛行駛抖動并且加速無力，高速

無法超過 100 km/h。

檢查分析 ：維修人員接車后試車，

起動發(fā)動機時感覺起動電壓不足，但可

故障排除

TROUBLE CLEARING

007 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

據(jù)流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)空氣流量數(shù)據(jù)、空燃比

數(shù)據(jù)等出現(xiàn)異常（圖 5）。從空燃比傳感

器電壓偏高的數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)動機運

行過程中混合氣過濃，造成混合氣的不

完全燃燒，這是導致發(fā)動機動力下降的

重要原因。

由 于 數(shù) 據(jù) 流 中 燃 油 壓 力 過 高， 懷

疑燃油壓力調(diào)節(jié)器故障， 于是維修人

員 替 換 已 知 正 常 的 燃 油 泵 進 行 測 試，

故障依舊。隨后又根據(jù)數(shù)據(jù)流中的異

常數(shù)據(jù)， 相繼替換了一個新的空氣流

圖 6 空燃比傳感器相關電路圖

圖 7 更換空燃比傳感器后數(shù)據(jù)依然異常

為 2.2 V 左右 ；持續(xù)不到 10 s 后空燃比

修正值又恢復到 75%，此時空燃比傳感

器電壓為 2.49 V（圖 7）。這種情況幾分

鐘變換一次。

此時，維修人員懷疑可能是發(fā)動機

控制單元內(nèi)部損壞導致控制程序出錯。

斷開發(fā)動機控制單元上的 3 個線束插接

器，檢查線束和端子都正常。由于之前

已經(jīng)更換了空燃比傳感器，如果再更換

發(fā)動機控制單元的話用戶不一定能接受。

抱著嘗試的心理查詢發(fā)動機控制單元是

否有可升級的軟件程序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有可

以升級的版本信息。

故障排除 ：將發(fā)動機控制單元的

軟件由現(xiàn)在的 23710-4BB6A 版本升

級 到 23710-4BB6E 版 本 后 試 車， 用

故障診斷儀查看數(shù)據(jù)流， 所有數(shù)據(jù)都

在正常范圍， 試車一切正常， 故障徹

底排除。

量計， 拆下噴油器清洗檢測， 故障現(xiàn)

象沒有改善。

是什么導致空燃比傳感器電壓異常

呢？根據(jù)空燃比傳感器相關電路圖（圖 6），

維修人員檢查空燃比傳感器 4 號端子的

供電，沒有異常，其他線路也無開路或

短路故障。拆下空燃比傳感器，測量傳

感器的電阻為 2.83 Ω，有些偏高，懷疑

空燃比傳感器已經(jīng)損壞。考慮到該傳感

器價格比較貴，于是先清洗后裝車測試，

故障依舊。斷開空燃比傳感器的線束插

接器，結(jié)果試車一切正常，這時可以判

斷空燃比傳感器已經(jīng)損壞。

由于空燃比傳感器沒現(xiàn)貨，用戶先

開車離開， 結(jié)果 20 min 后打電話到店

里，反映車輛行駛中突然熄火，熄火后

可 以 正 常 起 動， 但 沒 一 會 就 會 再 次 熄

火。故障更加嚴重，車輛沒法再開，于

是維修人員到現(xiàn)場救援，把空燃比傳感

圖 4 失速異常的可能原因

圖 5 檢測到異常的數(shù)據(jù)流

器線束插接器斷開，

起動后車輛能夠正

常行駛。與用戶溝

通 后， 維 修 人 員 將

車開回店內(nèi)。

新的空燃比傳

感 器 到 貨 后， 維 修

人 員 更 換 后 試 車，

卻發(fā)現(xiàn)并沒有解決

問 題。 這 時 發(fā) 動 機

不 會 自 動 熄 火， 用

故障診斷儀查看數(shù)

據(jù) 流， 空 燃 比 修 正

值 上 升 到 75%， 怠

速 偶 爾 抖 動。 空 燃

比修正值有時會跳

到 100%，此時空燃

比傳感器電壓顯示

故障排除

TROUBLE CLEARING

008 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

文 ：劉志遠

2021 年產(chǎn)一汽奔騰 B70 起動后為何擋位

無法切換

關鍵詞 ：電子換擋控制器、電子

換擋執(zhí)行器、線性霍爾傳感器信號

故障現(xiàn)象 ：一輛 2021 年產(chǎn)一汽

奔 騰 B70 轎 車， 搭 載 1.5T 發(fā) 動 機

和 7 擋濕式雙離合變速器 , 行駛里

程為 5 011 km。車主反映該車起動

后組合儀表上發(fā)動機、自動駐車指

示燈、車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)故障燈以

及 防 碰 撞 預 警 指 示 燈 點 亮， 并 且 無

法 進 行 擋 位 切 換， 換 擋 手 柄 一 直 顯

示 P 擋， 因而拖車進店維修。

檢查分析 ：維修人員接車后起動發(fā)

動機，發(fā)現(xiàn)組合儀表上的確點亮多個故

障燈（圖 1）。踩下制動踏板進行擋位切

換時，換擋手柄可以正常操控，但是換

擋手柄擋位及組合儀表的擋位顯示一直

都是 P 擋。無法正常進行擋位切換，車

輛自然無法正常行駛。

與傳統(tǒng)機械式換擋系統(tǒng)在換擋形式和結(jié)

構原理等方面都存在很大的差別。其取

消了機械換擋拉索，換擋信號由電子換

擋 器 通 過 CAN 總 線 發(fā) 送 給 ACM，ACM

控制電子換擋執(zhí)行器完成擋位切換。

ACM 的主要作用有 ：①判斷駕駛員

的目標擋位并控制換擋執(zhí)行器執(zhí)行規(guī)定

的換擋動作，并將執(zhí)行器位置反饋給變

速器控制單元（TCU）；②接收電子換擋

執(zhí)行器反饋的擋位信號 ；③接收當前擋

位信號同時向電子換擋器發(fā)送接收到的

當前擋位信號，與電子換擋器 CAN 信號

通信 ；④向總線反饋電子換擋系統(tǒng)故障

診斷信號。

該車變速器的 P 擋采用機械棘輪駐

車方式。為實現(xiàn)線控換擋功能，需要在

變速器輸出軸上外置換擋執(zhí)行器，帶動

換擋輸出軸旋轉(zhuǎn)進行換擋。線控換擋系

統(tǒng)主要由換擋手柄、擋位蓋板總成、電

子換擋器總成，電子換擋器支架、換擋

執(zhí)行器總成、ACM 以及換擋執(zhí)行器支架

等部件組成。

根據(jù) ACM 引導性故障診斷測試計劃

提示，出現(xiàn)故障的可能原因有 ：①電子

換擋執(zhí)行器內(nèi)部故障 ；②電子換擋執(zhí)行

器到 ACM 之間的線路問題 ；③ ACM 內(nèi)

部故障；④ ACM 的供電及搭鐵線路故障。

按照上述分析，維修人員根據(jù)電子

換擋系統(tǒng)電路圖（圖 2）， 首先測量了

ACM 的供電及接地線路。經(jīng)測量，ACM

的 F24 插 接 器 B15 端 子 始 終 有 12.26 V

的電壓 ；F23 插接器的 A6 端子在點火開

關處于 ON 擋時有 12.07 V 電壓 ；F24 插

接器的 B16 號端子對搭鐵電阻為 0.7 Ω，

說明 ACM 的供電及搭鐵線路均正常。

接下來測量電子換擋執(zhí)行器與 ACM

之 間 的 線 束。分 別 測 量 ACM 的 F24 插

接器 B17、B18、B13、B10、B9 和 B14

圖 1 組合儀表故障燈照片

圖 2 電子換擋系統(tǒng)電路圖

維 修 人 員 用 故 障 診 斷 儀 檢 測， 在

電子換擋控制器（ACM）內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障碼

“P194601—— 霍 爾 傳 感 器 相 互 校 驗 故

障”。該車裝配了電子換擋系統(tǒng)，該系統(tǒng)

故障排除

TROUBLE CLEARING

009 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

端子與電子換擋執(zhí)行器 F34 插接器的 1

號、2 號、3 號、4 號、5 號和 6 號端子

間 電 阻， 結(jié) 果 均 在 0.2 ～ 0.3 Ω， 在 標

準范圍（圖 3），說明電子換擋執(zhí)行器到

ACM 之間線束連接良好。

嘗試替換已知良好的電子換擋執(zhí)行

器（圖 4），故障依舊。按照維修引導計

劃，只有 ACM 沒有驗證了，但目前店內(nèi)

沒有可以替換的配件，維修陷入僵局階

段。由于該車屬于次新車，用戶反應比

較大，要求必須找到故障點。

維修人員重新整理思路， 結(jié)合電子

換擋系統(tǒng)的工作原理，決定通過直接測量

ACM 兩路霍爾傳感器數(shù)據(jù)的方法，來驗證

控 ACM 是否有問題。用故障診斷儀讀取

該車 ACM 的數(shù)據(jù)流，P 擋時線性霍爾位置

傳感器電壓 1 為 2.29 V 和 2.69 V（圖 5），

而正常車輛 P 擋時線性霍爾位置傳感器

電壓 1 為 4.01 V 和 0.98 V（圖 6）。

根據(jù) ACM 各端子含義可知，F(xiàn)24 插

接器的 B9 號端子為線性霍爾位置傳感器

2 的信號線，B10 端子為線性霍爾位置傳

圖 4 替換換擋執(zhí)行器

圖 6 正常車輛 ACM 數(shù)據(jù)流

圖 7 正常車輛線性霍爾位置傳感器 2 在 P 擋和非 P

擋時的信號電壓

圖 8 正常車輛線性霍爾位置傳感器 1 在 P 擋和非 P

擋時的線性電壓

圖 5 故障車輛 ACM 異常的數(shù)據(jù)流

圖 3 F23、F24 和 F34 插接器端子位置及端子含義

感器 1 的信號線。測量正常車輛線性霍爾

位置傳感器 2 的信號電壓，在 P 擋位置時

為 4.02 V，在非 P 擋位置時為 2.29 V（圖 7）；

線性霍爾位置傳感器 1 的信號電壓在 P

擋位置時為 0.97 V， 在非 P 擋位置時為

2.69 V（圖 8）。

根 據(jù) ACM 的 作 用 可 知，ACM 在 判

斷駕駛員的目標擋位以及接收電子換擋

執(zhí)行器反饋的擋位信號，都是通過 2 個

霍爾位置傳感器之間信號電壓相互校驗

確定的。而故障車輛的線性霍爾位置傳

感器 1 與 2 在 P 擋或非 P 擋時電壓信

號固定為 2.29 V 和 2.69 V， 即在駕駛員

進行目標擋位切換時電壓信號無變化。

ACM 接收到反饋信號后，就會向總線反

饋電子換擋系統(tǒng)故障診斷信號，通過組

合儀表點亮故障燈。

由于之前的維修過程已經(jīng)排除電

子換擋執(zhí)行器本身、電子換擋執(zhí)行器與

ACM 之間線路以及 ACM 的供電和搭鐵

線路等問題，因此維修人員判斷是 ACM

內(nèi)部問題導致該車故障。

故障排除 ：更換新的 ACM 后反復測

試，車輛故障沒有復現(xiàn)，至此故障排除。

故障排除

TROUBLE CLEARING

010 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

文 ：劉志遠

北京現(xiàn)代名圖轎車故障 2 例

故障 1 ：倒車雷達無故出現(xiàn)異常

關鍵詞 ：倒車雷達、天窗密封、

漏水

故障現(xiàn)象 ：一輛 2016 年產(chǎn)北京現(xiàn)

代名圖轎車，搭載 1.6T 發(fā)動機和 7 擋干

式雙離合變速器， 行駛里程 2.7 萬 km。

用戶反映倒車雷達出現(xiàn)異常，且故障時

不報警，儀表板有故障指示。

檢查分析 ：維修人員接車后試車發(fā)

現(xiàn)，反復換入倒擋也未出現(xiàn)用戶反映的

倒車系統(tǒng)故障。但從用戶提供的視頻看，

確實為雷達系統(tǒng)出現(xiàn)了問題（圖 1）。由

于故障無法重現(xiàn)，維修人員建議用戶將

車放在店內(nèi)觀察幾天。

漏水的根源。最終發(fā)現(xiàn)天窗密封條處有

漏水痕跡（圖 2），懷疑該密封條老化導

致密封不嚴。

是來店檢修。

檢查分析 ：與用戶溝通得知， 車輛

在行駛中突然出現(xiàn)無轉(zhuǎn)速顯示，但此時

發(fā)動機能正常行駛。車輛熄火無法立刻

起動，但放置半小時后能起動。該車未

加裝任何電器裝置。

維修人員用故障診斷儀檢測，各系

統(tǒng)無任何故障碼存儲。詢問用戶得知，

來店之前先去經(jīng)常做保養(yǎng)的路邊店檢修，

所有歷史故障碼以及與 ESP 系統(tǒng)相關的

故障碼都被刪除了。這一消息加大了該

車的診斷難度。

維修人員根據(jù)故障現(xiàn)象及維修經(jīng)

驗分析，ESP 故障燈點亮與轉(zhuǎn)速表丟失

轉(zhuǎn) 速 這 2 個 現(xiàn) 象 是 有 關 聯(lián) 的。轉(zhuǎn) 速 表

的轉(zhuǎn)速信息是由曲軸位置傳感器傳輸給

發(fā)動機控制單元，發(fā)動機控制單元通過

C-CAN 通訊傳輸給組合儀表，從而由轉(zhuǎn)

速表顯示對應的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。為了防止

誤判，維修人員與用戶不斷試車，結(jié)果

（下轉(zhuǎn)第 14 頁）

圖 3 行駛中無轉(zhuǎn)速且 ESP 故障燈點亮

圖 1 儀表板提示倒車雷達系統(tǒng)故障

圖 2 天窗密封條老化漏水

維修人員偶爾發(fā)現(xiàn)車內(nèi)有漏水痕跡，

正好前幾天下過大雨，考慮故障會不會

與此有關。查看電路圖得知，該車倒車

雷達線束與地板線束關聯(lián)，于是仔細查

看車內(nèi)，結(jié)果在左側(cè)地板線束插接器內(nèi)

發(fā)現(xiàn)積水，該插接器正與雷達線束相連。

在檢查線束時由另外一位同事試車換倒

擋，此時倒車雷達出現(xiàn)異常，故障重現(xiàn)。

將雷達線束插接器內(nèi)的積水清除后

故障消失，但為了防止返修，必須找到

故障排除 ：更換密封條后反復試車，

天窗密封條漏水現(xiàn)象消失。

回顧總結(jié) ：對待偶發(fā)故障一定要多

觀察，多總結(jié)故障規(guī)律，如天氣或者維

修履歷， 這樣對故障排除非常有幫助。

最關鍵的是，該故障一定要找到漏水的

原因，否則肯定會造成返修。

故障 2 ：車輛行駛中突然無轉(zhuǎn)速

顯示

關鍵詞 ：轉(zhuǎn)速表、ESP 故障燈、

曲軸位置傳感器

故障現(xiàn)象 ：一輛 2017 年產(chǎn)北京現(xiàn)代

名圖轎車，搭載 1.8 L 發(fā)動機和 6 擋手自

一體變速器，行駛里程 8.6 萬 km。用戶

反映車輛行駛中無轉(zhuǎn)速顯示，同時 ESP

故障燈點亮（圖 3）。發(fā)動機熄火后無法

起動，放置一段時間后能正常起動，于

學術 | 制造研究

ACADEMIC

011 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

汽車發(fā)動機缸體起動機安裝面的加工質(zhì)量提升

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

黃藝勝、黃保全

摘要 ：本文針對發(fā)動機缸體起動機安裝面的加工質(zhì)量問題，從加工工藝、加工刀具等多方面進行分析，確定缸體起動機安裝面粗銑加工余量過大、刀具減振棒擰緊力

矩不合格是導致加工質(zhì)量問題的主要原因。同時提出改善粗銑加工余量、重新調(diào)整所有刀具擰緊力矩的優(yōu)化方案，通過實際生產(chǎn)驗證，優(yōu)化措施可行，使發(fā)動機缸體

起動機安裝面的加工質(zhì)量得到了有效提升。

關鍵詞 ：發(fā)動機缸體 ；起動機安裝面 ；粗銑 ；精銑 ；崩刀 ；振紋

中圖分類號 ：U463.13 文獻標識碼 ： A

0 引言

近年來，隨著人們對汽車產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，“精益

制造，降本增效”已然成為全球汽車制造業(yè)的重要課題。尤其是

在汽車動力總成部件的一些關鍵零部件，一旦出現(xiàn)粗制濫造的情

況，不僅會影響產(chǎn)品的美觀性，還會影響到動力總成的安全性與

可靠性，并最終影響汽車的使用壽命［1］。

發(fā)動機缸體作為發(fā)動機的重要組成部分，其起動機安裝面（下

文簡稱電機面）加工是缸體加工中的重要一環(huán)。電機面加工異常

可能會引發(fā)設備異常振動及噪聲的情況發(fā)生，甚至會最終影響到

起動機的安裝，以及發(fā)動機飛輪與起動機之間齒輪嚙合的效果 [2]。

本文通過對現(xiàn)有發(fā)動機電機面常見加工質(zhì)量問題進行分析，找到

主要影響因素 , 提出問題解決措施并對效果進行了驗證，有效減

少因電機面加工異常導致的起動機與飛輪齒輪嚙合問題。

1 電機面常見加工質(zhì)量問題

1.1 電機面加工崩刀問題

2020 年 9 月—2021 年 4 月，筆者工廠在使用供應商新制模

具鑄造的缸體毛坯（下文簡稱新毛坯）后，頻繁出現(xiàn)電機面粗銑

刀具崩刀及刀具壽命降低等問題，造成刀具異常消耗及工件返修

或報廢成本浪費。經(jīng)現(xiàn)場測量，新毛坯電機面加工余量平均值為

5.86 mm，此前舊模具鑄造毛坯（下文簡稱舊毛坯）電機面加工

余量平均值為 3.50 mm。

1.2 電機面加工振紋及刀痕問題

筆者工廠發(fā)動機缸體電機面精銑加工時，如果刀具處于壽命

末期階段，電機面會概率性產(chǎn)生刀痕或振紋問題。問題嚴重時，

會使電機面輪廓度、平面度及粗糙度超差，即不符合加工工藝圖

紙要求。該問題造成一定程度的返修費用、工件報廢成本損失及

刀具成本損失。

2 電機面加工工藝

2.1 電機面加工工藝及要求

筆者工廠生產(chǎn)的這款發(fā)動機，其缸體電機面（#297 面）

位于大端面大耳朵處（圖 1）。電機面加工工藝要求面輪廓度

為 0.5，粗糙度為 Ra6.3，肩部輪廓度為 1.0，垂直度為 0.45，

圖 1 發(fā)動機缸體起動機安裝面

圖 2 缸體電機面加工 A-B-C 基準臥式夾具

平面度為 0.1。

電機面在缸體線粗

加 工 單 元 OP40 分 兩 道

工 序 加 工， 分 別 是 粗 銑

和 精 銑， 加 工 刀 具 刀 號

分別為 T22036（粗銑刀

具）和 T22038（精銑刀

具 ）。 所 有 數(shù) 控 機 床 均 為

B 軸夾具的四軸加工中

心， 電 機 面 加 工 過 程 有

以下幾個步驟。

（1）員工將待加工工

件推入機床到位，工件通

過一面兩銷定位，目的是

保證設計、加工及測量基

準一致（圖 2）。

（2）粗銑電機面時，

B 軸旋轉(zhuǎn)角度使電機面正

對主軸，工件沿 Z 軸向主軸移動到位。粗銑加工至距離 B 基

準 312.10 mm 處 , 精 銑 加 工 至 距 離 B 基 準 312.80 mm 處，

精銑余量為 0.70 mm（圖 3）。

（3）電機面加工完成后，工件 Z 向移動回到原位，刀具離開

工件表面，收刀。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

012 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

2.2 電機面加工刀具及相關參數(shù)特性

（1）粗銑刀具 T22036 為 8 齒硬質(zhì)合金面銑刀具，加工轉(zhuǎn)速

進給為 S325F632。刀具本身自帶減振棒，且刀具自身較長較重，

對設備主軸同軸度及刀具跳動要求較高。

（2）精銑刀具 T22038 為 12 齒硬質(zhì)合金面銑刀具，其中包

含 10 片粗刀片及兩片精刀片，加工轉(zhuǎn)速進給為 S256F510。刀具

本身自帶減振棒，且刀具自身較長較重，對設備主軸同軸度及刀

具跳動要求較高。

3 電機面加工質(zhì)量問題分析

3.1 電機面加工崩刀原因分析

3.1.1 圖紙理論加工余量計算分析

根據(jù)設計圖紙計算理論加工余量如下 ：

理論加工余量 = 加工后電機面到 B 基準距離 - 電機毛坯面到

B 基準距離

已知精銑后電機面到 B 基準距離為 312.80±0.25 mm。根據(jù)

圖 4 可計算電機毛坯面到 B 基準距離。

電 機 毛 坯 面 到 B 基 準 距 離 =330.30±0.05-（170.90±0.40-

149.40±1.20）=308.8±2.10 mm

理論加工余量 =312.80±0.25-308.8±2.10=4±2.35 mm

電機面的拔模斜度 1.5°，外側(cè)與內(nèi)側(cè)相對電機孔中心高

度差約為 1.00 mm，因此理論上電機面外側(cè)的加工余量為

3±2.35 mm，內(nèi)側(cè) 5±2.35 mm。

根據(jù)實測新毛坯電機面加工余量平均值為 5.86 mm，小于圖

紙設計理論加工余量最大值 7.35 mm。即新毛坯電機面加工余量

比舊毛坯電機面加工余量大，但符合圖紙要求。因此加工余量不

是造成異常崩刀的主要原因［3］。

3.1.2 工藝對比分析

本司有 4 個生產(chǎn)該發(fā)動機缸體的發(fā)動機工廠，除發(fā)現(xiàn)問題的

筆者所在工廠（以下簡稱筆者工廠）外，還有其他 3 個工廠（暫

分別命名為 A 工廠、B 工廠和 C 工廠）。這 4 個發(fā)動機工廠的缸

體毛坯供應商一致。將問題工廠與其他 3 個工廠進行缸體電機面

生產(chǎn)工藝對比，發(fā)現(xiàn)差異如下（圖 5）。

圖 3 精銑加工余量

圖 4 電機面加工尺寸鏈

圖 5 各工廠電機面加工情況對比

（1）粗銑刀崩刀問題在問題工廠頻繁出現(xiàn)，但在 A、B、C

這 3 個工廠未出現(xiàn)過。

（2）通過對電機面加工余量測量數(shù)據(jù)對比，問題工廠加

工余量數(shù)值最大。A 工廠比 C 工廠新毛坯電機面加工余量大

0.11 mm， 差異原因可能是毛坯面測量方式、位置不可控，可

以忽略不計。

（3）對刀具結(jié)構對比發(fā)現(xiàn)，筆者工廠、A 工廠和 C 工廠使用

直徑均為 150.00 mm 的刀盤；B 工廠使用直徑 190.00 mm 的刀盤。

刀盤直徑越大，加工穩(wěn)定性越高，但刀盤成本也越高。

（4）對比粗銑加工余量的差異發(fā)現(xiàn)， A 工廠及 C 工廠在使用

同樣刀具前提下，新毛坯精銑余量比筆者工廠多 0.25 mm，即粗

銑余量比筆者工廠少 0.25 mm。所以該差異是要因（B 工廠刀盤

直徑不同，暫不加入對比分析）。

根據(jù)以上分析可知，造成筆者工廠粗銑加工中崩刀頻繁的工

藝原因為，電機面粗銑加工余量過大，加工負荷過高，導致刀具

加工異常崩刀。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

013 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

3.1.3 數(shù)控機床設備分析

經(jīng)檢查，設備主軸跳動、拉刀力、絲杠磨損、液壓油缸壓力、

定位面平整度及高度等均正常。而且筆者工廠的 4 條缸體生產(chǎn)線均

有同樣的問題產(chǎn)生，且問題不是批量產(chǎn)生，所以設備問題為非要因。

3.1.4 加工刀具情況分析

根據(jù)刀具工程師反饋，粗銑刀具入廠以來，從未檢查過減振

棒固定螺釘擰緊力矩。工程師拆解粗銑刀具后實測，減振棒固定

螺釘擰緊力矩為 120 N · m，而刀具供應商內(nèi)控指標要求擰緊力

矩要大于 125 N · m。減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，會造成

粗銑加工過程中刀具跳動異常，影響加工的穩(wěn)定性。所以粗銑刀

具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格是要因。

3.2 電機面加工振紋及刀痕問題原因分析

3.2.1 工藝對比分析

對比 A、B、C 工廠可知，在同樣刀具結(jié)構前提下，筆者工廠

電機面精銑余量最小，即精銑加工負荷最小。所以精銑余量非要因。

3.2.2 數(shù)控機床設備分析

筆者工廠的 4 條缸體生產(chǎn)線均有同樣的問題產(chǎn)生，且振紋及

刀痕問題不是批量產(chǎn)生，所以非要因。

3.2.3 加工刀具情況分析

根據(jù)刀具工程師反饋，精銑刀具入廠以來，從未檢查過減振

棒固定螺釘擰緊力矩。拆解精銑刀具后實測，減振棒固定螺釘擰

緊力矩為 120 N · m，而刀具供應商內(nèi)控指標要求擰緊力矩要大于

125 N · m。減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，會造成精銑加工過

程中刀具跳動異常。而在精銑刀具壽命末期，精銑刀片磨損量較大，

而加工過程中的刀具跳動異?？赡軙е录庸ふ窦y或加工刀痕問

題。所以精銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格是要因［4］。

4 解決措施及措施效果

4.1 電機面加工崩刀問題解決措施

根據(jù)分析可知，造成電機面粗銑加工過程中頻繁崩刀的主要

原因有 2 點 ：一是電機面粗銑加工余量過大、加工負荷過高而導

致的異常崩刀 ；二是粗銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，

造成加工過程刀具跳動異常。解決措施如下。

（1）在工藝上優(yōu)化粗銑和精銑的加工余量分配，將電機面

粗銑余量減少 0.20 mm（圖 6）。這樣可以減小粗銑刀加工負荷，

降低粗銑刀崩刀頻率，從而減少刀具及工件返修或報廢的成本。

（2）在供應商鑄造階段，調(diào)節(jié)夾具前后端面限位螺釘，使坭

芯往前端偏移矯正，進而使后端電機面余量減小，最終將電機面毛

坯厚度控制在下差（圖 7）。這也能夠在符合圖紙要求的前提下減

少電機面加工余量，降低加工負荷，最終達到提升刀具壽命的目的。

圖 7 缸體電機面毛坯夾具矯正說明

圖 6 電機面粗銑余量調(diào)整

（3）拆解所有電機面粗銑刀具，檢查減振棒固定螺釘擰緊力

矩，重新按照內(nèi)控要求的扭矩擰緊，避免加工過程刀具跳動異常。

經(jīng)驗證，優(yōu)化分配粗銑和精銑的余量后，粗銑加工過程崩

刀次數(shù)由 12 次 / 月降低為 4 次 / 月，崩刀次數(shù)明顯減少。而毛

坯供應商調(diào)整新制模具的夾具端面限位后，電機面加工余量平均

值由 5.80 mm 降低至 5.40 mm，優(yōu)化后電機面粗銑刀崩刀次數(shù)

由 4 次 / 月降低為 1 次 / 月。當?shù)毒吖滩鸾馑须姍C面粗銑

刀具，按照內(nèi)控要求調(diào)整擰緊力矩后，電機面粗銑加工中崩刀次

數(shù)由 1 次 / 月降低為 0 次 / 月。

粗銑刀具有 8 把刀片，每把刀片成本為 32.6 元，而每次崩

刀后 8 把刀片都需要更換。因此在實施上述改善措施后，崩刀問

題不再發(fā)生，每年可節(jié)約成本 37 555.0 元。除此之外，本次改進

措施還為后續(xù)生產(chǎn)提供了經(jīng)驗教訓。毛坯供應商在制作新的毛坯

鑄造模具時，應組織技術團隊回顧毛坯特征尺寸，針對圖紙上差

或下差控制的特征尺寸進行及時調(diào)整，避免不必要的工廢損失。

同時，刀具供應商應制定電機面粗銑和精銑刀具的周期性檢查計

學術 | 制造研究

ACADEMIC

014 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

【參考文獻】

作者簡介 :

黃藝勝，本科，助理工程師，研究方向為發(fā)動機缸體加工工藝、生產(chǎn)線布局優(yōu)

化以及精益制造等。

[1] 于冬梅 , 高波 , 楊磊 . 汽車發(fā)動機連桿加工精益制造技術研究 [J]. 機械

設計與制造 ,2014(04):265-267.

[2] 張 子 盛 . 發(fā) 動 機 缸 體 復 雜 平 面 加 工 路 徑 優(yōu) 化 策 略 [J]. 裝 備 制 造 技

術 ,2014(08):104-107.

[3] 韋年勇 , 韋幸 , 盧家耀 . 某灰鑄鐵汽油機缸體電機面氣孔的解決探討 [J].

裝備制造技術 ,2019(12):99-103+118.

[4] 劉 紅 梅 . 車 削 加 工 表 面 振 紋 的 成 因 及 消 除 方 法 探 討 [J]. 科 技

風 ,2017(19):136.

[5] 吳勇 , 雷旭智 . 科惠力測量技術在缸體表面刀痕問題中的應用 [J]. 裝備

制造技術 ,2017(08):121-123+130.

劃，避免問題再次發(fā)生。

4.2 電機面加工振紋 / 刀痕問題解決措施及措施效果

根據(jù)分析可知，造成電機面加工振紋及刀痕問題的主要原因，

是精銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩偏低，導致加工過程中精銑

刀具異常跳動。解決措施如下。

（1）拆解所有電機面精銑刀具，檢查減振棒固定螺釘擰緊力

矩，按內(nèi)控要求調(diào)整到規(guī)定值。

（2）刀具供應商應制定電機面粗銑和精銑刀具的周期性檢查

計劃，避免問題再次發(fā)生。

經(jīng)驗證，在重新調(diào)整精銑刀具減振棒固定螺釘?shù)臄Q緊力矩后，

徹底解決刀具壽命后期電機面概率性振紋及刀痕問題（圖 8），同

時也減少因該問題導致的工廢、返修費用，降低了刀具成本。而

且本次措施也為后續(xù)生產(chǎn)增添經(jīng)驗教訓，避免再出現(xiàn)加工過程刀

具跳動異常導致的振紋或刀痕問題。

5 結(jié)束語

本文通過人、機、料、法、環(huán)多角度分析，找出發(fā)動機電機

面常見加工質(zhì)量問題的主要影響因素，并實施有效措施解決問題，

提升電機面加工質(zhì)量，為汽車行業(yè)精益制造打下基礎［5］。實施改

進措施的同時，也能形成相應經(jīng)驗教訓拓展至其他生產(chǎn)線及各基

地相關制造領域，避免問題重復或持續(xù)發(fā)生導致異常工費損失，

達到“降本增效，持續(xù)改進”的最終目標。

圖 8 優(yōu)化后加工振紋消失

（上接第 10 頁）

在一次試車后檢測到了曲軸位置傳感器

的故障碼。檢查傳感器線束也沒有問題，

但是拆下傳感器后發(fā)現(xiàn)上面附著了大量

的油泥（圖 4），判斷曲軸位置傳感器內(nèi)

部故障。

但是曲軸位置傳感器為什么有那么

圖 4 曲軸位置傳感器附著大量的油泥 圖 5 副廠件機油濾清器

多的油泥呢？維修人員拆下油底殼發(fā)現(xiàn)機

油品質(zhì)很差，油底殼內(nèi)存在大量的油泥。

查看機油濾清器發(fā)現(xiàn)為副廠件。詢問用

戶得知該車 1 萬 km 才保養(yǎng) 1 次， 而且

是在路邊店做的保養(yǎng)。

故障排除 ：對潤滑系統(tǒng)進行清洗并

更換原廠機油和機濾，再更換曲軸位置

傳感器后試車，故障排除。

回顧總結(jié) ：有時一個部件的損壞會

導致其他的故障燈，但不一定會存儲該

部件損壞的故障碼，所以多個系統(tǒng)的診

斷及相互關聯(lián)性顯得非常重要。另外，

由于上一次維修刪除故障碼前沒有拍照，

這為下一個維修人員的故障排除帶來麻

煩。幸虧筆者基本功扎實，在得不到故

障碼的情況下根據(jù)經(jīng)驗充分試車，最終

找到故障部位。

另外，用戶輕信一些不當宣傳延長

了保養(yǎng)周期，并在不正規(guī)的路邊店做保

養(yǎng)，使用了劣質(zhì)的副廠機油濾清器（圖

5）。這導致發(fā)動機過早磨損，并產(chǎn)生故障。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

015 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

汽車速度表、里程表校正作業(yè)過程的誤差及其影響分析

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

何厚來、孫戰(zhàn)峰、尹青春、周奇盛、李言明

摘要 ：試驗車輛速度表、里程表的檢驗校正是汽車耐久性試驗中的重要測試環(huán)節(jié)，其校正結(jié)果直接影響到試驗報告中試驗里程統(tǒng)計結(jié)果及試驗標準的一致性。本文從

測試方法、場地、設備、人員及環(huán)境等環(huán)節(jié)分析 GB/T12548—2016《汽車速度表、里程表檢驗校正方法》場地實測作業(yè)過程存在的誤差及其影響，以提升車輛速度表、

里程表校正結(jié)果的準確度。

關鍵詞 ：速度表 ；里程表 ；校正 ；誤差 ；GPS 接收機

中圖分類號 ：U463.7 文獻標識碼 ： A

0 引言

車輛速度表、里程表校正是開展耐久試驗測試前的常規(guī)環(huán)節(jié)，

其目的是減小速度表、里程表示值偏差對試驗車速、試驗里程的

影響，以確保測試標準的一致性。耐久性試驗里程往往長達數(shù)萬

公里甚至數(shù)十萬公里，里程表的細微偏差會導致統(tǒng)計的試驗里程

出現(xiàn)較大的偏離。耐久試驗中各類特征路面有嚴格的行駛車速要

求，車速的偏離會導致振動強度及頻率的變化，從而影響試驗強度。

速度表、里程表校正作業(yè)，就是通過檢測出速度表、里程表

指示值與實際速度和里程之間的偏差規(guī)律，通過擬合計算出校正

系數(shù)并對試驗結(jié)果進行校正。本文就車輛速度表、里程表校正實

際作業(yè)過程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差進行分析，剖析誤差產(chǎn)生原因及

其影響。

1 測試方法因素

根據(jù) GB/T 12548—2016《汽車速度表、里程表檢驗校正方

法》中 4.1.2 部分對里程表校正系數(shù)的定義 [1]，里程表校正需要

的 2 個關鍵值為 ：里程表行走 10.0 km 時車輛的行駛里程 Lb 與

安裝于測試車輛上 VBOX 測量設備記錄的實際里程L。為獲得準

確的車輛行駛里程Lb，根據(jù)國標中的方法要求，測試人員應在車

輛里程表在接近 10.0 km 時，降低車速至隨時可以使車速降為零

為止，以獲取里程表數(shù)值從 9.0 km（或 9.9 km，不同車型有所

差異）跳轉(zhuǎn)至 10.0 km 瞬間車輛的行駛里程Lb。

在實際測試中，由于測試人員從肉眼發(fā)現(xiàn)里程表顯示值轉(zhuǎn)變

為 10.0 km 至執(zhí)行制動操作需要一定的反應時間，以及制動停車

過程必然存在一定的制動距離，因此在此期間，車輛會存在一個

移動的距離ΔL。ΔL 可按以下方式進行計算 ：

ΔL=vt+v

2

/2a （1）

式中 t——測試人員的反應時間，單位 ：s

v——車輛停車前的移動速度，單位 ：m/s

a——車輛制動時的減速度，單位 ：m2

/s

根據(jù)統(tǒng)計信息，駕駛員的制動反應時間 t 一般為 0.3 ～ 1.0 s，

取t=0.3 s ；制動前的車速為 10 km/h（約為 2.78 m/s），全制動

時平均減速度取 9 m2

/s，根據(jù)式（1）可計算得出ΔL ≈ 1.26 m。

由于里程表的結(jié)構及指示精度限制，車輛在行駛ΔL 的距離

后，里程表指示的里程指示值仍為 10.0 km ；而在 VBOX 測量設

備顯示的實際里程L 中，則是包括距離ΔL。因此根據(jù)里程表校

正系數(shù)計算，必然會導致里程表校正系數(shù)C 偏大。由于 ΔL 的存在，

在 4 萬 km 的耐久性道路試驗中，其造成的直接影響是統(tǒng)計的實

際試驗里程會偏小 5 040.00 m。

根據(jù) GB/T 12548-2016《汽車速度表、里程表檢驗校正方法》

中速度表的測試方法 , 是使車輛速度表保持某一車速勻速行駛一

段距離內(nèi) , 然后計算平均速度值。再通過重復測試至少 6 個速度

點數(shù)據(jù)擬合出校正函數(shù)，從而推算出其他區(qū)間的速度表顯示值與

實際速度值的關系。由于 VBOX 數(shù)據(jù)中時間與里程是完全同步關

系，截取計算區(qū)間的長度理論上不會對結(jié)果造成影響，主要誤差

在于測試速度點的數(shù)量及分布、以及擬合計算。

以某車型的速度表設計策略為例說明 ：儀表單元收到車輛穩(wěn)

定系統(tǒng)控制（ESC）單元發(fā)送的實際車速信號后，會基于車速信

號的基礎車速進行一定比例的放大 [2]，再把放大后的車速信號發(fā)

送至速度表面板驅(qū)動顯示，以保證在源信號正確的前提下更可靠

地滿足 GB 15082-2008《汽車用車速表》要求。其放大策略如下

式表示 ：

V 顯示車速 =V 實際車速 ×k+c （2）

式中 V 顯示車速——速度表顯示的車速

V 實際車速——ESC 發(fā)動的實際車速

k——放大系統(tǒng)，取值為 1.02 ～ 1.22

學術 | 制造研究

ACADEMIC

016 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

本文為簡化計算，暫以半圓形（彎道圓弧角度 180°）為模型

估算高速環(huán)道一側(cè)彎道路行駛里程產(chǎn)生的誤差。車輛在彎道中穩(wěn)

態(tài)行駛時，車道中心路面與水平面的傾角 θ 即為車輛的傾角。由

此造成的里程偏差ΔS 可計算為 ：

（3）

式中 h——GPS 天線安裝頂面至車輪平面的垂直高度，單位 ：m

R0——彎道行駛時車輛中心的轉(zhuǎn)彎半徑，單位 ：m

R1——彎道行駛時 GPS 接收天線實際運行軌跡半徑 , 單位 ：m

c——小于 5 的常數(shù)

在0＜V 實際車速≤ 10.0 km/h、10.0 km/h ＜V 實際車速≤ 100.0 km/h

以及 100.0 km/h ＜V 實際車速共 3 個區(qū)間內(nèi)，k、c 為對應的常數(shù)。

由此可知，速度表設計策略中V 顯示車速與V 實際車速為一條由 3 段折

線組成的函數(shù)關系。實際操作中，把 6 個測試點進行線性擬合計

算出其他預測值，這樣擬合計算出的速度預測值與設計值會存在

一定的偏差。這個偏差值比較小，在實際耐久試驗中其影響不明

顯，GB/T 12548-2016 中選擇線性擬合的方式，就已意味著可忽

略該偏差的影響。

2 測試場地因素

根據(jù) GB/T 12534—1990《汽車道路試驗方法通則》中關于

測試場地要求 ：測試應在清潔干燥、平坦的瀝青或混凝土鋪裝直

線道路上進行 [3]，道路長 2.0 ～ 3.0 km, 縱向坡度在 0.1% 以內(nèi)。

現(xiàn)實中各汽車試驗場的測試道路均為環(huán)形結(jié)構，必然存在彎道，

部分環(huán)道還有反向彎道（圖 1）。為了平衡車輛過彎的離心力，高

速環(huán)道彎道位置的橫截面處必然存在漸變的橫向坡度。當車輛在

橫向傾角為θ 的車道行駛時，安裝在車頂中部的 GPS 天線運行

軌跡與車輛運動中心在垂直方向的投影并非重合的，二者的相對

關系如圖 2 所示。

測試道路中彎道內(nèi)側(cè)某一車道的環(huán)道半徑取 190.00 m，車

道的車輪平面的與水平面夾角θ 約 15°，常規(guī)乘用車輛天線安裝

頂面至車輪平面的距離h 一般為 1.10 ～ 1.40 m，取 h=1.10 m，

根據(jù)式（3）計算出的誤差值ΔS 為 2.40 m。

同理，車輛在反向彎道行駛時 , 也同樣存在路面傾斜的影響。

且車輛在反向彎道行駛時，懸架相對靜止狀態(tài)時處于拉伸狀態(tài)，

從而引起h 值增大，ΔS 亦隨之增大。

車速表的測試標準明確只能在高速環(huán)道的平直路段進行，因

此不受彎道的影響。

3 測試設備因素

VBOX 測量設備是基于衛(wèi)星信號，采用空間測距后方交會原

理進行定位 [4]，其精度主要會受 GPS 信號傳播環(huán)節(jié)誤差、GPS 接

收機的鐘誤差、天線相位中心位置偏差以及零點速度漂移等因素

影響。忽略信號傳播環(huán)節(jié)中大氣層空間的不可控因素，傳播環(huán)節(jié)

的誤差主要為多路徑誤差 [5]，是由于 GPS 衛(wèi)星信號在發(fā)射或傳播

過程中受環(huán)境因素的影響，使得接收到的信號中含有周圍環(huán)境造

成的反射信號。這種信號與直射信號出現(xiàn)干涉，導致接收信號的

能量發(fā)生衰減且出現(xiàn)延遲，從而產(chǎn)生測距偏差。這種由于多路徑

信號傳播所引起的干涉時延效應也稱為多路徑效應。

多路徑誤差的大小，取決于反射波的強弱和 GPS 接收機天

線抗衡反射波的能力。多路徑誤差對點位坐標的影響在一般環(huán)境

下可達 0.05 ～ 0.09 m ，在高反射環(huán)境下可達 0.15 m。測試道路

附近的高層建筑、高大樹木、高架橋等均會產(chǎn)生反射波，因此測

試道路兩側(cè)應為空曠開闊地帶。

GPS 接收機的鐘誤差主要與設備相關。天線相位中心位置偏

差一定程度上受接收天線的傾角、運行速度以及車輛運行時的彈

跳影響。在里程表校正過程中，測試車輛沿高速環(huán)道行駛時的速

度值是呈一定范圍內(nèi)波動的，在基于 GPS 衛(wèi)星信號測試設備中的

里程并非直接測量值，無論其算法構型采用黎曼積分還是勒貝格

積分，其本質(zhì)是基于速度時間積分法做累計運算。

圖 1 某試驗場高速環(huán)道

圖 2 彎道中車輛與設備的運行軌跡

學術 | 制造研究

ACADEMIC

017 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

【參考文獻】

作者簡介 :

何厚來，本科，工程師，研究方向為整車耐久性試驗。

孫戰(zhàn)峰，本科，工程師，研究方向為整車耐久性試驗。

尹青春，本科，工程師，研究方向為整車耐久性試驗。

周奇盛，本科，技師，研究方向為整車耐久性試驗。

李言明，本科，工程師，研究方向為整車性能試驗。

[1] GB/T 12548—2016 汽車車速表、里程表檢驗校正方法 [S].

[2] 劉信家 , 劉廣鴻 , 王志明 . 電子式速度里程表的原理與應用 [J]. 沈陽

航空工業(yè)學院學報 ,1995(04):53-59.

[3] GB/T 12534—1990 汽車道路試驗方法通則 [S].

[4] 夏積德 , 郭江濤 , 王穩(wěn)江 , 等 .GPS 測量原理及誤差分析 [J]. 楊凌職業(yè)技

術學院學報 ,2008(04):5-7+15.

[5] 李川 , 劉星 , 石明旺 , 等 .GPS 多路徑誤差特性分析及削弱方法 [J]. 導航

定位學報 ,2017,5(01):103-107.

[6] 陳光榮 . 基于 GPS 定位技術的車輛行駛里程計算研究與應用 [D]. 成都 :

西南交通大學 ,2016.

v(t) 曲線波動的結(jié)果是導致運算值必然存在因統(tǒng)計失實而產(chǎn)

生的統(tǒng)計誤差，通過無限縮小 Δt 區(qū)間可提升運算結(jié)果的精確度，

增加慣性測量單元、采用卡爾曼濾波等方法對數(shù)據(jù)進行處理有助

于減小誤差。因此在里程校核的過程中，應盡量按規(guī)定車速保持

測試車輛的平穩(wěn)運行，可降低天線相位中心位置偏差。在 GB/T

12548—2016 的第 4.1.1 條規(guī)定了里程校正過程中，對行駛速度

加以 ±2.0 km 的公差定義，其中就蘊含有統(tǒng)一測試標準、提升

測試精準度之意。

此外，零點速度漂移也會對實際里程 L 的數(shù)值產(chǎn)生影響。由

于 VBOX 的里程計算構型是基于速度時間積分算法實現(xiàn)的，車輛

長時間停車時會因零點速度漂移形成累計里程偏差。因此，應在

試驗開始前才開始數(shù)據(jù)記錄，在測試結(jié)束后盡快按下 LOG 按鍵結(jié)

束記錄。當然，VBOX 測量設備在正式測試前均應進行充分的熱機。

4 測試車輛狀態(tài)及測試人員狀態(tài)因素

測試車輛的輪胎磨耗程度、輪胎氣壓是直接影響速度表、里

程表校正的一項重要因素。因此速度表、里程表校正一般都會安

排在試驗前進行。如果樣車輪胎已經(jīng)有明顯磨損，應更換新輪胎

后再進行速度表、里程表校正作業(yè)。輪胎磨耗程度、輪胎氣壓都

會導致車輪的滾動半徑偏離預設的滾動半徑值，從而影響車輛的

行駛里程Lb 以及V 顯示車速的實際值。因此在進行校正前，一定要

確認輪胎狀態(tài)并使用符合要求的輪胎，且輪胎氣壓測量應在冷胎

狀態(tài)下進行。校正測試時的輪胎氣壓為，樣車在該載荷工況下額

定氣壓基礎上再增加 20 kPa。

5 減小誤差的措施

根據(jù)速度表、里程表在校正過程中的影響因素分析，為減小

誤差，提升速度表、里程表校正結(jié)果的準確性，可采取如下措施。

（1）采用觸發(fā)開關或讀取 CAN 報文的方式記錄車輛的行駛

里程 Lb，即在量程表指示值到達 10.0 km 瞬間使用觸發(fā)開關進行

標識，再讀取原始記錄，如此可消除制動停車距離導致的誤差。

然后可通過讀取 CAN 里程報文實時獲取里程數(shù)據(jù)的方式，準確

獲得 10.0 km 的里程報文節(jié)點時間，進而從原始記錄中讀取實際

里程L。此方法的前提是要保證報文的同步。

（2）測試場地環(huán)境 ：關注測試場地的周圍環(huán)境維護，保證測

試道路兩側(cè)周圍保持空曠，避免高大樹木等高大物體，防止對衛(wèi)

星信號形成反射干擾。

（3）提升測量設備的性能并確保測試設備的有效性。

（4）加強測試人員的培訓，提高測試人員的操作熟練程度及

反應速度。

（5）使用底盤測功機上進行速度表、里程表校正 ：行駛里程

Lb、V 顯示車速可直接通過讀取車輛儀表或 CAN 報文獲取，實際里程

L、V 實際車速可從底盤測功機的報文獲取。此方法不需借助 GPS 衛(wèi)

星信號，校正作業(yè)誤差主要受底盤測功機的最大允差影響，其誤

差可遠小于在道路上車速表、里程表校正作業(yè)的誤差。

6 結(jié)束語

速度表、里程表校正作業(yè)方法雖然有一定的局限性，但目

前仍為國內(nèi)主要檢測中心耐久性試驗中車速控制和里程統(tǒng)計環(huán)節(jié)

最常用、最便利的控制方法。隨著 GPS 定位技術的發(fā)展，利用

GPS 定位技術并結(jié)合云計算技術統(tǒng)計汽車行駛里程以及測試過程

數(shù)據(jù)的采集已經(jīng)成為現(xiàn)實 [6]，并可根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析

以實現(xiàn)對試驗過程質(zhì)量的監(jiān)控。這種方法相對傳統(tǒng)的速度表、里

程表校正方法，更有利于確保測試標準的一致性。

不過，在長周期、場地變換頻繁的耐久性試驗中，利用 GPS

定位技術統(tǒng)計試驗里程的技術在斷點續(xù)傳、以及信號穩(wěn)定性方面

還有一定的局限性。通過結(jié)合測試車輛 CAN 報文的方法，在信

號缺失的工況下使用測試車輛 CAN 數(shù)據(jù)對 GPS 定位統(tǒng)計系統(tǒng)的

數(shù)據(jù)進行修正，未來會是提升 GPS 定位統(tǒng)計技術的一個發(fā)展方向。

這將為耐久性試驗過程中的測試信息統(tǒng)計和質(zhì)量分析監(jiān)控的自動

化實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

018 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

基于 GPF 溫度傳感器的量產(chǎn)車評估測試方法研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

陳旭健、趙況、張業(yè)海

摘要 ：國六車型的量產(chǎn)車評估（PVE）測試，作為企業(yè)每年生產(chǎn)一致性檢查的重要內(nèi)容，驅(qū)使企業(yè)不斷發(fā)展測試技術。本文以汽油機顆粒捕集器（GPF）溫度傳感器的

PVE J2 測試為研究對象，介紹了傳感器工作原理及技術參數(shù)，解析其具體的診斷邏輯，在規(guī)范的試驗流程下，進行逐個類型的故障碼的演示，并總結(jié)測試經(jīng)驗。試驗

結(jié)果表明，試驗流程符合法規(guī)要求，測量文件有效 ；測試方法高效，可供整車其他排放相關零部件測試借鑒。

關鍵詞 ：國六排放 ；PVE 測試 ；GPF 溫度傳感器 ；診斷邏輯 ；電氣類診斷 ；合理性診斷 ；冷起動校驗診斷

中圖分類號 ： U467.2 文獻標識碼 ： A

0 引言

面對日益嚴峻的環(huán)保形勢，環(huán)境保護部（現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部）

和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的 GB18352.6—2016《輕

型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（簡稱國六

法規(guī)），于 2020 年 7 月 1 日起實施。其中，生產(chǎn)一致性章節(jié)要求

整車生產(chǎn)企業(yè)須每年進行車載診斷系統(tǒng)（OBD）生產(chǎn)一致性檢查，

量產(chǎn)車評估（PVE）則是測試的關鍵檢查項。

生態(tài)環(huán)境部機動車排污監(jiān)控中心于 2018 年 12 月發(fā)布《輕型

車國六標準實施細則（試行）》，在試驗流程等方面落實了具體的

細則。但是，其測試方法在行業(yè)里處于初步認知狀態(tài)，尤其是具

體零部件的 J2 監(jiān)控要求驗證。PVE 是在國六標準之下新增的內(nèi)容，

需要在量產(chǎn)車的 OBD 系統(tǒng)上進行驗證，且 J2 試驗是整個 PVE 測

試工作中最復雜的，需要對所有涉及排放相關的故障碼逐一驗證 [1]。

本文以汽油機顆粒捕集器（GPF）溫度傳感器的 PVE 測試為

研究對象，介紹了溫度傳感器的工作原理及技術參數(shù)，解析故障

碼的診斷邏輯，提出具體的試驗方法。通過試驗表明，文中提出

的試驗方法對于整車 PVE 測試具有開拓意義。

1 PVE 測試的內(nèi)容

OBD（On Board Diagnostic）是汽車用于排放控制系統(tǒng)監(jiān)

測的車載診斷系統(tǒng)。當與排放相關的任何部件發(fā)生故障時，OBD

系統(tǒng)應監(jiān)測到故障，將相應的故障代碼存入車載電腦，并點亮故

障指示燈（MIL）。駕駛員或汽車維修人員能夠通過一個標準的診

斷系統(tǒng)識別故障代碼 [2]。

PVE（Production Vehicle Evaluation，即量產(chǎn)車輛評估測試）

是 OBD 系統(tǒng)的功能性項目試驗里的重要內(nèi)容，是企業(yè)生產(chǎn)一致

性工作的組成部分 [3]，包括 JA7.1 標準化驗證、JA7.2 監(jiān)測要求

驗證（簡稱 J2）以及 JA7.3 在用監(jiān)測性能驗證。其中，J2 是整

車 PVE 測試的核心，其主要測試內(nèi)容為 ：驗證 OBD 系統(tǒng)監(jiān)測條

件滿足每一個診斷要求時，OBD 系統(tǒng)應檢測到故障，點亮 MIL 并

存儲確認和永久故障碼。

以本司某手動擋車型為例，其 J2 測試的整車診斷故障碼總

數(shù)為 252 個，用時約 2 個月。本文以其中一個零部件（即 GPF

溫度傳感器）為選擇對象，研究其測試方法。

2 GPF 溫度傳感器的技術參數(shù)及工作原理

了解 GPF 溫度傳感器的技術參數(shù)及工作原理是整個試驗的

基礎工作。該傳感器布置于 GPF 前端，用來監(jiān)測車輛運行中 GPF

的入口溫度，以便預估 GPF 的載體溫度，防止 GPF 再生過程中

因為溫度過高損壞載體。GPF 溫度傳感器為模擬信號輸出，起到

輔助診斷的作用 [4]（圖 1）。本文研究的 GPF 溫度傳感器為國際

知名傳感器制造商所生產(chǎn)，其主要技術參數(shù)如圖 2 所示。

GPF 溫度傳感器的核心元件為鉑電阻，為正溫度系數(shù)熱敏電

阻（PTC）。其電阻隨排氣溫度的變化而變化，進而獲得相應的排

圖 1 GPF 溫度傳感器及安裝位置

圖 2 GPF 溫度傳感器主要技術參數(shù)

學術 | 制造研究

ACADEMIC

019 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

氣溫度數(shù)據(jù) [5]。GPF 溫度傳感器的溫度與電阻的對應關系如下 ：

Rs=Rl

+R0（1+αT+βT2

） （1）

式中 Rs——GPF 溫度傳感器電阻

Rl

——外接線的線阻，取Rl

=1 Ω

R0——傳感器溫度為 0℃時的基準電阻，取R0=200 Ω

T——傳感器溫度

α、β——材料系數(shù)（α=3.83×10-3，β=-5.85×10-7）

由式（1）可得 GPF 溫度傳感器的溫度 - 電阻關系（圖 3a）。

傳感器安裝外接電路需要配置供電電源和上拉電阻（圖 3b），供電

電壓Up 為 5.00 V ；上拉電阻Rp 為 1 000.0 Ω 的上拉電阻。即是傳

感器信號輸出的電壓U0 為診斷參數(shù)。為方便試驗過程中快速查詢，

繪制各主要溫度點下對應的傳感器阻值及信號電壓（表 1）。

包括筆記本電腦、DiagRA D 軟件、OBD 連接設備 Cardaq plus3、

函數(shù)發(fā)生器 TOE7761 以及發(fā)動機控制單元（ECU）分線盒。將設

備連接至車上，連接方式如圖 4 所示。

表 1 各主要溫度點的傳感器阻值及電壓信號

表 2 傳感器故障碼列表

表 3 電氣類診斷監(jiān)控表

圖 3 GPF 溫度傳感器溫度 - 電阻曲線及測試外接電路

圖 4 設備連接示意圖

T/℃ Rs

/Ω U0

/V

-40 170.2 0.73

0 201.0 0.84

25 220.1 0.90

50 239.0 0.96

100 276.4 1.08

200 349.5 1.29

300 420.2 1.48

400 488.6 1.64

500 554.6 1.78

600 618.3 1.91

700 679.7 2.02

800 738.7 2.12

900 795.4 2.22

950 822.8 2.25

1 000 849.7 2.30

序號 故障碼 釋義

1 P0545 00 GPF溫度傳感器電路電壓過低

2 P0546 00 GPF溫度傳感器電路電壓過高

3 P2080 62 GPF溫度傳感器信號實際與模型偏差大

4 P2080 2A GPF溫度傳感器信號粘滯

5 P20E2 24 GPF溫度傳感器冷起動校驗不合理（正偏差）

6 P20E2 23 GPF溫度傳感器冷起動校驗不合理（負偏差）

故障碼 監(jiān)控策略

說明

監(jiān)測

參數(shù) 閥值 輔助

參數(shù)

激活

條件

故障

需時

MIL激活

循環(huán)

P0545 00 電路電壓

過低 電壓 ＜0.20 V 點火

開關 ON 2 s 2

P0546 00 電路電壓

過高 電壓 ＞4.80 V 點火

開關 ON 2 s 2

3 PVE J2 試驗

3.1 試驗準備

試驗對象為生產(chǎn)線正式批量生產(chǎn)下線的車輛，要求發(fā)動機系

統(tǒng)排放相關的零部件和 ECU 標定數(shù)據(jù)均為批產(chǎn)狀態(tài)。試驗設備

3.2 診斷邏輯解析

解析故障碼的診斷邏輯是試驗的關鍵。查閱該車型《OBD

監(jiān)測的排放控制系統(tǒng)信息表》（以下簡稱監(jiān)控表），提取 GPF 溫度

傳感器相關的診斷故障碼信息（表 2）。結(jié)合列表，將故障碼分成

以下類別。

第一類為電氣類診斷，如 P0545 00 和 P0546 00，用于監(jiān)測

信號接到電源或搭鐵。

第二類為合理性診斷，如 P2080 62 和 P2080 2A，用于監(jiān)測

信號輸出的合理性。

第三類為冷起動校驗診斷，如 P20E2 24、P20E2 23，用于

監(jiān)測信號在冷機起動時刻溫度基準的合理性。

3.3 電氣類診斷測試

根據(jù)故障碼 P0545 00 和 P0546 00 的監(jiān)控表信息（表 3，分

別對這 2 個故障碼進行測試。首先測試故障碼 P0545 00。

未決故障循環(huán) ：設備連接就緒，在 DIAGRA D 軟件里點擊

mode4 清除原車故障碼，用外接線束將 ECU 的 34 號端子接搭

學術 | 制造研究

ACADEMIC

020 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

鐵。由于信號接到地線，電壓會被拉低至 0.00 V，將

鑰匙打為 ON 狀態(tài)，開始記錄測量文件。起動車輛進

入發(fā)動機怠速狀態(tài)，進行初次故障檢測的循環(huán)。當軟

件 mode7（排放相關的未決故障碼）模式里報出故障

P0545 00 后，將發(fā)動機熄火，鑰匙重新打到 ON 擋，

保存測量文件。

確認故障循環(huán) ：保持以上故障注入狀態(tài)，點火開關

處于 ON 狀態(tài)時，記錄測量文件。起動發(fā)動機，進行再

次故障檢測的循環(huán)，當軟件 mode3（排放相關的確認故

障碼）模式里報出故障 P0545 00，并且車輛儀表 MIL

燈亮起時，將發(fā)動機熄火，鑰匙重新打到 ON 擋，軟

ECU 的連接，串聯(lián)接入函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)此時的排氣溫度按照表

2 設置對應電壓，如 25℃時應注入 0.90 V 的信號電壓。注意，應

避免注入的電壓與實際電壓偏差過大，造成誤報故障碼的情況發(fā)

生。起動車輛，自由行駛一段時間，滿足排氣流量積分。按照流

程保存好測量文件，可完成 P2080 2A 的測試。

3.5 冷起動校驗診斷測試

冷起動校驗診斷監(jiān)測信號溫度基準的合理性，其最大的特

征是以停機時間 8 h 為前提（表 5）。在該條件下，零部件的溫

度應已降至環(huán)境溫度，其參考溫度即環(huán)境溫度。如果在車輛起動

時，傳感器溫度與環(huán)境溫度偏差大于 75℃，則判定傳感器基準

發(fā)生偏差。

P20E2 24 測試方法 ：規(guī)定的停機時間后，車輛點火開關處

于 OFF 狀態(tài)，斷開 GPF 溫度傳感器信號線與 ECU 的連接，由函

數(shù)發(fā)生器串聯(lián)接入。如環(huán)境溫度為 25℃，為制造閾值偏差，根據(jù)

表 2 需注入 1.10 V 的信號電壓。起動發(fā)動機進入怠速狀態(tài)，按照

流程可完成故障碼的測試。

P20E2 23 測試方法 ：由于閾值要求信號溫度小于環(huán)境溫度

75℃，如果在常溫環(huán)境（25℃）停機，根據(jù)冷起動校驗診斷監(jiān)控表，

25℃ -75℃ =-50℃，超出傳感器量程，導致故障無法報出。為此，

（下轉(zhuǎn)第 25 頁）

故障碼 監(jiān)控策略

說明

監(jiān)測

參數(shù) 閥值 輔助參數(shù) 激活條件 故障

需時

MIL激

活循環(huán)

P2080 62

信號實際

與模型偏

差大

電壓

與模

型偏

差

250℃

模型溫度 300～800 °C

20 s 2

發(fā)動機轉(zhuǎn)速 1 200～4 500 r/min

車速 20～140 km/h

加速度 -2.5～2.5 m/s2

斷油 =FALSE

GPF再生 =FALSE

起動時間 >300 s

冷卻液溫度 >20 °C

P2080 2A 信號粘滯

信號

最大

變化

幅度

＜10℃

停機時間 ＞3 600 s

排氣流量積分 ＞1 666 g/s 0 s 2

GPF再生 =FALSE

表 4 P2080 62 診斷監(jiān)控表

表 5 冷起動校驗診斷監(jiān)控表

故障碼 監(jiān)控策略說明 監(jiān)測參數(shù) 閥值 輔助參數(shù) 激活條件 故障

需時

MIL激

活循環(huán)

P20E2 24 冷起動校驗不

合理（正偏差）

信號溫度大于

參考溫度 75℃

停機時間 ＞8 h

0 s 2

發(fā)動機狀態(tài) ON

P20E2 23 冷起動校驗不

合理（負偏差）

信號溫度小于

參考溫度 75℃

停機時間 ＞8 h

發(fā)動機狀態(tài) ON

件 modeA（排放相關的永久性故障碼）模式存在相同的故障碼后，

保存測量文件。

以上 2 個測試循環(huán)即完整的測試循環(huán)。測試完成后，將外

接線束拆除，并進行 3 個無故障循環(huán)的運行后，用 mode4 清除

ECU 故障碼，為下一個故障碼的測試做好準備。

按照以上的流程，將 34 號端子連接 5.00 V 電源，實現(xiàn)

P0546 00 的測試。

3.4 合理性診斷測試

根據(jù)故障碼 P2080 62 和 P2080 2A 的監(jiān)控表可知（表 4），

合理性類診斷的輔助參數(shù)明顯較電氣類多，該類診斷車輛的運行

工況復雜。傳感器的模型溫度為車輛 GPF 開發(fā)過程中標定，其通

過多樣本及外接熱電偶校正，具備高準確性。

P2080 62 測試方法 ：起動發(fā)動機，使其運行時間大于 300 s，

此時冷卻液溫度應已大于 20℃，GPF 溫度傳感器的溫度經(jīng)測量為

400℃。查詢表 2 可知，此時對應的信號電壓應為 1.64 V。為了

使傳感器的輸出溫度偏差 250℃，使 ECU 進入診斷，使用函數(shù)發(fā)

生器設置 1.000 V 的輸入電壓（對應溫度 100℃）。保持電壓注入

的狀態(tài)，車輛起步行駛，保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速 1 200 ～ 4 500 r/min，

車速為 20 ～ 140 km/h，勻速駕駛避免急加急減，保持加速踏板

踩下的狀態(tài)。滿足工況行駛時間超過 20 s。按照流程保存好測量

文件，可完成 P2080 62 的測試。

P2080 2A 測試方法 ：首先應確保車輛停機時

間大于 3 600 s。由于引發(fā)粘滯故障的條件是變化

幅度不超過 10℃（折算信號電壓波動約 0.05 V），

為避免有信號干擾造成試驗失敗，在點火開關處

于 OFF 狀態(tài)下，斷開 GPF 溫度傳感器信號線與

學術 | 制造研究

ACADEMIC

021 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

基于有限元的某汽油機排氣歧管隔熱罩 NVH 優(yōu)化

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

黃鷹、梅夏、韋善景

摘要 ：本文通過對某汽油機進行聲源定位和整機 1 m 聲壓級噪聲測試，發(fā)現(xiàn)排氣歧管隔熱罩是主要噪聲源之一。利用 HyperMesh 軟件對排氣歧管隔熱罩進行模態(tài)

分析，然后提出增加約束點和雙層結(jié)構的優(yōu)化方案，最后通過臺架和整車驗證其降噪效果。結(jié)果表明，雙層結(jié)構的優(yōu)化方案降噪效果最好，能使發(fā)動機整機聲功率

級降低 2.0 dB，整車通過噪聲降低 0.7 dB。

關鍵詞 ：排氣歧管隔熱罩 ；薄壁件 ；噪聲源 ；激勵共振 ；模態(tài)分析

中圖分類號 ： U464.13 文獻標識碼 ： A

0 引言

汽車 NVH 直接影響用戶乘坐時的舒適程度，而發(fā)動機是汽

車的主要激勵源，發(fā)動機 NVH 是整車 NVH 性能控制中最重要的

一個環(huán)節(jié)。因此如何提升發(fā)動機 NVH，是國內(nèi)汽車行業(yè)主要攻

關的難題 [1]。在發(fā)動機的所有零件中，作為薄壁件的排氣歧管隔

熱罩由于剛度低、表面積大，在發(fā)動機運行時極有可能是主要高

頻噪聲源 [2]。薄壁件的共振噪聲是由于受到排氣歧管振動激勵的

作用，表面強迫振動響應的結(jié)果。此類噪聲一般可通過結(jié)構優(yōu)化

或者提升自身阻尼的方法來解決 [3]。

本文通過對某汽油機進行聲學定位及 1 m 聲壓級噪聲測試，

發(fā)現(xiàn)排氣歧管隔熱罩對整機噪聲貢獻量很大。然后對排氣歧管隔

熱罩進行模態(tài)分析研究，并提出兩種改進方案，最后通過試驗驗

證確定最優(yōu)方案，有效降低了排氣歧管隔熱罩的輻射噪聲。

1 排氣歧管隔熱罩對發(fā)動機噪聲的影響

我司某款商用車搭載的汽油機在進行整車通過噪聲測試時，

通過噪聲高達 74.3 dB（A），不能滿足國家相關法規(guī) 74.0 dB（A）

的要求。根據(jù)整車 NVH 工程師反饋，在拆掉排氣歧管隔熱罩后，

整車通過噪聲達到國家法規(guī)要求。因此，基本判定整車通過噪聲

高于標準與發(fā)動機排氣歧管隔熱罩強相關。本文對發(fā)動機展開噪

聲測試及分析。

1.1 聲源定位測試

在發(fā)動機半消聲室內(nèi)對該發(fā)動機進行聲源定位試驗，測試工

況為 ：發(fā)動機從 1 000 r/min 全負荷加速至額定轉(zhuǎn)速 5 600 r/min，

加速時間為 90 s。測試結(jié)果顯示，在整個加速過程中，噪聲聲壓

主要集中在低、中頻段。

為找到噪聲源零部件，項目團隊對整個頻率曲線進行定位

計算，發(fā)現(xiàn)排氣側(cè)噪聲主要來源于排氣歧管隔熱罩。在中低頻

500 ～ 2 000 Hz 時，聲源主要來自隔熱罩中部位置（圖 1）；在

中高頻 2 000 ～ 3 000 Hz 時，聲源來自于隔熱罩的左側(cè)、右側(cè)

位置（圖 2）；在 3 000 Hz 以上時，聲源從隔熱罩左側(cè)、中部和

右側(cè)不規(guī)則地傳出（圖 3）。

1.2 整機 1 m 聲壓級噪聲測試

為確定排氣歧管隔熱罩輻射噪聲對發(fā)動機整機噪聲的影響

程度，對發(fā)動機有無隔熱罩兩種狀態(tài)進行發(fā)動機 1m 聲壓級噪

聲測試，測試工況為 ：1 000 r/min 全負荷加速至額定轉(zhuǎn)速 5

600 r/min，加速時間為 90 s。測試方法按照 GBT 1859—2000《往

復式內(nèi)燃機 輻射的空氣噪聲測量 工程法及簡易》中規(guī)定的五

圖 1 500 ～ 2 000 Hz 噪聲源定位

圖 2 2 000 ～ 3 000 Hz 噪聲源定位

學術 | 制造研究

ACADEMIC

022 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

點法，分別在距離發(fā)動機進氣側(cè)、前端面、排氣側(cè)、后端面

和頂部 1 m 處各布置 1 個麥克風，測試 5 個端面的聲壓水平。

圖 4 和圖 5 分別是排氣側(cè) 1 m 聲壓級曲線和整機 1 m 聲功率

曲線。其中，紅色曲線是該發(fā)動機帶有排氣歧管隔熱罩時的加速

噪聲曲線，綠色曲線是該發(fā)動機去掉隔熱罩后的加速噪聲曲線。

從圖 4 可以看出，無隔熱罩狀態(tài)下發(fā)動機排氣側(cè) 1 m 聲壓

級曲線明顯降低，一般情況下降低 3.0 ～ 5.0 dB（A），在某些

轉(zhuǎn)速下甚至降低近 8.0 dB（A）。從圖 5 可以看出，無隔熱罩狀

態(tài)下發(fā)動機整機 1 m 聲功率級曲線也明顯降低，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速

為 2 000 ～ 4 000 r/min 時，大部分降低 3 dB（A）以上。

通過聲源定位測試，鎖定了排氣歧管隔熱罩對排氣側(cè)噪聲影響

最大，貢獻量主要集中在隔熱罩中部位置。整機 1 m 聲壓級測試結(jié)

果也表明，有無隔熱罩差別很大，無隔熱罩時整機 1 m 聲壓級大大

降低。因此，對排氣歧管隔熱罩作為突破口進行 NVH 優(yōu)化分析。

2 排氣歧管隔熱罩模態(tài)分析

2.1 有限元模型的建立

利用 HyperMesh 軟件對排氣歧管隔熱罩進行模態(tài)分析。將

隔熱罩導入 HyperMesh 進行幾何清理，并提取中面特征。將單

元類型設置為 Shell，采用一階四邊形 2D 網(wǎng)格，設置單元尺寸參數(shù)，

并使用智能網(wǎng)格劃分方式劃分 2D 網(wǎng)格。完成網(wǎng)格劃分之后，賦

予網(wǎng)格材料屬性，其材料特性參數(shù)為 ：厚度 T= 為 1 mm ；彈性模

量 E 為 2.1×105 MPa ；泊松比 μ 為 0.3，密度 ρ 為 7 900 kg/m3

。

為了模擬最接近實際工作狀態(tài)時的排氣歧管隔熱罩固定

方式及模態(tài)特征，需將隔熱罩所有 5 個固定螺栓孔位置的 6

個自由度全部約束，以此為邊界條件，得到的隔熱罩有限元

模型（圖 6）。

圖 3 3 000 ～ 5 000 Hz 噪聲源定位

圖 5 整機 1 m 聲功率級曲線

圖 4 排氣側(cè) 1 m 聲壓級曲線

圖 6 隔熱罩的有限元模型

2.2 有限元模態(tài)計算及結(jié)果分析

將所建立的隔熱罩有限元網(wǎng)格模型導入 ANSYS 軟件中，進行

約束模態(tài)計算，從而獲得隔熱罩各階固有頻率與相應的模態(tài)振型。

由于所關心的是低階模態(tài)，所以提取隔熱罩的前六階振動模態(tài)。

圖 7 為隔熱罩的前六階模態(tài)振型，圖中顏色越深，表示變形越大。

由以上計算結(jié)果可知，隔熱罩在約束狀態(tài)下的模態(tài)特征主要

表現(xiàn)為局部的振動，并且不同部位振動幅值相差很大。隔熱罩中

上部位置由于沒有螺栓固定，造成一階約束模態(tài)偏低。當激勵頻

率為 534 Hz 左右時，中間位置發(fā)生共振，振動量較大時，會產(chǎn)

生明顯的輻射噪聲峰值。同樣，隔熱罩右下側(cè)位置也缺乏約束點，

振動量較大。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

023 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

因此可以知道，該隔熱罩振動幅度比較大的部位是中上部位

置和右下側(cè)位置。這 2 處結(jié)構振動幅度較大，應變能密度較集中，

相對于整體而言是剛度最為薄弱得部位，引起中低頻共振的可能性

最大。因此，主要對隔熱罩中上部、右下側(cè)這兩個部位進行拓撲優(yōu)化。

3 排氣歧管隔熱罩的優(yōu)化

噪聲和振動相關，要想降低噪聲就要減少振動的頻率。根據(jù)

結(jié)構的自由振動公式可知，振動頻率與結(jié)構的剛度及其固有頻率

相關。要想降低隔熱罩的噪聲，就要增加結(jié)構的剛度，提高隔熱

罩的固有頻率。剛度越大，在激勵力不變的情況下，結(jié)構產(chǎn)生的

振幅就越小；頻率越高，就會避開越多的低頻段，噪聲也會減少 [4]。

隔熱罩一階約束模態(tài)頻率與隔熱罩的材料、結(jié)構以及固定方式有

關，可以通過 CAE 分析優(yōu)化隔熱罩的結(jié)構及固定方式，提高其一

階約束模態(tài) [5]。

針對本隔熱罩的特點，結(jié)合 CAE 模態(tài)計算分析，為了有效

提高隔熱罩薄弱區(qū)域的一階模態(tài)，對其輻射噪聲進行優(yōu)化 [6]，對

該隔熱罩提出了增加約束點和雙層結(jié)構 2 種改進方案。

3.1 增加約束點優(yōu)化

3.1.1 優(yōu)化方案描述

通過 CAE 分析可知，排氣歧管隔熱罩中上部位置、右下部

位置是振動比較大的位置。仔細觀察發(fā)現(xiàn)，中上部位置及右下部

位置區(qū)域類似平板結(jié)構，缺乏約束點。當發(fā)動機在運行時，隔熱

罩在排氣歧管的振動激勵下會發(fā)生共振導致輻射噪聲變大。因此，

為了減少隔熱罩薄弱結(jié)構的共振，可以在中上部位置、右下部位

置各增加一個固定約束點（圖 8）。

3.1.2 模態(tài)對比分析

對增加約束點后的隔熱罩進行模態(tài)分析，求解得隔熱罩前六

階的固有頻率和模態(tài)振型。固有頻率如表 1 所示?？梢钥闯?，通

過增加隔熱罩約束點，原隔熱罩的各階固有頻率都得到了很大幅

度的提高。其一階固有頻率提高了 57.3%，可以避開部分低頻范

圍內(nèi)的共振，降低隔熱罩的振動輻射噪聲。

模態(tài)振型如圖 9 所示（顏色越深，變形越大）。從圖中可以

看出，前四階局部振動特性和振動強度都有所降低，第五和第六

階振動部位相對較多，能量作用離散程度越高，輻射噪聲越低。

階數(shù) 頻率/Hz

（原隔熱罩）

頻率/Hz

（增加約束點） 頻率升高率

1 534 840 57.3%

2 835 1 100 31.7%

3 937 1 156 23.4%

4 956 1 278 33.7%

5 1 100 1 466 33.3%

6 1 200 1 567 30.6%

表 1 隔熱罩優(yōu)化前后固有頻率對比

圖 7 原隔熱罩前六階模態(tài)振型

圖 9 增加約束點隔熱罩模態(tài)振型

圖 8 隔熱罩增加固定點示意圖

3.2 雙層結(jié)構優(yōu)化

3.2.1 優(yōu)化方案描述

原隔熱罩為單層 1 mm 厚的鍍鋁鋼板結(jié)構，此類質(zhì)量及剛度

均較小的薄壁零件容易受發(fā)動機機體的激勵從而產(chǎn)生共振，導致

學術 | 制造研究

ACADEMIC

024 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

輻射噪聲較大。為了提高隔熱罩的整體強度，項目團隊決定將原

來的單層鍍鋁鋼板結(jié)構改為雙層鍍鋁鋼板中空結(jié)構，內(nèi)層板和外

層板厚度均為 1 mm（圖 10）。雙層鍍鋁鋼板中間有一定的真空，

其隔熱效果更佳。

表 2 隔熱罩優(yōu)化前后固有頻率對比

4 試驗驗證

4.1 臺架試驗驗證

分別將這 2 種優(yōu)化方案的排氣歧管隔熱罩樣件裝到發(fā)動機

上，進行整機 1 m 聲壓級噪聲測試。試驗在半消聲室內(nèi)進行，

測試結(jié)果如圖 12 和圖 13 所示?？梢钥闯?，與原隔熱罩相比，

這 2 種優(yōu)化方案對隔熱罩及發(fā)動機整機的輻射噪聲都有很好的

抑制作用，尤其在對峰值的抑制上，整個加速過程中，發(fā)動機

排氣側(cè) 1 m 聲壓級得到了明顯的降低。

試驗結(jié)果表明，2 種優(yōu)化方案的隔熱罩對降低排氣側(cè)近場噪

圖 10 雙層結(jié)構隔熱罩示意圖 聲最多達 8 dB（A），整機噪聲也降低了 2 dB（A）左右。

圖 11 雙層隔熱罩模態(tài)振型

階數(shù) 頻率/Hz

（原隔熱罩）

頻率/Hz

（雙層結(jié)構） 頻率升高率

1 534 884 65.5%

2 835 1 068 27.9%

3 937 1 451 54.9%

4 956 1 636 71.1%

5 1 100 1 832 66.5%

6 1 200 1 936 61.3%

3.2.2 模態(tài)對比分析

對雙層結(jié)構的隔熱罩進行模態(tài)分析，求解得隔熱罩前六階的

固有頻率和模態(tài)振型。固有頻率如表 2 所示，可以看出，雙層結(jié)

構隔熱罩各階固有頻率與原隔熱罩相比均有顯著提高。其一階固

有頻率提高了 65.5%，比增加約束點還高出 8.3%。

由模態(tài)振型可以看出（圖 11），與原來單層隔熱罩對比，雙

層隔熱罩整體強度有很大提升。在 1 200 Hz 以內(nèi)模態(tài)階數(shù)由原來

的 6 階模態(tài)減少為 2 階，很好地抑制了隔熱罩的輻射噪聲。

圖 12 發(fā)動機排氣側(cè) 1 m 聲壓級曲線

圖 13 發(fā)動機整機聲功率曲線

4.2 整車試驗驗證

分別將這 2 種優(yōu)化方案的隔熱罩裝到整車進行通過噪聲測

試，測試在海南汽車試驗研究所進行。測試過程方法和數(shù)據(jù)處

理均完全按照國標規(guī)定執(zhí)行，最終結(jié)果如表 3 所示。可以看出，

學術 | 制造研究

ACADEMIC

025 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

表 3 整車通過噪聲測試結(jié)果

方案 實測值/dB（A） 降噪量/ dB（A） 評估[≦74 dB（A）]

原狀態(tài) 74.5 —— NOK

增加約束點 74.2 ↓0.3 NOK

雙層結(jié)構 73.8 ↓0.7 OK

2 種方案均能降低整車外加速噪聲，但雙層結(jié)構的隔熱罩效果比

增加約束點的隔熱罩好，能使整車通過噪聲滿足法規(guī)要求。這是

因為增加約束點只是提高了局部強度，而雙層結(jié)構則從整體上提

升隔熱罩的強度，效果更好。

結(jié)合臺架和整車試驗結(jié)果，最終選擇雙層結(jié)構的隔熱罩作為

優(yōu)化方案。

5 結(jié)束語

本文通過對某汽油機進行噪聲測試，發(fā)現(xiàn)排氣歧管隔熱

罩是主要的噪聲源之一。通過對排氣歧管隔熱罩進行模態(tài)分

析并提出改進方案，最后通過試驗驗證確定了最終的優(yōu)化方

案。本次對某汽油機排氣歧管隔熱罩的優(yōu)化改進取得了良好

的效果，使搭載該發(fā)動機的整車通過噪聲達到了法規(guī)要求。

通過本研究可以得到如下結(jié)論，對于發(fā)動機設計中如何提升

NVH 水平具有一定的推廣價值。

（1）排氣歧管隔熱罩屬薄壁類零件，在進行設計時需重點關

注其 NVH 性能。

（2）隔熱罩可以通過提高一階模態(tài)改善其振動特性，從而降

低隔熱罩的輻射噪聲。對于單層鍍鋁鋼板隔熱罩而言，可通過增

加約束點或采用雙層結(jié)構提高剛度。

（3）對于單層鍍鋁鋼板隔熱罩的降噪優(yōu)化，雙層結(jié)構方案比

增加約束點效果好。

【參考文獻】

作者簡介 :

黃鷹，本科，工程師，研究方向為動力開發(fā)及測試分析。

[1] 趙衛(wèi)平 , 張衛(wèi)國 , 吳超 , 等 . 某汽油機正時罩蓋 NVH 優(yōu)化分析 [J]. 小型

內(nèi)燃機與車輛技術 ,2015,44(04):71-74.

[2] 楊磊 , 范習民 , 高偉 , 等 . 基于 Abaqus 的某汽油機排氣歧管隔熱罩

優(yōu)化分析 [J]. 計算機輔助工程 ,2013,22(S2):119-123.

[3] 趙俊男 , 王延陽 , 張爽 , 等 . 基于有限元的排氣歧管隔熱罩動態(tài)特性分析

與噪聲驗證 [J]. 汽車實用技術 ,2018(04):80-82.

[4] 張宗成 , 楊景玲 , 張燕 , 等 . 發(fā)動機油底殼的噪聲分析及結(jié)構優(yōu)化 [J]. 噪

聲與振動控制 ,2013(06):123-127.

[5] 楊金才 , 閔福江 , 張亮 , 等 . 發(fā)動機隔熱罩噪聲分析及改進 [C]//.2008 中

國汽車工程學會年會論文集 ,2008:113-116.

[6] 姜紹忠 , 閻文兵 , 陳越 , 等 . 柴油機表面輻射噪聲控制研究 [J]. 機械與電

子 ,2011(05):71-73.

【參考文獻】

作者簡介 :

陳旭健，本科，工程師，研究方向為汽車動力系統(tǒng) OBD 診斷標定及 PVE 測試。

[1] 劉旭洋 , 張宇光 , 范智權 , 等 . 基于國六排放標準下的量產(chǎn)車評估測試

(PVE) 方法研究 [J]. 汽車工程師 ,2021(11):5-8.

[2] GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階

段）[S].

[3] 生態(tài)環(huán)境部機動車排污監(jiān)控中心 . 輕型車國六標準實施細則（試

行）.2018.

[4] 王 成 君 , 黎 蘇 , 周 文 瑾 , 等 .GPF 故 障 診 斷 策 略 研 究 [J]. 汽 車 實 用 技

術 ,2021,46(19):89-93.

[5] 趙 偉 . 國 Ⅵ 汽 油 車 顆 粒 物 排 放 后 處 理 應 對 策 略 [J]. 汽 車 維 護 與 修

理 ,2021(7):7-11

（上接第 20 頁）

該測試需要先將車輛放置在環(huán)境艙里浸車，并且為了測試留有冗

余，避免進入量程極限位置，設置環(huán)境艙溫度為 40℃。根據(jù)冷起

動校驗診斷監(jiān)測表，40℃ -75℃ =-35℃，再根據(jù)表 2 可得函數(shù)發(fā)

生器需注入 0.74 V 信號電壓，按照試驗流程應能實現(xiàn)報碼。

3.6 校驗測試結(jié)果

檢查測量文件，儲存的故障碼及數(shù)量都應正確。未決故障

循環(huán)應只有 mode7 儲存了故障碼 ；確認故障循環(huán)應 mode3、

mode7 及 modeA 都儲存了故障碼，且顯示的 MIL 狀態(tài)為點亮。

按照規(guī)則命名并分類保存，為編寫測試報告做準備。

4 結(jié)束語

不同于型式試驗占用較多場地及設備資源，PVE 測試更多的

是需要理解零部件功能、診斷目的和邏輯原理，思考在較少的資

源下，快速有效地完成試驗。在“國六”實施初期，試驗技術資

源的缺少，企業(yè)的測試一般委托專業(yè)檢測機構進行。企業(yè)自主團

隊的組建與測試開展，可節(jié)約委外試驗成本，成效顯著。PVE 測

試為國六標準中的重要試驗項，而 GPF 溫度傳感器作為發(fā)動機排

放系統(tǒng)的重要零件，其 PVE 測試具有很強的代表性。本研究希望

實現(xiàn)以點帶面、開拓視野，為整車廠商自主測試提供參考。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

026 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

1.1 發(fā)動機空燃比處于較稀狀態(tài)儲氧率模型

發(fā)動機空燃比處于較稀狀態(tài)時，發(fā)動機燃燒排放物質(zhì)中氧

含量富余。此時一部分與鈰氧化物 Ce2O3 反應生成 CeO2 儲存在

催化器，在 Ce 表面富余 O2 的反應速率正比于 O2 的吸附速率。

另一部分氧則與 HC 和 CO 發(fā)生氧化反應，生成 CO2 和 H2O。根

據(jù)化學反應動力學方程，此時三元催化器的儲氧率為 ：

式中 LOSC ——三元催化劑活性層單位面積

k fill ——吸附速率系數(shù)

——活性層中氧氣濃度

——Ce 表面 O2 覆蓋率

1.2 發(fā)動機空燃比處于較濃狀態(tài)儲氧率模型

發(fā)動機空燃比處于較濃狀態(tài)時，發(fā)動機燃燒排放物質(zhì)中氧

含量貧乏。在貴金屬 Ce 表面過量 CO 的反應速率正比于脫附速率，

根據(jù)化學反應動力學方程，此時三元催化器的氧釋放率為 ：

式中 k emp——脫附速率系數(shù)

θ CO——Ce 表面 CO 表面覆蓋率

則過量空氣系數(shù) λ 值的定義為 ：

式中 R——還原劑的濃度

O——氧化劑的濃度

P——燃料燃燒排放物的濃度

基于儲氧率模型的三元催化器失效故障監(jiān)測研究

（1. 河南科技大學，洛陽 471003 ；2. 河南職業(yè)技術學院，鄭州 450046）

吉武俊 1

、張尚月2

摘要 ：本文通過建立三元催化器的儲氧率數(shù)學模型，設計了三元催化器失效的診斷算法，使用最小二乘法對發(fā)動機三元催化器的儲氧率模型老化因子進行在線監(jiān)測，

確定了三元催化器失效診斷的使能條件。最后，通過發(fā)動機臺架試驗，驗證了失效診斷算法能有效地診斷出三元催化器的失效程度。

關鍵詞 ：三元催化器 ；儲氧率 ；失效 ；空燃比 ；儲氧能力 ；失效故障監(jiān)測

中圖分類號 ： U464.1 文獻標識碼 ： A

基金項目 ：2021 年河南省博士后科研資助項目《車輛排放系統(tǒng)故障機理與智能針對方法研究》（項目編號 ：202103104）；2022 年度河南省高等學校重點科研項目《汽

車發(fā)動機氧傳感器老化故障監(jiān)測與診斷方法研究》（項目編號 ：22A460021）。

0 引言

三元催化器是現(xiàn)代轎車汽油發(fā)動機排放系統(tǒng)后處理最為有

效的裝置之一 [1-2]。但車輛行駛里程超過 10 萬 km 后，三元催

化器會出現(xiàn)不同程度的失效現(xiàn)象。一旦行駛里程超過 20 萬 km，

三元催化器凈化尾氣的功能會成倍減弱，甚至完全喪失凈化功

能 [3]。本文針對三元催化器的失效故障進行診斷，圍繞采用閉環(huán)

控制發(fā)動機的三元催化器失效監(jiān)測的問題，提出建立三元催化器

的儲氧率數(shù)學模型，設計三元催化器失效的診斷算法，對發(fā)動機

三元催化器的儲氧率模型老化因子進行在線監(jiān)測。由此確定三元

催化器失效診斷的使能條件，從而實現(xiàn)了對三元催化器失效故障

的有效監(jiān)測。

1 三元催化器儲氧率模型

三元催化器儲氧率模型是表示三元催化器的最大儲氧量與

燃燒排放物中氧含量之間的關系 [4-5]。根據(jù)三元催化器入口、出

口氧傳感器采集到的 λ 值，建立三元催化器儲氧率模型，通過模

型估計 CeO2 的相對氧氣覆蓋率。三元催化器儲氧率模型求解的

ROC 氧氣覆蓋率可在線估計催化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化效率，判別三元

催化器的老化程度，可滿足控制的實時性要求。三元催化器儲氧

率η 可表示為 ：

（1）

式中 Ostore——三元催化器實際儲氧量

O MAX——三元催化器最大儲氧量

當發(fā)動機運轉(zhuǎn)，三元催化器工作時，η 始終在 0 ～ 1 不斷變

化。η=1 時，催化器儲存氧達到飽和狀態(tài) ；η=0 時，催化器氧處

于完全釋放狀態(tài)。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

027 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

當R ＜P，R/P ∝ 0 時，發(fā)動機空燃比處于較稀狀態(tài)；當O ＜P，

O/P ∝ 0 時，發(fā)動機空燃比處于較稀狀態(tài)。則過量空氣系數(shù)為 ：

（6）

式中 λ L——發(fā)動機空燃比處于較稀狀態(tài)時過量空氣系數(shù)

Oex——氧化劑余下氣體的濃度

λR——發(fā)動機空燃比處于較濃狀態(tài)時過量空氣系數(shù)

Rex——還原劑余下氣體的濃度

令λ L,R -1=λ L,R，則得

（7）

（8）

由 式（6） 和 式（7） 可 知， 當 λ=0 時， 則 排 放 物 為 CO2、

H2O和N2 ；若 λ ＞ 0，則排放物中為 NO 和 O2 ；若 λ ＜ 0 ，則

排放物為 CO 和 HC。

2 三元催化器儲氧率計算

利用 simulink 建立三元催化器儲氧率模型（圖 1），排氣管

上游氧傳感器信號的變化受空燃比變化的影響。在滿足診斷使能

條件下，當空燃比為定值時，排氣管上游氧傳感器信號近似為一

常數(shù)。三元催化器的型號以及其老化程度決定了鈰氧化物吸附、

脫附速率常數(shù)。取新的三元催化器反應速率常數(shù)為 1。

發(fā)動機在不同工況下，三元催化器的儲氧率受發(fā)動機空燃

比和流量的影響。在空燃比減小時，排氣中有害氣體相對增加，

而 Ce 表面氧的儲存率隨著流量的增加而減小。圖 2 所示為空燃

比A/F=13.1 時，經(jīng)過 7.5 s 后，三元催化器完全釋放氧，其儲氧

率η 由 1 逐漸下為 0。

圖 1 面向控制三元催化器儲氧率模型

圖 2 空燃比為 13.1 時儲氧率 η 的仿真結(jié)果

當發(fā)動機空燃比增加時，排氣中有害氣體相對減少，而

Ce 表面氧的儲存率隨著流量的增加而加大。隨著排氣流量的

增加，三元催化器氧的儲存達到飽和狀態(tài)。圖 3 所示為空燃比

A/F=16.1 時，經(jīng)過 13 s 后，三元催化器儲氧達到了飽和狀態(tài)，

其儲氧率η 由 0 逐漸上升到 1。

學術 | 制造研究

ACADEMIC

028 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

3 三元催化器老化診斷算法

診斷算法的設計思路為 ：通過把發(fā)動機空燃比變稀，讓三

元催化器在儲氧達到飽和狀態(tài)，再把發(fā)動機空燃比變濃，通過計

算三元催化器后氧傳感器相對前氧傳感器的反饋滯后時間來診斷

三元催化器的老化程度。

該診斷算法的關鍵是 ：①在空燃比變稀過程中，判別三元

催化器儲存氧是否已經(jīng)飽和狀態(tài) ；②后氧傳感器反饋延遲時間的

準確測量 ；③在排氣由稀變濃的過程中，需要了解三元催化器中

的氧是否已經(jīng)完全釋放。

由此，式（2）和式（3）可以表示為 ：

（9）

式（9）變化后得 ：

（10）

式中 k gr——劣化因子，分別表示k fill/LOSC 和k emp/LOSC

λ——空燃比

當三元催化器的儲氧能力越好，劣化因子k gr 就越小，發(fā)動

機空燃比λ 由稀變濃過程中，后氧傳感器相對于前氧傳感器信號

滯后的延遲時間變長。隨著三元催化器老化程度的加劇，劣化因

子k gr 會逐漸變大，其儲氧能力逐漸降低，則后氧傳感器對空燃

比λ 變化的反饋延遲時間也相應變短。

當發(fā)動機空燃比為定值時，在滿足診斷使能條件下，三元

催化器的溫度、發(fā)動機工況等對轉(zhuǎn)化效率的影響因素都只在狹小

的區(qū)間內(nèi)變化，可以忽略，轉(zhuǎn)化效率受三元催化器自身老化程

度的影響就突出了。先將發(fā)動機控制在空燃比為 16.1 附近工作，

通過式（2）計算氧儲存率η 值，當η 接近 1 時，三元催化器氧

儲存達到飽和。然后將空燃比控制在 13.1 附近工作，通過式（3）

計算氧儲存率η 值，當η 接近 0 時，三元催化器氧儲存枯竭。

計算出此時后氧傳感器相對前氧傳感器的反饋滯后時間，把

此反饋滯后時間稱為三元催化器儲氧能力時間（Oxygen Storge

Capacity ：OSC）。將計算出的反饋滯后時間與三元催化器標定

的儲氧能力 OSC 臨界閾值比較。若計算出的反饋滯后時間小于

標定 OSC 閾值，則判定三元催化器本次診斷存在故障。三元催

化器老化診斷算法的流程如圖 4 所示。

圖 4 三元催化器老化診斷算法的流程

圖 3 空燃比為 16.1 時儲氧率 η 仿真結(jié)果

4 三元催化器老化診斷的實驗分析

在滿足診斷使能條件后，發(fā)動機在熱怠速工況下，空燃比、

排氣溫度、空間速度、排氣壓力和排氣流均勻性等影響三元催化

器轉(zhuǎn)化效率的因素都只在狹小區(qū)間內(nèi)變化，可以忽略。三元催化

器自身的老化對其轉(zhuǎn)化效率的影響就突出出來。

判別三元催化器氧儲存率是否達到飽和狀態(tài)，可采用逐漸

逼近方法進行測試。試驗操作過程分為 2 個環(huán)節(jié)。

第 1 個環(huán)節(jié)是在發(fā)動機滿足使能條件下，改變發(fā)動機空燃比，

使發(fā)動機由怠速空燃比閉環(huán)控制狀態(tài)進入稀空燃比開環(huán)控制狀態(tài)

（λ=16.1）。測試時間分別為 1 s、3 s、5 s、7 s、9 s、12 s、15 s

和 18 s。

第 2 個環(huán)節(jié)是踩下加速踏板，加濃混合氣，使發(fā)動機由稀

空燃比開環(huán)控制狀態(tài)進入濃空燃比開環(huán)控制狀態(tài)（λ=13.1），并

做相應時間的測試，消耗掉三元催化器 Ce 表面的 O2。最后使發(fā)

動機回到怠速空燃比閉環(huán)控制狀態(tài)運行。為了驗證所設計老化診

斷算法的有效性，分別使用已知正常和老化的同型號三元催化器

進行試驗。

4.1 正常三元催化器的實驗分析

正常三元催化器的試驗結(jié)果如圖 5 所示。計算圖 5 中空燃

學術 | 制造研究

ACADEMIC

029 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

比由稀變濃時，前氧傳感器和后氧傳感器信號穿過化學計

量與基準電壓的時間差，結(jié)果如圖 6 所示。通過試驗數(shù)據(jù)得出，

正常三元催化器在空燃比變化時，后氧傳感器相對于前氧傳感器

的反饋滯后時間為 8 s 左右，也就是 OSC 閾值為 8 s。

4.2 老化三元催化器的實驗分析

老化三元催化器的試驗結(jié)果如圖 7 所示。計算圖 7 中空燃

比由稀變濃時，上下游氧傳感器信號穿過化學計量與基準電壓的

時間差，結(jié)果如圖 8 所示。通過試驗數(shù)據(jù)得出，老化三元催化器

在空燃比變化時，后氧傳感器相對于前氧傳感器的反饋滯后時間

為 3 s 左右，相比正常三元催化器的 OSC 閾值 8 s 明顯縮短。

因此，OSC 時間可區(qū)分正常和老化的三元催化器。

5 結(jié)束語

本文針對三元催化器的失效故障診斷，圍繞三元催化器失

效故障監(jiān)測的問題展開研究，得出以下結(jié)論。

（1）利用 simulink 建立基于三元催化器儲氧率模型

設計的三元催化器老化診斷算法，能夠有效診斷出三元催

化器的老化程度。

圖 5 正常三元催化器的試驗結(jié)果

圖 8 稀變濃劣化催化器下上游氧傳感器電壓

圖 7 老化三元催化器的試驗結(jié)果

圖 6 稀變濃下上游氧傳感器電壓

【參考文獻】

作者簡介 :

吉武俊，博士，教授，研究方向為車輛排放系統(tǒng)故障診斷。

[1] 吳鋒 , 姚燁彬 , 姚棟偉 , 等 . 汽油機三效催化轉(zhuǎn)換器故障診斷模型的研究

[J]. 內(nèi)燃機學報 ,2008(03):255-258.

[2] 龔金科 , 蔡皓 , 耿玉鶴 , 等 . 改進型汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器反應模型

及試驗研究 [J]. 內(nèi)燃機學報 ,2009,27(05):430-434.

[3] Jackson R A, Jones J ,Pan J, et al.Chemical Aspects of the Dynamic

Performance of a Three-Way Catalyst[C]// International Congress &

Exposition. 1999.

[4] Brandt E P, Wang Y, Grizzle J W. Dynamic modeling of a three-way

catalyst for SI engine exhaust emission control[J]. IEEE Transactions

on Control Systems Technology, 2000, 8(5):767-776.

[5] Brandt E P, Grizzle J W. Three-way catalyst diagnostics for advanced

emissions control systems[C]// American Control Conference, 2001.

Proceedings of the 2001. IEEE, 2001.

（2）基于劣化因子的分析，通過仿真得出隨著里程的增加，

劣化因子會逐漸變大，轉(zhuǎn)化效率逐漸減低?？杖急茸兓瘜匣?/p>

元催化器的后氧相對前氧傳感器反饋延遲時間縮短。

（3）通過臺架試驗，驗證了設計的三元催化器老化診斷算

法能夠準確診斷出催化器是否達到使用極限以及老化程度。且該

診斷算法簡單、運算量小，適用于車載實時診斷系統(tǒng)。

學術 | 行業(yè)分析

ACADEMIC

030 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

基于汽車零部件尺寸精度數(shù)字化管理模式研究與應用

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

范孝輝

摘要：汽車零部件尺寸精度管理是白車身精度的重要基礎，目前汽車零部件尺寸精度管理在數(shù)據(jù)存儲、預警、整改監(jiān)控等環(huán)節(jié)都依賴于人工，存在較多不足，影響整車品質(zhì)。

本文以目前汽車零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀為基礎，提出通過數(shù)字化管理模式，實現(xiàn)汽車零部件尺寸精度的提升。

關鍵詞 ：汽車零部件 ；尺寸精度 ；數(shù)字化 ；數(shù)據(jù)預警 ；可追溯

中圖分類號 ： F273.1 文獻標識碼 ：A

0 引言

隨著汽車行業(yè)競爭日趨激烈，顧客對產(chǎn)品質(zhì)量需求也越來

越高，焊裝白車身的作為車身各類部品裝配的載體，其精度水

平直接影響整車品質(zhì) [1]。汽車零部件作為白車身的主要構成，

是白車身精度形成的源頭。因此開展零部件尺寸精度管理研究，

將精度管理實現(xiàn)從源頭進行有效管控，對提升整車品質(zhì)具有重

大意義。

從目前行業(yè)精度管理發(fā)展來看，全面的數(shù)字化智能制造是高

產(chǎn)品質(zhì)量需求的解決方案?！稒C械工業(yè)“十四五”質(zhì)量管理規(guī)劃

綱要》提出，要充分利用數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化制造轉(zhuǎn)型升級

的戰(zhàn)略機遇，圍繞提升全生命周期產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和安全性推

進質(zhì)量管理，并充分利用信息化等技術手段來加強質(zhì)量數(shù)據(jù)的采

集、分析、評價、決策和追溯 [2]。一汽也提出了運用“1164”數(shù)

智化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)法，實現(xiàn)全方位數(shù)字化管理，建設成“數(shù)字一汽”的

戰(zhàn)略規(guī)劃 [3]。

本文通過對目前汽車零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀進行深入分

析，探索通過數(shù)字化管理的模式，實現(xiàn)汽車零部件尺寸精度數(shù)據(jù)

管理、數(shù)據(jù)預警、經(jīng)驗庫建立等過程的全面高效管理。針對零部

件尺寸精度管理，由于外協(xié)零部件數(shù)量較大，從零件測量、數(shù)據(jù)

收集和精度異常識別等過程都無法達到 100% 覆蓋，同時相應的

數(shù)據(jù)整合、預警和問題整改監(jiān)控等基本依賴于人工的判斷，管理

效率較低。

基于此，本研究從目前整個零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀入手，

識別管理業(yè)務痛點，探索利用數(shù)字化管理模式對零部件尺寸精度

進行全面管理。研究以數(shù)據(jù)為主線，建立汽車零部件尺寸精度系

統(tǒng)，實現(xiàn)從零部件精度各環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、質(zhì)量反饋到跟蹤

處理管理，達到了提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。該研究通過數(shù)據(jù)監(jiān)控及

在線處理、預警和協(xié)同，提高問題事件處理的規(guī)范性和處理效率，

實現(xiàn)工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)的集中匯總、工藝質(zhì)量風險預防預控、問題閉

環(huán)經(jīng)驗的共享和有效傳承，從根本上提高零部件尺寸精度的效率

和能力，進而提高白車身的質(zhì)量，提升核心競爭力 [4]。

1 汽車零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀分析

汽車零部件由于數(shù)量龐大，每個主機廠的零部件均由多個供

應商來供貨，同時各供應商內(nèi)部精度管理水平差異，導致整體零

部件精度管理難以統(tǒng)一。這主要體現(xiàn)在日常的精度數(shù)據(jù)收集、測

量要求、異常的數(shù)據(jù)預警以及整改監(jiān)控等方面存在較多不足。

1.1 零件測量

前期對零件的重要度進行分級管理，并定義相應的測量頻次，

供應商按照該數(shù)據(jù)測量頻次進行數(shù)據(jù)的提交。由于整個外協(xié)件數(shù)

量龐大，人工監(jiān)管下數(shù)據(jù)的提交主要為抽查。因目前各供應商零

件測量與整車生產(chǎn)計劃不匹配，會導致數(shù)據(jù)存在提交遺漏和滯后

的情況。當后工序有異常問題，有可能發(fā)生查詢的零件數(shù)據(jù)與實

際情況差異，導致問題分析整改周期變長。

1.2 數(shù)據(jù)存儲

目前零部件測量數(shù)據(jù)由供應商以 excel 表格形式，通過網(wǎng)

盤、郵件形式等進行提交。這導致數(shù)據(jù)分散，分析查詢時路徑不

一，可追溯性差。而且單個 excel 表格的數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)少，一般

在 30 ～ 40 組數(shù)據(jù)，對應時間周期在 1 個月左右，這導致數(shù)據(jù)難

以快速查詢分析，無法追溯過往的數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)預警

零部件測量數(shù)據(jù)表中，通過顏色規(guī)則對異常數(shù)據(jù)進行顯示；

人工通過顏色識別異常，由質(zhì)量人員向相應的工藝人員進行預

警、整改監(jiān)控。整個過程依賴于人工監(jiān)控，單個零件預警時間

較長（約 30 min），存在預警缺失，且不能實現(xiàn)實時預警。

1.4 流程監(jiān)控

預警問題以單一 excel 表格進行人工監(jiān)控，存在遺漏和整改

滯后的情況，也不能實時監(jiān)控預警問題的改善效果。

學術 | 行業(yè)分析

ACADEMIC

031 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

2 汽車零部件尺寸精度管理系統(tǒng)研究及應用

從行業(yè)發(fā)展來看，目前的市場對質(zhì)量要求越來越嚴格，人工

生產(chǎn)管理模式向智能化、全面化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變成為行業(yè)趨勢。因

此在對汽車零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀分析后，本司決定開發(fā)應用

零部件尺寸精度的管理系統(tǒng)，以直接替代原有人工數(shù)據(jù)管理模式，

實現(xiàn)數(shù)據(jù)全面實時監(jiān)控、效率提升、問題快速反應以及質(zhì)量提升 [5]。

2.1 總體建設目標

（1）建立數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。針對現(xiàn)存多個供應商、數(shù)據(jù)較多的

零部件、多種提交數(shù)據(jù)形式以及數(shù)據(jù)記錄單一的情況，將各供應

商零部件數(shù)據(jù)規(guī)范導入到系統(tǒng)集成，進行數(shù)字化管控，實現(xiàn)精度

類數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸口、同一平臺管理。

（2）減少人工數(shù)據(jù)導入的繁雜工作，實現(xiàn)精度數(shù)據(jù)自動導入

性，這打破了以往數(shù)據(jù)采集編制整理均由人工負責、效率低較的

模式。通過數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動讀取識別進入至系統(tǒng)，可以有

效減輕精度數(shù)據(jù)管理人員的工作量。

（3）建立預警模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時預警，改善人工預警的

及時性，同時確保預警的準確定。

（4）實現(xiàn)精度大數(shù)據(jù)可追溯性，改善了傳統(tǒng)電子測量表測組

數(shù)限制，精度數(shù)據(jù)只要輸入零件號、時間等條件便可調(diào)取對應數(shù)

據(jù)，日常隨時進行調(diào)取。

（5）實現(xiàn)手機終端數(shù)據(jù)查詢，解決了處置現(xiàn)場問題時必須回

辦公室查詢數(shù)據(jù)的困擾。

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)方案

（1）數(shù)據(jù)采集。零部件尺寸精度管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集按實際

情況可采用多種形式，包括人工錄入、掃描文件（點云 .STL）上

傳和電子表上傳等。人工錄入時，輸入測量數(shù)據(jù)及日期即可自動上

傳更新至系統(tǒng)，測量人員可在測量現(xiàn)場利用平板或手機快捷錄入，

減少手工記錄工作。針對日常精度問題分析，經(jīng)常需要對零件進行

掃描存儲，對此系統(tǒng)可以提供掃描文件上傳存儲功能，掃描文件上

傳后可直接查看 3D 圖像。針對日常的電子表，統(tǒng)一路徑后系統(tǒng)可

進行數(shù)據(jù)的自動抓取。最終系統(tǒng)將實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲管理。

（2）視圖管理。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直觀展示，系統(tǒng)設定有零部件

的測點圖及數(shù)據(jù)視圖 2 種形式。測點圖通過測點框直觀顯示測點

的最近變化趨勢圖（圖 1），通過雙擊測點框，可直觀查看數(shù)據(jù)的

變化趨勢，對比數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)視圖則實時顯示測點各時間段的測量

數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時查看。通過數(shù)據(jù)查詢條件設定，可查看不

同時段、不同零件號的測量數(shù)據(jù)。

（3）統(tǒng)計管理?；谌粘５臄?shù)據(jù)分析需求，系統(tǒng)提供多點趨

勢圖、彩虹圖、單值移動極差、均值標準偏差、均值極差、中位

極差以及直方圖等常用統(tǒng)計形式。同時，系統(tǒng)還能夠統(tǒng)計當前數(shù)

圖 1 測點圖

學術 | 行業(yè)分析

ACADEMIC

032 AUTO DRIVING & SERVICE?2022 . 12

【參考文獻】

作者簡介 :

范孝輝，在職研究生，工程師，研究方向為汽車整車及零部件質(zhì)量管理、生產(chǎn)

制造等。

[1] 易濤 . 影響車身精度的因素探析 [J]. 中國高新技術企業(yè) ,2015(08):75-76.

[2] 中國機械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會 . 機械工業(yè)“十四五”質(zhì)量管理規(guī)劃綱要

[Z].2021.

[3] 張顯東 . 淺析數(shù)智化在汽車供應商質(zhì)量管理中的應用 [J]. 汽車工業(yè)研

究 · 季刊 , 2022(03):50-51.

[4] 黃承林 . 中國汽車發(fā)展 [J]. 時代汽車 , 2007(01):18-22.

[5] 李友錚 . 品質(zhì)管理、整合性思維 [M]. 北京 : 經(jīng)濟管理出版社 ,2015.

[6] 王 勤 衛(wèi) , 石 啟 正 . 白 車 身 尺 寸 精 度 控 制 方 法 探 討 [J]. 時 代 汽

車 ,2019(17):119-120.

據(jù)平均值、CP 和 CPK 等指標，實現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差及穩(wěn)定性分析及監(jiān)控。

（4）預警管理。尺寸精度管理系統(tǒng)通過設定的預警規(guī)則、預

警對象以及預警方式，自動推送預警信息至相應負責人，并對預

警問題進行流程監(jiān)控。預警信息可同步至騰訊通或企業(yè)微信等，

可實時查看。相關負責人通過查看預警問題改進流程，對已關閉

問題固化相應的分析方法和整改方案，建立問題點處置經(jīng)驗庫。

出現(xiàn)同類問題時，系統(tǒng)自動調(diào)取過往對策并發(fā)出提示，以減少重

復分析工作，提高分析效率。

預警是指系統(tǒng)設定多種判異準則，并設定預警對象（責任

人、自工程負責人和后工程負責人），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 100% 實時監(jiān)

控（圖 2）。對比人工預警，系統(tǒng)自動預警可以大幅度減少人工數(shù)

據(jù)的查詢時間，并實現(xiàn)預警時間消除、數(shù)據(jù)的 100% 監(jiān)控、實時

預警和問題流程監(jiān)控等功能，還可以建立問題經(jīng)驗庫快速查詢。

預警流程監(jiān)控是指通過預警信息推送，填寫改進單并監(jiān)控整改流

程。對于復發(fā)問題記錄復發(fā)次數(shù)，并預警至相應的自工程負責人

和后工程負責人進行風險確認。

圖 3 管理效能統(tǒng)計

3 運行成效

（1）管理效能提升。通過數(shù)字化管理替代人工管理，在數(shù)據(jù)

查詢、預警、分析和流程監(jiān)控上實現(xiàn)效率大幅提升（圖 3）。

（2）精度提升。通過對比日常的人工管理模式，通過數(shù)字化

管理系統(tǒng)應用，白車身車精度穩(wěn)定性大幅提升，在 CP、CPK 等

指標已超過對標標桿，達到行業(yè)前列水平。

4 結(jié)束語

本文基于汽車零部件尺寸精度管理現(xiàn)狀，建立數(shù)字化管理系

統(tǒng)，通過系統(tǒng)替代人工在數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及問

題監(jiān)控等環(huán)節(jié)的工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、流程全覆蓋監(jiān)管，以及問題預

警的規(guī)范化管理。

零部件尺寸精度數(shù)字化管理在數(shù)據(jù)管理模式、數(shù)據(jù)整合、數(shù)

據(jù)預警和流程監(jiān)控等方面實現(xiàn)創(chuàng)新。通過數(shù)據(jù)的整合，實現(xiàn)大批

量存儲及數(shù)據(jù)的快速查詢 ；通過建立預警模型，可實時監(jiān)控所有

異常數(shù)據(jù)；同時預警問題進行流程監(jiān)控，實現(xiàn)異常數(shù)據(jù) 100% 監(jiān)控。

在應用零部件尺寸精度數(shù)字化管理系統(tǒng)后，管理過程中在數(shù)據(jù)查

詢、問題預警和管理效率等方面，較人工管理有了大幅提升。

圖 2 系統(tǒng)預警定義

日常預警問題會形成預警臺賬。對于一些典型問題，可以補

充完整分析、整改等資料，并通過審核流程形成問題點處置的經(jīng)

驗庫。經(jīng)驗庫包含預警問題的原因分析、整改方案、技術文件和

數(shù)據(jù)統(tǒng)計等信息。出現(xiàn)同類問題時，系統(tǒng)自動調(diào)取過往對策并提

示，減少重復分析工作，提高分析效率。

（5）統(tǒng)計管理。系統(tǒng)通過設定時間、選擇需要的統(tǒng)計區(qū)域，

可統(tǒng)計相應的合格率、CP 和 CPK 等指標 [6]，并按實際情況可生

成相應的周報、月報等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的日常監(jiān)控。

（6）封樣數(shù)據(jù)管理。封樣數(shù)據(jù)提交流程審核確認后，系統(tǒng)會

計算上傳數(shù)據(jù)文件中所有點位的封樣數(shù)據(jù)指標，存放到相應點位

中，并按封樣設定進行預警。

（7）考核管理。通過在系統(tǒng)中設定供應商數(shù)據(jù)提交監(jiān)控、問

題流程監(jiān)控等要求，系統(tǒng)自動根據(jù)設定的考核規(guī)則生成考核單，

用戶可選擇是否執(zhí)行考核，修改單據(jù)狀態(tài)并保存。