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2023.09 总第 554 期 ¥20.00

ISSN 1004- 2830

CN 11 - 2984/U

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《汽车与驾驶维修》杂志 月刊 1992 年创刊

2023.09 总第 554 期 每月 10 日出版

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ISSN 1004- 2830

京朝市监广登字 20170064 号

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汽车与驾驶维修

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新能源维修技术│NEV TECHNOLOG

问界M5为何无法高压上电

技术明星专栏│TECHSTAR COLUMN

人为因素造成的行驶换挡冲击案例分析

故障排除│TROUBLE CLEARING

北京现代领动轿车故障2例

2016年产宝马525Li仪表板多个故障灯点亮的故障排除

北汽勇士越野车连续性无法起动故障的排除

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杂志 / 新媒体

002

004

012

007

新能源维修技术

NEV TECHNOLOGY

002 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

文 ：张春伟

问界 M5 为何无法高压上电

关键词 ：PT-CAN 动力总线、进水

腐蚀

故障现象 ：一辆问界 M5 增程式混

合动力车，车主来电反映该车早上行驶

一切正常， 停车 2 个小时左右， 再用车

时发现仪表出现许多故障灯提示，车辆

不上高压电，无法行驶。

检查分析 ：笔者通过电话询问车辆

情况，判断不是车主操作问题，于是建

议车主拖车进店检查。车辆到店后，检

查发现仪表中高压系统故障灯、动力电

机故障灯点亮，车辆纯电续航里程及燃

油续航里程均不显示（图 1）。

连接故障诊断仪对该车电控系统进

行检测，结果发现很多电控系统都存有

故障码（图 2）。用诊断仪选择系统，发

现动力电池管理系统 BMS、整车控制器

VCU、后电机控制器以及前电机控制器

均无法通讯（图 3）， 但网关可以进入，

并 且 读 取 到 故 障 码“U007788——PTCAN 总线关闭”，以及与众多控制单元失

去通信的故障码（图 4）。

由于 PT-CAN 动力总线上的控制单

元均无法通信，并且网关提示动力总线

关闭，所以笔者首先仔细检查了车上是

否 加 装 了 其 他 电 器 设 备， 确 认 并 无 加

装。接下来重点检查动力总线，找到诊

断插座上的动力总线 CAN_H 和 CAN_L

图 1 故障车仪表显示 端子，分别测量其对搭铁的电压。结果

图 2 众多控制单元存在故障

图 3 控制单元无法通讯

图 4 网关中记录的故障码

图 5 测量 PT-CAN 总线电压

CAN_H 端子电压为 11.47 V，CAN_L 端

子电压为 9.78 V（图 5），说明这两条线

可能对电源正极存在短路。断开低压蓄

电池，测量 CAN_H 和 CAN_L 端子间的

电阻，结果为 103 Ω，异常。

从该车 PT-CAN 总线网络拓扑图可知

（图 6）， 总线上的各控制单元为并联结

构，故障点可能是在其中某个控制单元

上。因为连接在总线上的每个控制单元

都可以发出电压，如果其中一个发出异

常电压，就会影响到整个网络系统。另

一种可能的故障原因是线路问题，某一

段线束存在破损，导致与 12.00 V 电源线

短路，也可能是公用的插接器烧蚀或进

水腐蚀。

接下来准备根据以往维修网络故

障 的 经 验， 逐 一 断 开 PT-CAN 总 线 上

的 各 个 控 制 单 元， 同 时 观 察 诊 断 插 座

上 CAN_H 和 CAN_L 的电压是否恢复

正常。正常情况下， CAN_H 对搭铁电

压为 2.70 V 左右 ；CAN_L 对搭铁电压

为 2.30 V 左右。

新能源维修技术

NEV TECHNOLOGY

003 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

但是该车并没有为了检修方便而专

门设置的网络接线盒，这样排查的施工

操作将非常繁琐。反复查看电路图后发

现， 可以将 PT-CAN 总线上的控制单元

分为左中右 3 个部分， 分别通过 PC52/

FCR01、PC50/CC16 以 及 PC27/S01 这

3 个插接器进行划分。只要找到这 3 个

插接器，逐一断开并观察万用表的读数，

看断开哪一个后电压恢复正常，就说明

哪一路出了问题。

最 终， 当 断 开 PC50/CC16 插 接 器

时， 电压恢复正常。这一路下连接有 4

个控制单元，分别是电池管理系统控制

单元、OBC 三合一控制器、后电机控

制器以及整车控制器 VCU。接下来插回

PC50/CC16 插 接 器， 并 逐 一 断 开 这 4

个控制单元，但万用表读数始终没有恢

复正常，说明问题不在这些控制单元上，

而是出在 PC50/CC16 插接器与 4 个控

制单元之间的线束上。

接 下 来 准 备 断 开 CC81/CC82 插 接

器，一方面可以检查该插接器状态，另

一方面可以进一步缩小故障范围。如果

断 开 CC81/CC82 插 接 器 后 电 压 恢 复 正

常，说明故障点在该插接器之后 ；如果

断开后电压依旧不正常，说明问题出现

在 CC16 与 CC81 插接器之间的线路上。

断开 CC81/CC82 插接器后发现存

在进水腐蚀问题（图 7）， 腐蚀点正好

是 13 及 14 号端子的通讯线和 4 号端子

的 12.00 V 电源线（图 8）。

故障排除 ：清理进水腐蚀的 CC81/

CC82 插接器并做好防水措施，恢复线路

后试车，车辆正常高压上电，故障排除。

回顾总结 ：事后询问车主得知， 朋

友之前送给他一条活鱼，用带盖子的水

箱放在了行李舱内，结果到家后发现水

洒了出来，他只是擦干了表面的水，没

想到水能渗到插接器里。其实这个故障

并不难，只不过出现在新能源车上，会

图 7 腐蚀的 CC81/CC82 插接器

图 8 CC81/CC82 插接器针脚定义

图 6 PT-CAN 总线网络拓扑图

让没有新能源车型维修经验的维修人员

束手无策。高压不上电也不一定就是因

为高压系统出现了问题，12.00 V 低压控

制电路或者通讯网络出现问题，同样也

会导致高压不上电。随着新能源汽车逐

步普及，会应用到很多新技术，但是技

术在变、传承不变，掌握各系统的原理，

总结出一套行之有效的诊断维修方法，

就会有立足的根本！

技术明星专栏

TECHSTAR COLUMN

004 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

作者简介 ：陈文林，本刊签约作者，现任广州松田职业学院新能源汽车技术专业负责人，讲师、汽车维修高级技师（一级）、机动车

检测维修工程师，在汽车维修企业的技术总监及内训师岗位上有着多年工作经验，精通上海通用等车型维修，参加过上海通用各车型

技术培训，是上海通用汽车认证的金级技师，获得上海通用汽车 2012 年度的“维修技术银奖”、2013 年度和 2014 年度两次“维修技

术金奖”。长期在汽车维修类期刊上发表技术性文章。

文 ：陈文林

人为因素造成的行驶换挡冲击案例分析

关 键 词 ：电 磁 阀、 离 合 器、 换 挡

冲击

故障现象 ：一辆 2011 年产上汽通用

别克新君越轿车， 搭载 LAF 型 2.4 L 缸

内直喷发动机和 6T45E 型 6 挡自动变速

器。行驶里程为 18.4 万 km。该车因无

法行驶在其他专修厂大修变速器，更换

了内部损坏的部件。变速器修复装车后

车辆可恢复行驶，但仍有异常，通过更

换阀体、变速器控制单元（TCM）均未

能彻底解决问题。目前车辆还存在间歇

性发动机故障灯点亮，行驶过程中换挡

冲击的故障，热车时比较明显，严重时

还会出现打滑现象。

检查分析 ：维修人员用专用故障诊

断仪 GDS 检测，发现变速器控制单元存

储有历史故障码“P0777——压力控制

电磁阀 2 卡滞打开，通过和失败”。该故

障码的设置原理是 ：压力控制电磁阀 2

调节控制 3-5-R 挡离合器的油压 ；TCM

以输入轴转速传感器（ISS）和输出轴转

速传感器（OSS）发送的转速信号为基础，

计算传动比，并将每个指令挡位的期望

变速器传动比和计算出的传动比进行比

较 ；超出范围将设置故障码。

6T45E 变

速器的挡位控

制主要由 4 个

压力控制电磁

阀 及1个 换

挡电磁阀来

执行， 最终实

现 6 个前进挡

及 P 挡、N 挡

和 R 挡， 各挡

都有相应的传

动 比（ 图 1）。

其中， 压力控

制电磁阀 2 在

R 挡、3 挡和 5 挡进行离合器油压控制。

TCM 在进行相关挡位控制时，通过对传

动比的监控来判断是否正常工作，从而

最终影响其控制结果。因此根据故障码

P0777 判断可能的故障原因有 ：① TCM

及相关线路故障 ；②压力控制电磁阀 2

及相关线路故障 ；③压力控制电磁阀 2

控制的油路及相关调节阀故障 ；④ 3-5-R

挡离合器异常 ；⑤ ISS 和 OSS 故障。

检测 TCM 数据流， 重点查看“稳

定状态适配压力数据”， 发现“3 挡变

图 1 换挡执行元件工作表

速器适配压力稳定状态”及“稳定状态

TAP 第三挡 TCC 已使用” 的数据分别

为 48 kPa 和 10 kPa（图 2）， 异常 ；而

其他挡位包括倒挡都是正常的 0 kPa。稳

定状态适配压力是指在汽车变速器正常

工作状态下，液压控制系统为了保持适

当的换挡压力而调整的压力值。数据流

中此数值为 0 kPa，可理解为系统无需增

减油压，就可以按理论设定好的压力很

好地实现换挡， 相关部件是正常的 ；否

则可能存在异常。异常的数据流说明，

技术明星专栏

TECHSTAR COLUMN

005 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

该车变速器对应的挡位控制或挡位执行

中可能存在异常。而检查的重点则是 3

挡的工作过程。

连接好 GDS，清除故障码后一边试

车一边捕捉数据。试车时故障并不明显，

特别在冷车时车辆行驶并无任何异常。

经过反复有针对性地围绕 3 挡试车，让

车辆保持中速并在 2-3-4 挡间转换， 一

段时间后终于出现了几次瞬间的不正常

（图 3）。当车辆从 5 挡降到 4 挡再降到

3 挡时都没有问题， 传动比可以在指令

发出后正常进行切换且数值正常。但当

指令要求从 3 挡升 4 挡时， 开始阶段传

动比却还是 3 挡的 1.91，然后出现不正

常的短暂剧烈波动（图示故障点），最后

才正常切换到 4 挡，传动比恢复到 1.45。

如果此时故障点的数值更大，则车辆的

冲击感将更明显。

通过对动态数据流的分析，可以发

现故障点出现在 3 挡升 4 挡时， 可能原

因是 3 挡不能分离或 4 挡不能有效快速

结合，因此 4 挡工作的相关部件也要考

虑进来。对照图 1 可以发现，4 挡相关

部件有 ：1-2-3-4 挡离合器与压力控制电

磁阀 5，以及 4-5-6 挡离合器与压力控制

电磁阀 3 等。1-2-3-4 挡离合器与压力控

制电磁阀 5 已在 1 挡、2 挡和 3 挡正常

工作，4 挡工作时它只是正常延续， 不

可能存在故障。4-5-6 挡离合器与压力控

制电磁阀 3 则是在 3 挡时未工作， 切换

到 4 挡才开始工作的，因此重点对 4-5-6

挡离合器与压力控制电磁阀 3 进行检修。

结合前文对故障码 P0777 压力控制

电磁阀 2 的故障分析，可重新归纳该故

障可能存在的原因 ：① TCM 及相关线

路故障 ；②压力控制电磁阀 2 或压力控

制电磁阀 3 及相关线路故障 ；③压力控

制电磁阀 2 或压力控制电磁阀 3 控制的

油路及相关调节阀故障 ；④ 3-5-R 挡离

合器或 4-5-6 挡离合器异常 ；⑤ ISS 和

OSS 故障。

由于故障现象在其他工作挡位都没

有异常，因此可以排除 TCM 和相关线路

以及 ISS 和 OSS 的故障可能性。压力控

制电磁阀 2 和压力控制电磁阀 3 及相关

线路、油路和调节阀等主要集中在控制

阀体和 TCM 中， 维修人员先拆检变速

器侧盖，重点检查压力控制电磁阀 2 和

压力控制电磁阀 3，以及相关的调节阀、

单向球和密封件等（图 4），最终没有发

现异常。

至此故障线索指向了 3-5-R 挡离合

器和 4-5-6 挡离合器， 于是维修人员再

次全面拆检变速器。拆解过程中重点检

测 3-5-R 挡离合器和 4-5-6 挡离合器的控

图 2 变速器控制单元数据流

图 3 故障出现时的换挡数据 图 4 检查压力控制电磁阀 2 和压力控制电磁阀 3

技术明星专栏

TECHSTAR COLUMN

006 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

制油路，并找到这 2 组离合器的进油口。

用高压气枪分别对 2 组离合器进行气压

测试，发现 2 组离合器在气压作用下都

有明显的作动声音，能有效接合（图 5）。

图 7 一代和二代 GF6 变速器 4-5-6 挡离合器组件区别

525 和加力钢片 526，并将普通钢片 528

由 3 片变成 5 片， 摩擦片 527 由 4 片变

成 5 片（图 7）。而大修时维修人员并没

有注意这点，按二代 GF6 向配件库领取

了相应的钢片和摩擦片（没有加力钢片

526）， 然后将原车的 4 个钢片（含有 1

个 526、3 个 528）和 4 个摩擦片更换了，

相当于把厚的 526 换成了一个薄的 528。

故障排除 ：重 新 把 4-5-6 挡 离

合器组件中与波纹片 525 相邻的普

通钢片换成正确的加力钢片 526 后，

4-5-6 挡离合器组件间隙恢复正常，

装 车 试 车 后 故 障 完全排除。

回顾总结 ：由于 4-5-6 挡离合器片

间隙过大、活塞行程变大，导致离合器

组件不能快速执行 TCM 指令有效结合，

导致该车 3 挡升 4 挡要冲击一下（严重

时还短暂失去动力）再升挡。此故障是

一个典型的解决了旧问题，又因人为因

素出现新问题的维修案例。此类问题解

决难度将更大，因为人为因素没有规律

可言。该案例也告诉我们，技术人员在

任何一个细节没有注意到，都可能导致

一些意想不到的后果。作为一名合格的

技术人员，要时刻牢记“细节决定成败”，

真正做到一丝不苟。

此外还有一个问题在此说明，那就

是车辆报的是压力控制电磁阀 2 相关故

障码 P0777， 而真正出问题的并不是此

电磁阀控制下的 3-5-R 挡离合器， 而是

另一个压力控制电磁阀 3 控制下的 4-5-6

挡离合器。这里需要了解故障码 P0777

的 设 置 条 件 ：当 TCM 指 令 3-5-R 挡 离

合器分离持续 1 s， 且变速器输入轴转

速小于预期的输入轴转速 400 r/min 时，

TCM 检测到正在分离的离合器传动比错

误或卡滞，而且必须出现 3 次以上。

也就是说，当 TCM 发出由 3 挡升 4

挡的指令后，监测的传动比不是 3 挡的

1.91， 也不是 4 挡的 1.45， 而是突变的

某一数值，因此 TCM 认定为分离的 3 挡

离合器出故障。所以从故障码解释很容

易误导维修人员是 3-5-R 挡离合器出现

问题。但根据前面对动态数据流的分析

可知， 指令已在 4 挡而传动比并不是 4

挡的， 因此执行 4 挡工作的 4-5-6 挡离

合器就成为重点关注对象（与 4 挡相关

的另一个 C1-2-3-4 挡离合器已经排除可

能性），为后面准确快速地找到故障点做

好了针对性准备。

图 5 对 2 组离合器控制油路进行气压测试

图 6 加力钢片 526 与普通钢片 528 对比

进一步拆检 2 组离合器，3-5-R 挡

离合器的离合器片、密封件和活塞等并

没有发现异常。但拆检 4-5-6 挡离合器

时发现异常 ：离合器片与钢片的活动间

隙明显过大。对 4-5-6 挡离合器组件进

行详细检查，并与第一次维修换下来的

组件进行比对，发现更换后的 1 个加力

钢片厚度不够（图 6）， 导致离合器间

隙过大。

查看维修资料得知，该车的变速器

属于一代 GF6， 其 4-5-6 挡离合器组件

包 括 ：1 个 波 纹 片 525、1 个 加 力 钢 片

526、3 个 普 通 钢 片 528 和 4 个 摩 擦 片

527。而大修更换的 4-5-6 挡离合器属于

二代 GF6 变速器，其组件取消了波纹片

故障排除

TROUBLE CLEARING

007 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

文 ：安阳

北京现代领动轿车故障 2 例

故障 1 ：行驶中缺失奇数挡

关键词 ：换挡电机、离合器压盘、

离合器片

故障现象 ：一辆 2019 年产北京现

代领动轿车，搭载 1.4T 发动机和 7 挡干

式双离合变速器， 行驶里程 8.2 万 km。

用户反映该车行驶中突然没有 1 挡、3 挡、

5 挡和 7 挡，而且加速无力。

检查分析 ：维修人员接车后起动车

辆， 听见变速器发出“哗啦啦”的 3 声

巨响。此时将换挡杆换入 D 挡后，车辆

无法行驶 ；不断踩下加速踏板直至挡位

进入 2 挡后车辆才能行驶。连接故障诊

断仪，在变速器控制单元中读取到故障码

“P073F——1 挡齿轮啮合不良（换挡），

激活”。据用户反馈，该车在其他修理厂

维修过变速器，更换过换挡电机（图 1），

但故障没有解决。

维修人员记录故障码后，查看数据

流，发现 P 挡位置时输入轴 1 传感器的

数据为 709 r/min，输入轴 2 传感器的数

据为 509 r/min，这显然

不正常（图 2）。正常车

辆 P 挡时输入轴 1 和输

入轴 2 的数据都应该为

0 r/min， 由此维修人员

判断该车离合器系统存

在粘连。

征 得 用 户 同 意 后，

维 修 人 员 拆 解 变 速 器，

果然发现变速器中离合

器压盘与离合器片之间

未分离。在压盘作用力

下， 离 合 器 无 法 分 离，

造成了此故障的发生。

故障排除 ：更换离

合器片， 并调整至规定

间隙后清除故障码试

车，故障现象不再出现。

用故障诊断仪检测， 没

变速器控制单元损坏。

故障 2 ：仪表板总是提示“请补充

清洗液”

关键词 ：玻璃清洗液液位传感器

故障现象 ：一辆 2018 年产北京现代领动

轿车， 搭载 1.6GDI 发动机和 6 挡手自一

体变速器，行驶里程近 10.0 万 km。用户

反映该车仪表板上总是提示“请补充清洗

液”，但玻璃清洗液的储液罐已经加满。

检查分析 ：维修人员接车后， 检查

玻璃清洗液储液罐的确已经加满。起动

（下转第 9 页）

图 2 故障车异常数据

图 3 数据流恢复正常

图 1 更换下的换挡电机

有 故 障 码 出 现 ；查 看 数 据 流， P 挡 时

输入轴 1 和输入轴 2 的数据都恢复正

常（图 3），故障排除。

回顾总结 ：该车所报故障码为离合

器片的问题，而非变速器和换挡电机问

题。之前的维修人员看到故障码为“啮

合不良”，盲目认为是变速器齿轮内部问

题，并更换了换挡电机，最终造成了返

修。这种表现说明该维修人员基本功不

扎实，也没有看数据流的习惯，否则从

数据流的异常也能看出一些端倪。还有

一点，该车起动后的异响，是故障码出

现后变速器控制单元的逻辑判断，并非

故障排除

TROUBLE CLEARING

008 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

文 ：徐广琳

2016 年产宝马 525Li 仪表板多个故障灯点亮

的故障排除

关 键 词 ：一 体 式 底 盘 管 理 系 统、

Flexray 总线、中央网关、终端电阻

故障现象：一 辆 2016 年 产 宝 马

525Li 轿车， 搭载 2.0T 发动机和 8 挡手

自一体变速器，行驶里程为 13.1 万 km。

用户反映该车仪表板上多个故障灯点亮，

且仪表提示转向时需要更大力量。

检查分析 ：维修人员通过 ISID 故障

诊断仪检测， 发现故障码“S0258——

无法与下列装置通信 ：一体式底盘管理

系统”和“S0313——无法与下列装置

通信 ：全景摄像机”。此外，各个系统还

存有大量信息类的故障码（图 1）。查看

了全景摄像机（TRSVC）与一体式底盘

管理系统（ICM） 相关电路图， 发现二

者之间没有任何关联。删除故障码，发

现只有 S0313 这个故障码无法删除，但

是 ICM 能够恢复通信，且仪表板上的故

障灯全部熄灭。

维修人员根据故障诊断仪的提示

执 行 的 检 测 计 划。分 别 测 量 TRSVC 上

A167*2B 插接器的 5 号和 6 号端子波形

（图 2），2 个端子的波形都正常 ；测量

1 号端子对搭铁电阻为 0 Ω，也正常 ；测

量 7 号端子的电压为 0 V，

不正常。7 号端子由熔丝

F123 供电， 检测 F123 没

有问题，测量其供电端电

压为 0 V，不正常。

熔 丝 F123 是 由

KL15N 继电器控制，根据

总线端的电路图（图 3），

测量后部熔丝盒上 Z2*1B

图 1 检测到的故障码

图 2 TRSVC 相关电路图

图 3 总线端电路图

通信呢？难道跟客户改装 CAS 有关系？查

看了用户的维修记录，正常。出去试车

20 多 km， 仪表板上多个故障灯再次亮

起，跟进店时一模一样。用故障诊断仪

检测，故障码 S0258 再次出现。按照故

障码的检测划检查 ICM 的插接器，安装

正常，没有松动现象。根据电路图分别

测量 A78*2B 插接器 16 号和 18 号端子

电压（图 4），为 11.80 V 和 14.50 V，均

正常 ；34 号端子对搭铁的阻值为 0 Ω，

也 正 常。 测 量 Flexray 总 线 的 3 号 和 4

号 端 子， 电 压 分 别 是 2.52 V 和 2.56 V，

也都没有问题，但是在测量 Flexray 总线

的波形时发现不正常，感觉有干扰。

进一步测量 Flexray 总线的终端电阻

为 2 061.0 Ω，不正常。断开 ICM 与发动

机控制单元（DME）的连接，测量 DME

内的终端电阻 101.5 Ω，正常。断开 ICM

与中央网关（ZGM）的连接，测量 ZGM

的终端电阻为 2 330.0 Ω，不正常，因此

维修人员判断为 ZGM 损坏。更换新的

插接器的 7 号端子电压为 0 V，不正常。

检查便捷进入及起动系统（CAS）到后

部熔丝盒的线路时，发现用户加装了舒

适进入系统（CA）功能，对 CAS 进行了

改装。将 CAS 恢复到原厂状态，TRSVC

通信恢复正常。

但是为什么车辆进店时 ICM 会没有

故障排除

TROUBLE CLEARING

009 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

（上接第 7 页）

车辆，仪表板中央信息显示屏中提示“请

补充清洗液”（图 4）。该车装配了玻璃

清洗液液位传感器，用于监测储液罐中

清洗液的多少， 提醒驾驶员及时补充。

根据故障现象，造成清洗液液位传感器

报警故障的可能原因有 ：液位传感器故

障 ；传感器线路故障 ；仪表板故障。

维修人员拆卸前保险杠，露出清洗

液液位传感器（图 5）。检查传感器线束，

未发现有破损、断裂的现象。断开线束

插接器，测量供电电压为 11.00 V，正常。

而断开传感器线束插接器后，仪表板上

的故障提示消失，判断传感器出现问题。

经测量，传感器内部导通。

故障排除 ：更换玻璃清洗液液位传

感器后试车，仪表板上的故障提示不再

出现，故障排除。

图 4 仪表板上的故障提示 图 5 玻璃清洗液液位传感器位置

ZGM 装车编程时，系统又报出 ICM 无法

通信的故障。此时再次测量新的 ZGM，

终端电阻也为 2 330.0 Ω。

再次查看线路图，梳理了一下之前

的维修思路， 并没有发现有什么问题。

找到同款正常试驾车辆，测量 Flexray 总

线的波形，发现与故障车辆有明显的差

异。测量正常车辆 Flexray 总线的终端电

阻为 97.3 Ω，说明问题的确出在 Flexray

总线网络的部件。

查询宝马技术资料，发现技术资料

中无论是 Flexray 总线网络拓扑图还是

电路图（图 5），中央网关的前端还连着

动 态 稳 定 控 制 系 统（DSC） 控 制 单 元，

且终端电阻没有在中央网关中，而是在

DSC 内。这与之前诊断仪在检测计划过

题。测量 DSC 的终端电阻为无穷大，判

断为 DSC 内部损坏。

故障排除 ：更换 DSC 后编程，试车

正常，故障排除。

回顾总结 ：该故障由于 ICM 有时候

不通信，因此在执行 ISTA 检测计划时需

要查看 ICM 的供电，但所提供的电路图

中 Flexray 总线终端电阻是在中央网关

里， 而查看 DME 电路图时， 终端电阻

也是在中央网关内，导致了故障的误判。

最后查看车身 Flexray 总线系统概览里

的电路图，才发现终端电阻是在 DSC 里。

故障排除后， 维修人员还对 Flexray 总

线的 4 个终端电阻进行了测量，有 3 个

是 97.1 Ω，有 1 个是 2 330.0 Ω。正是这

个 2 330.0 Ω 的终端电阻与 ICM 和 DME

连接， 最终导致误判中央网关有故障，

并直接更换。

图 4 发动机控制单元相关电路图

程中提供的电路图

是不一样的。

检 查 DSC 发

现，有明显撞击过

的痕迹。断开 DSC

的插接器，在线路

插头侧测量终端电

为 96.9 Ω， 正 常，

说明线路没有问

图 5 技术资料电路图中的中央网关相关电路

故障排除

TROUBLE CLEARING

010 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

文 ：沙辉

北汽勇士越野车连续性无法起动故障的排除

关键词：无法起动、起动机、手油泵、

喷油泵

故障现象 ：一辆 2010 年产北汽勇

士越野车，搭载 2.4T 柴油发动机和 5 挡

手动变速器，行驶里程 4.6 万 km。该车

为训练使用，停放半个月后再次起动时，

车辆无法正常起动。连续多次尝试起动

后，发现发动机舱起动机部位冒烟，并

伴有线皮烧焦的味道。

检查分析 ：发现起动机冒烟后马上

停止起动操作并且进行相关检查。经检

查，起动电机的主接线及其附近线束均

被烧坏，起动机确认损坏。更换起动机，

接通线路后再次起动，发现起动机运转

正常，线路良好无异常，但车辆依然无

法起动。

起动机能够正常工作，说明蓄电池

有电，电路方面的原因可以排除。考虑

到该车为柴油版，维修人员决定先从“油

路”进行分析。柴油发动机供油系统工

作时，燃油从油箱中被吸出，经油水分

离器除去燃油中的水分，再经燃油滤清

器过滤后进入喷油泵。燃油在喷油泵增

压后变为高压燃油，最后通过喷油器将

喷入发动机燃烧室。输油泵供给多余的

柴油及喷油器顶部的回油都经过回油管

流回燃油箱（图 1）。

根据先易后难的原则，先检查手油泵

（这款勇士车装有手油泵， 且手油泵与

油水分离器集成在一起）。拆下手油泵输

出油管，手动按压手油泵，发现手油泵

出油管没有燃油泵出 ；但用嘴吸出油管

时，有燃油被吸出，说明手油泵功能失效，

无法为低压油管泵油。

更换新的手油泵（图 2），手动泵油

发现出油管有燃油被泵出。再次点火起

动，车辆正常起动，但连续运转 20 min

左右，车辆自动熄火。此后多次尝试起动，

起动机运转正常有力，但车辆始终无法

起动。往进气管喷入冷起动液并起动车

辆，车辆能正常起动。但不喷冷起动液

后车辆很快自动熄火，故判断依然是供

油问题，需全面检查供油系统。

将点火开关置于 ON 挡， 检查喷油

泵 上 的 电 磁 阀 线 路， 检 测 到 电 磁 阀 有

12.0 V 电压， 说明电磁阀线路正常。检

障原因是喷油泵失效，导致无法给喷油

器提供高压燃油。

故障排除 ：更换喷油泵后（图 3），

车辆能够正常起动，而且长时间运行无

自动熄火情况出现，故障排除。

图 1 燃油供给系统示意图

图 2 更换手油泵

图 3 更换喷油泵

查手油泵和低压油管的燃油

压力， 发现均正常。怀疑高

压油路有问题， 拆下 1 缸喷

油器端高压油管， 起动发动

机， 发现高压油管无燃油喷

出。此时再往进气管内喷适

量冷起动液并起动车辆， 车

辆能正常起动。检查其他缸

喷油器的高压油管， 结果与

1 缸相同， 因此可以确定故

回顾总结 ：本故障案例比较特殊，

故 障 现 象 一 个 接 着 一 个， 但 抓 住 了 重

点， 以“电路” 、“油路”为主线进行

排查，排除故障就不难。由于柴油机没

有点火模块，其起动故障排除起来相对

于汽油机要简单。如本案例，确保起动

机没有问题、起动电源供电正常后，紧

紧抓住供油系统这条主线，故障排除就

不难了。

故障排除

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011 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

文 ：孙凤双、李梦雪

路虎揽胜喇叭不响的故障排除

关键词 ：喇叭继电器、短路

故障现象 ：一辆 2015 年产路虎揽

胜运动型多功能车， 搭载 3.0T V6 汽油

发动机和 8 挡手自一体变速器，行驶里

程 12.6 万 km.。用户反映该车喇叭不响。

检查分析 ：维修人员检查发现， 无

论是否起动车辆，按喇叭都不响。用路

虎专用故障诊断仪（SDD）检测， 未发

现任何故障码。用试驾车已知性能良好

的喇叭与故障车进行替换试验，结果故

障车上新更换的喇叭依然不响 ；而试驾

车更换了故障车喇叭后功能正常，由此

可以排除喇叭本身的故障。

查看电路图可知（图 1），喇叭的工

作由喇叭继电器控制，发动机舱接线盒

中的熔丝 FUSE 24E（15 A）为喇叭继电

叭的同时，用万用表测量喇叭供电端子

C1RH02A-2 的电压，结果为 0 V（正常情

况为电源电压 12.0 ～ 14.0 V）。仔细检查

发现，喇叭电源线端磨损并与车身搭铁，

致使喇叭被短路。

故障排除 ：修复磨损的线路并再次

更换新的供电熔丝后， 按下喇叭开关，

喇叭能够正常鸣响，故障排除。

图 1 喇叭控制电路图

器供电。当按下喇叭开关时，喇叭继电

器吸合， 来自熔丝 FUSE 24E 的供电通

过喇叭继电器输入到喇叭的 C1RH02A-2

端子，喇叭工作。熔丝 FUSE 24E，发现

已经熔断，更换新的后按下喇叭依然不

响，并且发现熔丝再次熔断。这说明喇

叭的电路存在短路。

拔下喇叭继电器检查，没发现异常，

结合刚才按下喇叭后虽然熔丝

熔断，但是也听到继电器有吸

合声，可以排除喇叭继电器故

障。用万用表测量熔丝 FUSE

24E 的两端电压，分别为 13.2 V

和 0 V，说明熔丝供电端线路正

常，故障锁定在继电器后方。

重 新 更 换 熔 丝 后， 按 喇

关键词 ：怠速抖动、喷油器、滴漏

故障现象 ：一辆 2019 年产北京现

代领动轿车，搭载 1.6GDI 发动机和 6 挡

手自一体变速器， 行驶里程 4.2 万 km。

用户反映该车停车后再次起动无法着车，

需多次起动才能勉强着车，但怠速抖动，

发动机故障灯闪烁。

检查分析 ：维修人员接车后用故障诊

断仪检测，发动机系统存在 2 个故障码 ：

P0304——气缸 4- 检测失火 ；P0300——

任意 / 多个气缸失火检测。清除故障码后

起动发动机，加速至 1 000 r/min 时发动

文 ：子健

2019 年产北京现代领动为何难以起动

机故障灯不停地闪烁，检测依然存在上述

故障码。查看数据流可以发现 4 缸的失火

次数很多，判断故障是 4 缸失火引发的。

某一气缸产生失火故障码，往往是

因为这个气缸的工作状态不好。其故障

原因一般有 ：①气缸压力不足或者过高 ；

②火花塞故障 ；③喷油器故障 ；④点火

线圈故障 ；⑤线束问题等。

拆检 4 个缸火花塞，电极间隙均正

常，无击穿现象。使用内窥镜检查气缸，

发现气缸内存在大量燃油。此时起动发

动机，可以看到燃油会从 4 缸火花塞孔

中喷出。仔细观察，发现喷油器存在明

显的滴漏现象。

该车为缸内直喷发动机，对于燃油

品质要求较高，而且按照厂家要求，需

要定期添加燃油添加剂。经询问得知，

用户为了节约成本，经常在小加油站加

油，燃油品质得不到保障，而且也未按

照厂家添加燃油添加剂。维修人员判断

这是导致喷油器过早损坏的主要原因。

故障排除 ：更换已经损坏的喷油器，

并更换优质燃油， 清洗了油路后试车，

发动机怠速稳定，加速正常，故障排除。

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012 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

汽车前唇专利分析及未来发展趋势

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100086）

摘要 ：本文从专利角度出发，对汽车前唇技术的发展历程进行了分析，并总结了其中的技术创新、应用领域和性能提升等方面的发展趋势。文章

还涉及对前唇设计、制造材料及生产流程的探讨和优化。在未来，汽车前唇将会向更强韧、更耐用、更灵活等方向发展。

关键词 ：汽车前唇 ；专利技术 ；技术创新 ；应用领域 ；性能提升

中图分类号 ： U463.8 文献标识码 ：A

刘亚楠、刘然

0 引言

汽车作为现代人们出行的主要工具之一，在提供便利的同时

也肩负着保障安全的责任。而汽车前唇作为一类重要的被动安全

部件，其技术创新和发展也备受关注。前唇，又名前铲，是汽车

前保险杠表面靠下位置的一种兼顾防护、扰流和装饰作用的配件

（图 1）。首先，前唇是汽车的首道防线，在车辆碰撞时可以起到

一定的保护作用，减少车身变形和减缓冲击力，从而保证行车安

全 ；其次，在特定情况下，增加前唇可降低风阻约 3.5%[1]，因此

前唇在方程式赛车领域应用较广 [2] ；第三，国内市面上的普通乘

用车，加装前唇是为了实现修饰作用，通过加装前唇、尾和侧裙等，

提高美观性。

本文从专利角度出发，对汽车前唇技术的发展历程进行了分

析，并总结了其中的技术创新、应用领域和性能提升等方面的发

展趋势。文章还加深了对前唇设计、制造材料及生产流程的探讨

和优化。

其中，结构形式类专利数量最多，占总量的 60% 以上。前唇作

为一种保护、扰流和修饰装置，其结构直接影响了技术效果，因

而在专利申请中，对结构形式进行改进的专利申请量最大。而材

料是提升前唇耐用性、经济性等因素的配套考量。

2 前唇专利技术创新趋势

2.1 前唇制作材料的改进

前唇制作材料是前唇制作中的关键技术之一。随着科技的不

断进步，前唇制作材料也在不断地改进和创新，以达到更好的性

能和稳定性。对铝合金、高强度钢等材料的精细控制，以及对高

分子材料、特殊涂层材料的应用都在不断推进，从而提高了前唇

的质量和性能。例如，专利号 US9027981B2 提出了一种树脂前唇，

通过振动焊接的方式确保足够的强度，焊接成具有在振动方向上

弯曲的形状，不仅可以减少接合过程的步骤实现成本降低，还可

以确保足够的接合强度。又例如，专利号 CN205327195U 提出了

一种汽车碳纤维前扰流板，包括上下叠合设置的第一碳纤板和第

图 1 前唇

图 2 前唇申请人区域分布分析

1 前唇专利数量和类型

自 20 世纪初第 1 个汽车前唇专利问世以来，全球范围内已

申请和授权了数以万计的前唇相关专利。其中，美国是前唇专利

申请和授权量最多的国家之一，其次是欧洲地区以及日本（图 2）。

中国也在逐年增长，成为前唇专利的重要申请人。

前唇的专利类型主要包括结构形式、适用范围和制作材料等。

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013 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 .09

二碳纤板，二者之间形成间隙，符合空气动力学设计，整体实现

强度高、重量轻以及安装轻便的技术效果。

2.2 前唇结构形式的优化

前唇的结构是保证其安全性和可靠性的关键部分之一。近年

来，前唇结构形式的优化成为研究的热点之一。例如，在前唇宽度、

强度加强等方面进行优化，通过增加前唇数量或者使用特殊形态

的前唇等，从而实现更好的保护效果。专利号 CN214823695U 提

出了一种多功能汽车前唇（图 3），在外保护板和内固定板之间设

置有缓冲腔，缓冲腔内部两侧和前侧均等距设置有多个缓冲弹簧

和缓冲垫。在遇到外部撞击时，外保护板首先接触并向缓冲腔内

部收缩。此时缓冲腔内部的多个缓冲弹簧能够吸收撞击的冲击力，

保护整个汽车前唇的安全 ；同时外侧的反光带能够在夜间反射光

线，给予旁边车辆警示的作用。

3 前唇设计与制造材料的优化

3.1 前唇设计

在设计前唇时，需考虑到其气流性、减振性等特点，并结合

车辆整体风阻系数进行设计。而进行空气动力学开发，就是要不

断攻克风的挑战，“驯服”气流，实现美学设计和功能设计的完

美融合 [4]。例如，专利号 CN109250001A 提出了一种具有前唇的

图 4 可调节组合汽车前唇

图 3 多功能汽车前唇

1. 第二反光带 2. 前缓冲垫 3. 外保护板 4. 缓冲腔 5. 内固定板 6. 缓冲弹簧

7. 第一反光带 8. 外保护膜 9. 侧缓冲垫

2.3 前唇生产流程和安装方式

前唇生产流程是前唇制作的重要环节之一。通过对前唇生产流

程的改进和创新，可以提高生产效率和生产质量，从而降低生产成本，

增加企业竞争力。前唇生产加工过程，除了采用传统的加工方式外，

还可以采用 3D 打印技术 [3]，提高加工精度，实现个性化定制。

国内市场上的前唇包括一体式前唇和分段式前唇 2 种。由于

各种品牌和型号的汽车的车头尺寸不同，一体式前唇只能适用于

特定的品牌和型号的汽车，通用性差，并且在制造上必须针对各

种品牌和型号的汽车同时生产各种尺寸规格的防撞套，生产繁琐，

劳动强度大，造成了极大的资源浪费。分段式前唇在针对不同车

型进行安装时，可以通过选择不同安装孔实现通用。

另外，分段式前唇占用空间小，储存和运输成本低，具有一

定优势。例如，专利号 CN209274543U 提出了一种可调节组合汽

车前唇（图 4），能够根据汽车前保险杠的尺寸，将第一侧盖板和

第二侧盖板上相应位置的安装孔与连接件相对应并固定连接，而

把第一侧盖板和第二侧盖板分别固定安装到前盖板的两端上。该

前唇具有通用性高、使用范围广和可重复利用的有益效果。

图 5 空气动力学套件

汽车（图 5），通过将空气动力学

套件安装于车身上以对气流进行

引导，在增加适当阻力下产生较

多的下压力。这些下压力会以额

外法向力的形式通过轮胎施加到

地面上，增加轮胎的摩擦力，提

高车辆过弯时的向心加速度，从

而提升了汽车轮胎抓地的极限，

使得汽车在过弯时能获得较好的

操控性能。

另外，前唇位于机动车辆前端的下方，以便拦截底部和地面

之间的空气流，同时也降低了车辆的底盘。降低车头高度，可以

减少前脸的正压区面积，对降低风阻有积极的意义 [5]。而在不同

的车速和路况下，驾驶者对扰流的需求也不相同。在低速、崎岖

路段行驶时，前唇可能会降低车辆的越野性能，因此在不同驾驶

状态下呈现不同模式的前唇是一种改进思路。

例如，专利号 US4659130A 提出了一种可自动定位的前

图 6 可自动定位的前唇

唇（图 6），当车辆超过既定速度

时，前唇会自动调整扰流板的位

置，通过改变车辆底部和地面之

间的空气通道，从而局部产生负

压区域，从而减小车辆的升力。

又例如，专利号 US2023129892A1 提出了一种具有维修支

持逻辑和机构的车辆主动空气动力装置（图 7），前唇可以根据需

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014 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

作者简介 :

刘亚楠，硕士，助理研究员，研究方向为车辆配件。

刘然，硕士，助理研究员，研究方向为车辆制动器。

【参考文献】

[1] 李林 , 林强 , 陈建超 , 等 . 基于 STAR-CCM+ 的某轿车减阻优化研究 [J].

汽车技术 ,2016(09):4-8.

[2] 孙文 . 基于 CFD 的低速赛车前尾翼设计 [D]. 长沙 : 湖南大学 ,2016.

[3] 吴昊 . 基于主动倾斜式尾翼的车辆空气动力学研究 [D]. 福州 : 福建工程

学院 ,2022.

[4] 包崇美 . 风阻、风噪如何做到极限？关注奥迪 e-tron 的风洞测试 [J]. 世

界汽车 ,2021(02):88-91.

[5] 罗秋丽 , 张风利 , 张荣荣 , 等 . 比亚迪汉空气动力学开发 [J]. 汽车工程学

报 ,2020,10(06):399-406.

要在展开位置和缩回位置之间移动。在展开位置时，驾驶中可以

有效减少空气阻力。在缩回位置时，车辆下侧的空气流量增加。

通过上述设计，可以实现不同的空气动力学效果。

3.2 制造材料

现在汽车前唇常使用的制造材料有铝、钢、热塑性塑料、橡胶

和碳纤维等。钢材因其廉价、易处理等优势得到广泛应用，但是铝

合金比钢材更轻，可减少汽车的整体质量。将来，随着汽车结构和

外观的进一步完善，更多的新材料将被用于制作前唇，尤其是具有

更高性能和更环保的新型复合材料。例如，专利号 US6644700B2 提

出了一种复合材料的前唇（图 8），前唇的主体部分由具有高弹性的

软热塑性烯烃弹性体制成，基座部分则由比主体部分更硬的聚丙烯

树脂或热塑性烯烃弹性体制成，主体和基座在接合部位熔化并集成。

通过弹性材料和硬质材料的配合，减小扰流板的损坏。

4 专利技术推动前唇技术的发展

4.1 加强专利管理机制

前唇技术的发展需要一个良好的法律和政策环境，尤其是对

于专利管理的规范和监管，需要进一步加强。在此过程中，企业

和科研机构应加强专利管理，完善专利申请和授权流程，提高专

利申请的质量和效率。

4.2 加大技术投入

前唇技术的推广需要企业不断加大技术投入，以提高核心技

图 7 车辆主动空气动力装置

图 8 复合材料的前唇

1. 车辆 2. 乘客舱 3、4. 下边 5. 气坝 6. 前唇 7. 前保险杠

D1——展开位置 D2——缩回位置

1、4. 第一安装孔 2、5. 第二安装孔 3. 前唇安装凹槽 6. 基座部分 7. 屏蔽件 8、

10. 第二安装部分 9. 第一安装部分 11. 前唇主体部分

12. 条带 B——保险杠 S——前唇

术的创新和研发水平，从而获得更多的专利技术保障。企业应逐

步增加研究和开发经费，并通过技术合作、联合研发等方式拓宽

技术渠道，加强技术创新。

4.3 加强知识产权保护

知识产权保护是前唇技术进一步发展的重要保障。企业应注

重知识产权的申请和保护，加强沟通协调，掌握国内外知识产权

信息，避免侵权行为，提高市场竞争力。未来，前唇将发展得更

强韧、更耐用、更灵活以及更智能化。前唇将采用更强韧的材料，

以实现更高的抗撞性能 ；同时，将采用更加耐磨、耐腐蚀的材料，

以延长前唇使用寿命。在设计上也将对前唇不断优化，使其更加

适应各种驾驶场景，以达到更佳的行车效果。另外，前唇是车辆

正面设备，可以通过其与智能化灯光指引、投影等结构的组合，

实现车辆意图对车外行人的指引，提升安全性能。

5 结束语

本文通过对汽车前唇专利的分析和研究，可以发现汽车前唇

技术创新正在快速发展，并逐渐从制作材料、结构形式等方面进

行拓展。前唇制作材料的改进、结构形式的优化以及生产流程的

优化是前唇技术创新的主要趋势。我们可以通过加强前唇技术专

利申请和技术研究来推动其突破和创新，提高其在汽车工业中的

地位和作用。同时，随着人工智能技术的发展，未来汽车前唇技

术将更加智能化。例如，深度学习、自然语言处理等技术被广泛

应用于前唇技术中，从而使前唇更加自适应、精准化和可靠化。

因此，对前唇技术专利技术的探索和研究具有重要意义，将促进

前唇技术的进一步发展和完善。

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015 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 .09

重卡企业生产型制造到服务型制造转型模式研究

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（中国重汽集团国际有限公司，济南 250101）

摘要 ：随着全球经济的发展和社会需求的变化，重型卡车行业正面临着前所未有的挑战和机遇，传统的生产型制造模式逐渐不能满足市场的需求，

许多重卡生产企业开始积极探索服务型制造转型模式，以适应新时代的发展趋势。为此，本研究从重型卡车产业发展现状入手，分析了重型卡车

企业生产型制造到服务型制造转型的必要性，然后提出了重卡企业从生产型制造到服务型制造的转型模式，并探讨了实施服务型制造模式的有效

策略，以期提升重卡企业在面对新形势下的市场竞争优势，推动重卡企业的持续稳定发展。

关键词 ：重卡企业 ；生产型制造 ；服务型制造 ；转型

中图分类号 ： F272.3 文献标识码 ：A

李晓贝、陈存超

0 引言

随着全球经济的发展和市场竞争的不断加剧，制造业不断面

临着新的挑战和变革。重型卡车作为重要的运输工具，在各个国

家和地区都扮演着不可替代的角色。然而随着科技的进步和客户

需求的变化，传统的重型卡车生产企业在面对新的市场环境和消

费者期望时，亟需转型升级，以适应日益复杂多变的市场需求。

在这种背景下，许多重型卡车企业开始探索转型为服务型制造模

式，以应对新的市场挑战和满足客户的个性化需求。服务型制造

强调将产品和服务相结合，不仅提供优质的产品，还提供增值服

务和解决方案，以提升客户满意度和企业竞争力。

1 重型卡车产业现状分析

1.1 重型卡车产业发展历程

重型卡车产业是现代交通运输领域的重要组成部分，其历程

可追溯到 20 世纪初。最早的重型卡车主要用于军事用途和重物

运输，随着工业化进程的加速和经济的发展，重型卡车逐渐成为

商业运输的主力。20 世纪 40 ～ 60 年代，随着汽车技术的进步，

重型卡车逐渐实现了动力和运载能力的提升，同时在设计和制造

上也取得了显著的进展。这一时期重型卡车主要以生产型制造模

式为主，注重生产效率和规模化生产。

20 世纪 70 ～ 90 年代，随着环保和节能意识逐渐增强，重

型卡车的技术开始朝着更加环保和节能的方向发展。同时，随着

全球化的推进，重型卡车产业开始面临国际市场的竞争，对产品

质量和技术水平提出了更高要求。21 世纪初至今，信息技术和智

能化技术的广泛应用为重型卡车产业带来了全新的发展机遇。在

这一时期，服务型制造开始逐渐兴起，重型卡车企业开始将重心

从单一的产品制造转向提供全方位的服务，以满足客户个性化需

求和提高客户满意度 [1]。

1.2 当前生产型制造模式存在的问题

尽管传统的生产型制造模式在一定程度上推动了重型卡车产

业的发展，但它也面临着一系列问题。

一是市场饱和、竞争激烈。随着全球重型卡车市场的不断扩

大，市场饱和程度日益增加，重型卡车企业面临更加激烈的竞争，

仅仅依靠传统的生产型制造模式已经难以满足多样化、个性化的

市场需求。

二是产品同质化严重。在传统的生产型制造模式下，重型

卡车企业往往过于关注生产效率和规模化，导致产品同质化严

重，缺乏差异化竞争优势，使得企业难以在激烈的市场竞争中

脱颖而出。

三是售后服务滞后。传统的生产型制造模式往往忽视售后服

务，导致客户在使用过程中遇到问题时得不到及时有效的支持和

维修，影响客户对企业的满意度和忠诚度。

1.3 服务型制造的概念和特点

服务型制造是指企业从单一的产品制造向提供全方位的服务

转变的生产模式，重型卡车企业在转向服务型制造时，不仅提供

卡车产品本身，还为客户提供包括售前咨询、售后服务、维护保

养及升级改造等在内的一系列服务。首先，服务型制造将客户的

需求和满意度放在首位，注重与客户的密切合作，根据客户的个

性化需求提供定制化的解决方案，从而提高客户满意度和忠诚度。

其次，服务型制造借助信息技术和智能化技术，实现对卡车运行

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016 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

数据的实时监测和分析，通过数据驱动的运营和维护，提高卡车

的使用效率和可靠性。最后，在服务型制造模式下，企业不再依

赖单一的产品销售获取利润，而是通过提供服务获得持续的经济

效益，形成更加稳定和可持续的商业模式。

2 重卡企业生产型制造到服务型制造转型的必要性

2.1 应对市场需求的变化

随着全球经济的不断发展，物流运输需求持续增加，重型卡

车产业逐渐迎来新的发展机遇，然而传统的生产型制造模式往往

过于注重规模化生产和产品性能，忽视了客户的个性化需求。客

户对卡车的要求不再局限于产品本身的性能和质量，更加关注售

前咨询、售后服务、数据监测与分析等全方位的服务。服务型制

造模式强调客户需求导向，通过与客户紧密合作，提供定制化的

解决方案，满足多样化、个性化的市场需求 [2]。企业不再仅仅生

产产品，而是将服务融入产品的整个生命周期，提供全方位的售

前咨询和售后服务，从而增强客户对企业的信任和忠诚度。

2.2 顺应技术进步和智能化发展

智能化技术的应用使得重型卡车具备了更高的自动化水平和

智能化能力，能够实现实时监测、远程诊断和预测性维护等功能。

服务型制造模式借助信息技术和智能化技术，可以将重型卡车的

运行数据实时传输到云端，进行数据分析和处理，实现对卡车运

行状态和健康状况的全面监控。通过智能化的运营和维护，重型

卡车企业可以更加精确地预测维护周期，优化维护计划，减少维

护成本，提高卡车的使用效率和可靠性。此外，智能化技术的应

用还可以帮助企业实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效

率和产品质量，降低生产成本。

2.3 缓解竞争压力和降低成本

传统的生产型制造模式注重规模化生产，但在降低成本和提

高效率方面存在局限性。为了在激烈的市场竞争中保持竞争优势，

重型卡车企业需要寻求更具有差异化竞争优势的发展模式。服务

型制造模式可以帮助企业从单纯依靠产品销售获利的商业模式，

转变为通过提供服务获得持续经济效益的商业模式。通过提供高

质量的售前咨询和售后服务，企业可以提高客户的满意度和忠诚

度，增加客户的回购率和长期合作意愿，从而形成稳定的客户群体，

减少市场营销成本。此外，智能化技术的应用还可以帮助企业优

化运营管理，降低生产成本。通过数据驱动的运营和维护，企业

可以更加精确地控制库存和物流，减少资源浪费，提高生产效率。

3 重卡企业生产型制造到服务型制造转型模式

3.1 产品向服务的转变

传统的重型卡车企业主要关注产品的设计、生产和销售，而

服务型制造的转型意味着企业将重点从单一的产品向提供全方位

的服务转变。在产品向服务的转变过程中，重型卡车企业需要从

以下几个方面进行调整和改进。

首先，服务型制造模式注重客户需求的导向，重型卡车企业

需要与客户进行更加密切的合作，了解客户的个性化需求，并提

供相应的定制化服务。企业可以通过深入了解客户的运输需求、

行业特点和工作环境等，提供更加贴近客户需求的解决方案，增

强客户满意度。

其次，服务型制造模式借助信息技术和智能化技术，实现对

重型卡车运行数据的实时监测和分析。重型卡车企业可以将卡车

的运行数据上传到云端，通过数据分析和处理，实现对卡车运行

状态和健康状况的全面监控，这样的数据驱动运营和维护可以帮

助企业及时发现和解决问题，提高卡车的使用效率和可靠性。

最后，在服务型制造模式下，售后服务和维护成为重型卡车

企业的重要组成部分。企业需要建立完善的售后服务体系，为客

户提供及时、专业的技术支持和维护服务，通过提供高质量的售

后服务，企业可以增加客户的忠诚度，增强客户对企业的信任，

从而形成稳定的客户群体。

3.2 制造流程和管理方式的转变

除了产品向服务的转变，服务型制造的转型还涉及到企业内

部制造流程和管理方式的改变。在制造向服务的转变过程中，重

型卡车企业需要从以下几个方面进行调整和改进。

首先，服务型制造模式强调智能化和数据驱动的运营管理，重

型卡车企业需要借助信息技术和智能化技术改进制造工艺，提高生

产效率和产品质量。通过智能制造技术，企业可以实现生产过程的

自动化和智能化，减少人工干预，提高生产效率和产品一致性。

其次，服务型制造模式要求企业将软件技术与硬件产品融合，

为客户提供更加智能化和定制化的解决方案 [2]。重型卡车企业可

以通过研发智能化软件和应用，为卡车提供更多的智能化功能，

如自动驾驶、智能物流等，从而提高产品的附加值和竞争力。

最后，服务型制造模式要求企业在生产过程中优化资源配置

和整合供应链资源，以提高生产效率和降低成本。重型卡车企业

可以通过整合供应链资源，减少物流环节和库存，提高物流运营

效率，从而降低生产成本。

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017 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 .09

作者简介 :

李晓贝，本科，高级工程师，研究方向为交通工程。

【参考文献】

[1] 韩冰 . 精益推进——重卡企业的精益策略 [J]. 重型汽车 ,2023(03):1-2.

[2] 胡小玲 . 我国制造业服务化转型策略研究——以嘉兴市制造业为例 [J].

江西科学 ,2022,40(03):601-606+618.

[3] 范群 . 重卡智能制造发展的探索与实践 [J]. 时代农机 ,2019,46(12):51-52.

[4] 河钢集团邯钢公司 . 大型钢铁企业由生产型制造向服务型制造转变的构

建与实施 [J]. 中国钢铁业 ,2017(12):19-25.

[5] 王宇 . 服务制造 重卡企业转型新路径 [J]. 交通建设与管理 ,2015(11):44-

47.

3.3 企业文化和组织架构的转变

重型卡车企业转型为服务型制造模式不仅仅是技术和产品的转

变，更涉及到企业文化和组织架构的改变。在企业文化和组织架构

的转变过程中，重型卡车企业需要从以下几个方面进行调整和改进。

首先，服务型制造模式强调客户需求导向和团队合作，重型

卡车企业需要建立以客户为中心的企业文化，鼓励员工主动关注

客户需求，提供更优质的服务。同时，企业需要打破部门之间的

壁垒，建立跨部门的团队合作，促进信息的流通和共享，提高企

业整体的响应速度和灵活性。

其次，服务型制造模式对企业员工的素质和能力提出更高要

求。重型卡车企业需要注重人才培养和技能提升，通过培训和学

习机制，提高员工的专业水平和综合素质，为企业转型提供坚实

的人才基础。

最后，服务型制造模式要求企业不断创新和持续改进，重型

卡车企业需要建立创新的文化氛围，鼓励员工勇于尝试新的理念

和方法，在实践中不断积累经验，推动企业不断进步和发展。

4 重卡企业生产型制造到服务型制造转型的实施策略

4.1 客户导向和定制化服务

在实施服务型制造的过程中，客户导向是至关重要的。企业

需要深入了解客户的需求和痛点，了解不同客户的差异化需求，

为客户提供个性化的解决方案。一方面，企业可以建立客户档案，

记录客户的基本信息、运输需求和使用反馈等信息，深入了解客

户的需求和喜好。同时，建立客户反馈机制，定期与客户进行沟

通和交流，了解客户对产品和服务的满意度和建议，及时调整和

改进服务策略。另一方面，基于客户档案和反馈信息，企业可以

提供定制化的解决方案，满足不同客户的个性化需求，定制化解

决方案可以包括车型、配置、颜色、服务内容等方面的个性化选择，

提高客户满意度和忠诚度 [4]。

4.2 数据驱动的运营和维护

通过信息技术和智能化技术，企业可以实现对重型卡车运行

数据的实时监测和分析，提高运营效率和产品质量。一方面，企

业可以建立数据采集和分析系统，将卡车的运行数据实时上传到

云端，通过数据分析和处理，实现对卡车运行状态和健康状况的

全面监控，数据采集和分析系统可以包括车载传感器、远程监控

设备、云端数据平台等。另一方面，企业可以运用大数据和人工

智能技术，对大量的运行数据进行深度分析和挖掘，发现潜在问

题和风险，预测故障和维护周期，提前做好维护准备。大数据和

人工智能技术可以帮助企业实现智能化维护，提高运营效率和产

品可靠性。此外，基于数据驱动的运营和维护，企业可以实施预

防性维护和故障诊断，提前发现和解决问题，减少卡车的故障停

机时间，提高卡车的可用率和使用效率。

4.3 软硬件融合和智能化应用

通过将软件技术与硬件产品融合，企业可以为客户提供更加

智能化和定制化的解决方案，增强产品的附加值和竞争力。一方

面，企业可以加大对智能化软件和应用的研发投入，开发适用于

重型卡车的智能化应用，如自动驾驶、智能导航、智能物流等。

智能化软件和应用可以为客户提供更多的智能化功能，增加产品

的附加值和市场吸引力。另一方面，除了软件应用，企业还需要

推动硬件产品的智能化升级，通过加入智能传感器、人机交互界

面等技术，提高产品的智能化水平和用户体验。此外，在软硬件

融合和智能化应用的过程中，企业需要优化产品设计和人机交互

体验，产品设计应该更加符合客户需求和使用习惯，人机交互界

面应该更加简洁直观，提高产品的易用性和用户满意度 [5]。

5 结束语

随着市场需求的变化、技术进步和全球化竞争的加剧，重型

卡车企业转型为服务型制造模式已经成为一种趋势。服务型制造

模式注重客户导向和定制化服务，数据驱动的运营和维护，软硬

件融合和智能化应用等。企业可以通过加强客户关系管理，实施

预防性维护和故障诊断，优化产品设计和人机交互体验，培养创

新文化和持续改进，成功实施服务型制造，提高竞争力，实现可

持续发展。重型卡车企业应积极把握服务型制造的机遇，不断创

新和进取，推动企业持续发展。

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018 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（厦门美时美克空气净化有限公司，厦门 361013）

高碧松

摘要 ：为了实现车载中控系统控制整车中新增加的香氛空气净化设备进行香氛弹识别、通道切换、风机的风档控制，并回传状态信息，引进了 LIN

总线技术来解决这个车载设备间的通信问题。本文围绕为实现车载中控设备通过 LIN 通信控制香氛空气净化设备工作，对 LIN 总线架构、硬件电

路设计及软件通信协议的实现方案展开论述。

关键词 ：LIN 总线 ；香氛 ；空气净化设备 ；通信

中图分类号 ：U462 文献标识码 ：A

基于 LIN 总线的香氛空气净化设备的设计

0 引言

随着汽车消费者对车内环境的要求不断提升，除了要满足内

外饰造型的视觉、触觉舒适感，还要求改善嗅觉的愉悦感。因此

车内气味设计成为汽车行业的一大热点，车载香氛应运而生。为

了实现车载中控系统控制整车中新增加的香氛空气净化设备进行

香氛弹识别、通道切换及风机的风挡控制，并回传新的状态信息，

在实际应用中，通过引进 LIN 总线技术来解决这个车载设备间的

通信问题。

中控系统和香氛设备接入到同一条 LIN 总线上，中控系统设

备为主机，往总线上发送控制命令[1]；香氛空气净化设备作为从机，

从 LIN 总线上接收控制命令，根据命令进行相应的操作，并把操

作结果响应给中控系统。本文围绕车载中控设备通过 LIN 通信控

制香氛空气净化设备工作，对 LIN 总线架构、硬件电路设计及软

件通信协议的实现方案展开论述。

1 基于 LIN 通信的香氛空气净化设备设计分析

香氛空气净化设备主要包含 LIN 通信控制功能模块、通道切

换模块、香氛识别模块、风机控制模块和单片机等（图 1）。

1.1 处理器设计

香氛空气净化设备中的控制中枢是一个型号为 N32A455CEL7

的单片机（MCU），它通过 LIN 通信模块与中控系统连接。MCU 通

过 LIN 通信模块接收中控系统发送来的通道切换命令和风机的挡位

控制命令，并发出香氛识别模块对香氛弹的 ID 识别、生产日期和

剩余有效时间信息，以及风机的转速等相关响应信息。

1.2 通道切换模块设计

该功能模块主要由一个 DRV8824 的芯片来驱动步进电机开

始工作，带动通道转换。同时，由一个光电开关管来检测电机的

转动位置，并反馈给 MCU 检测信号。当检测电机转到目标通道

位置后，MCU 控制 DRV8824 停止工作，通道切换操作完成。

1.3 风机控制模块设计

该功能模块通过 GPIO 口控制风机的电源通路或者断路，并

输出指定占控比 PWM 信号驱动风机工作。同时，MCU 通过检测

风机的输出脉冲来检测其转速，并把数值通过 LIN 总线响应给中

控系统。

1.4 香氛识别模块设计

当香氛空气净化设备把通道切换到目标位置后，MCU 就会

去读取香氛弹上 FM4442 的 EEPROM 数据，其中包含每个通道

上对应香氛弹上的 ID 标识符、生产日期和剩余使用时间等信息。

如果读取香氛弹上的信息失败，则香氛空气净化设备停止工作 ；

如果信息读取成功，则判断剩余时间是否为零。不为零，则设备

正常工作 ；否则停止工作。

1.5 LIN 通信模块设计

在硬件电路上，用型号为 N32A455CEL7 的国产 MCU 通过

串口控制型号为 TJA1028T3V3 的 LIN 总线收发器，来实现 LIN 总

线数据通信。软件上，后文将对 LIN 通信的协议及软件实现逻辑

图 1 基于 LIN 通信的香氛空气净化系统框架图 展开详细叙述和讨论。

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019 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

2 LIN 总线架构

LIN 总线采用单主机多从机的框架模式 [2]，且节点之间采

用的是单线传输方式（图 2）。总线上的电平一般是 12.0 V，网

络中的导线长度应少于或者等于 40 m，传输速率最高限制为

20 kb/s。由于每增加一个网络节点，会导致减少约 3% 的网络阻

抗（1 ～ 30 kΩ），这样会导致环境条件变差，因此 LIN 网络节点

数量受到总线的物理特性限制，最大数量不超过 16 个。

主机任务负责生成帧头，并根据进度表决定和维持哪个帧应

该被正确定时发送。从机任务负责发布或者接听帧的应答状态，

它包括 2 个状态 ：帧处理器以及同步间隔段与同步段检查器。

TJA1028 连接，并间接通过 TJA1028 的 LIN 管脚与外部 LIN 总线

相连。MCU 通过控制该收发器通与其他电控单元相连。这样的

连接可以实现香氛设备通过 LIN 总线与带有 LIN 总线的中控系统

连接，实现 2 个设备间的硬件电路连接。这样，中控系统可以通

过 LIN 总线把命令传输给香氛设备（图 4）。

4 LIN 通信的软件实现逻辑

因为 LIN 总线不具备 OSI 协议中详细定义的有载波侦听多路

访问 / 冲突检测 (CSMA/CD) 通信协议，无法实现所有节点以主机

方式接入总线，也不具备报文冲突监测以及“无损的逐位仲裁”

决定报文发送优先权。因此，LIN 报文帧传输任务必须由主机统

一调度。这些任务的调度有严格的时间限制，因此也可称之为时

间表，时间表在 LDF（LIN 描述文件）有详细的定义。该文件中

还包含有适用的 LIN 协议版本、LIN 总线的数据传输速度、主机

和从机设备名称、诊断信号、帧和时间表的定义等信息（图 5）。

在此，以图莫斯替代中控系统作为主机，控制 LIN 通信加载

LDF 文件来控制 LIN 通信任务的调度（图 6）。图 6 中上面的列表

中可以清楚地看到当前选中的报文具有哪些信号，这些信号的名

称等信息。下面的列表中显示了报文的别名，由哪个节点发送 ；

发送当前帧后，需要等待多长时间才能发送下一帧。

综上可知，主机与从机通信必须严格根据 LDF 文件中的时

间表来调度报文的传输任务。报文必须根据文件中定义的帧和信

号格式来组成，以及从机反馈给主机状态信息的诊断报文格式定

义。进度表在执行的时候，从其入口处开始执行，直至该表的最

后一个帧。如果没有新的进度表启动，则返回当前进度表的开头，

从第一个帧开始执行。

4.1 LIN 通信协议

LIN 总线上的报文传输任务，不仅其调度需要根据 LDF 文件

的定义来执行，而且主机端的报文从应用层到 LIN 总线物理层的

整个过程数据包组成，以及从机端从 LIN 物理层到应用层的整个

数据包拆包过程，也都必须遵守 LIN 通信协议层来完成（图 7）。

图 2 LIN 机群拓扑结构图

图 3 LIN 收发器的原理图封装 图 4 LIN 通信硬件电路设计图

3 LIN 通信的硬件电路设计

3.1 国产 MCN32A455CEL 特性

香 氛 设 备 的 MCU 芯 片 MCN32A455CEL 采 用 32 位 ARM

Cortex-M4F 内 核， 最 高 工 作 主 频 为 144 MHz。 它 集 成 多 达

512 kB 加密存储 Flash，最大 144 kB SRAM，具备 7 个 LIN/U(S)

ART 接口，最高速率达 4.5 Mb/s。它还具有相应的 LIN 通信控制

功能接口，运行速度能够满足设计需求。

3.2 LIN 数据收发器 TJA1028TV3V 特性

TJA1028T 是荷兰的半导体公司恩智浦（NXPI）公司的产

品（图 3），该产品专门用于 LIN 总线数据通信。它内部集成了

具有低压降压的 LIN 2.0/2.1/SAE J2602 收发调节器。电源输入

端具备 3.3 V 和 5.0 V 变体，稳压器可提供高达 70 mA 电流。它

还支持 LIN 收发器休眠模式电压调节器掉，同时具备 LIN 总线

唤醒功能等特性。

3.3 国产 MCU 控制 LIN 收发器与外界通信电路原理

MCU 通 过 带 有 LIN 功 能 的 串 口 模 块 与 LIN 总 线 收 发 器

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020 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

LIN 总线通过 LIN 通信协议规范节点间的数据通信。该协议

主要分为 ：应用层、API 接口层、协议层和物理层。物理层已在硬

件电路设计中详细体现。协议层主要涉及在主机节点，数据如何从

应用层往底层物理层传递 ；传递过程中经过那些协议层 ；在每个协

议层怎样把应用层数据逐层打包处理，并最终在物理层，以位的数

据格式逐位发送。

同理在从机节点，如何在物理层逐位接收数据，并把接收到

的数据根据协议从物理层往应用层传递 ；在传递过程中怎样逐层拆

包，并把拆包后的数据传递给应用程序使用。

4.2 LIN 报文结构

在 LIN 通信协议中，主机节点和从机节点之间以完整的报文

交互来传递数据。一个完整的报文包含同步间隔段、同步段、受

保护 ID 段、数据段、校验和段等相关信息（图 8）。

同步间隔段 ：它是每个帧里唯一用来标识帧的起始点。它由

主机节点产生，1 个同步间隔段至少有 13 bit 的显性值，包括起

始位和间隔定界符，其中间隔定界符的长度至少为 1 bit。

图 5 LDF 文件定义

图７ LIN 通信协议层

图８ 报文结构图

图６ 图莫斯加载 LDF 文件图示

同 步 段 ：它 是

一 个 值 为 0x55 的 字

节场，其二进制值为

0101 0101，在总线发

送该数值时是以 1010

1010 的顺序发送。在

从机上必须能够探测

6 MCU 的 LIN 通信软件流程

MCU 通过串口控制 LIN 通信的

软件流程 [3] 如图 10 所示，步骤如下。

（1）香氛设备上电后，系统先

去使能 USART 所在 GPIO 口的时钟

和 USART 功能的时钟。

（2）对用作 USART 的 GPIO 端

到间隔 / 同步数据序列。如果发现了同步场，那么间隔 / 同步符

号序列的总线将会终止正在进行的帧转移，重新启动新帧的处理。

受保护 ID 段：它包含 2 个子场，标识符和标识符的奇偶校验。

0 ～ 5 bit 是标识符，6 ～ 7 bit 是奇偶校验。

5 LIN 通信的报文时序图介绍

在 LIN 总线通信过程中，使用示波器抓取总线上传输的数据

波形（图 9）。首先，捕获的波形是同步间隔段，它是一个至少

有 13 bit 的显性值，包括起始位和间隔定界符组成。在 LIN 总线

中，显示值是低电平表示。其次，捕获的波形是同步段，其数值

是 0x55。

在总线上的传输波形序列是：一个起始位（显性值：低电平）；

数值序列为 1010 1010 ；停止位（隐性位 ：高电平）。再次，捕获

的波形是受保护 ID 段，其值为 0x3c，在总线上的传输波形序列：

一个起始位（显性值：低电平）；停止位（隐性位：高电平）。最后，

捕获的数据段和校验和段的传输波形序列。

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021 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

【参考文献】

作者简介 :

高碧松，本科，工程师，研究方向为自动化控制及嵌入式软件开发。

[1] 阮耀梅 . 基于 LIN 通信的汽车玻璃升降控制器的设计 [J]. 企业科技与发

展 ,2018(06):46-48+51.

[2] 谢 华 兵 . 凯 迪 拉 克 XTS 车 LIN 通 信 故 障 2 例 [J]. 汽 车 维 护 与 修

理 ,2017(09):51-52.

[3] 邓良松 , 刘海岩 , 陆丽娜 . 软件工程 [M]. 陕西 : 西安电子科技大学出

社 ,2004.

[4] 阎石 . 数字电子技术基础 [M]. 北京 : 高等教育出版社 ,2006.

图９ LIN 总线时序图

图 10 LIN 通信控制软件流程图

图 11 中控系统与香氛设备的通信实例

口及管脚进行配置。

（3）配置嵌套中断向量控制器。

（4）在 USART/LIN 的串口接收中断时，监听 LIN 总线，并

读取从主机发送出来的报文帧或者是帧头。

（5）串口接收中断逐个字节读取数据。在本步骤中，根据接

收到的数据字节结合当前报文状态变量，对数据进行解析。如果

当前是 IDLE 状态，那么串口在接收到数据时，主动把状态值切

换到 SYNC，并判断当前数据是否是 0x55。如果不是，则状态值

返回 IDLE ；如果是，则把状态值修改为 PID 状态，继续接收下一

个字节数据。

再判断是否是完整报文帧，如果是，则获取数据段的数据长

度，并把状态值切换到 RCV，串口继续接收数据 [4]。如果接收到

的只是报文的帧头，那么立即发送报文的应答帧，同时把状态值

修改为 IDLE 状态。在 RCV 状态下，如果接收到数据段的完整数

据后，那么整个报文帧接收完成，报文状态值改为 IDLE，进入下

一个新报文的接收。

在实际工作中，主机通过 LIN 通信控制香氛空气净化设备具

体过程如下。以图莫斯替代中控系统作为主机，根据 LDF 文件中

定义的帧及任务调试时间表，向香氛空气净化设备发送 0x36 报

文控制其进行相关动作，再发送 0x37 报文帧头。香氛设备在接

收到 0x36 报文后（图 11），开始进行通道切换和风机换挡操作（发

送数据窗口设置，切换到 Taste1 通道，风机切换到 Low 挡），并

把结果以响应的方式通过 0x37 的帧头返回给主机。

7 结束语

根据本项目需求搭建的 LIN 总线框架，设计的硬件电路基础

上，严格参照 LIN2.0 通信协议编写软件控制报文传输。经试验验

证及结果表明，该方案的设计满足项目要求，可适用于车载中控

设备控制香氛设备工作的通信需求。。

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022 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（一汽 - 大众汽车有限公司佛山分公司，佛山 528237）

陈磊、陈桂林、贾亮、郑晓旭、田刚、李映图

摘要 ：缩孔为汽车涂装行业常见问题，而且导致缩孔的物质种类繁多，某些物质极少量即可形成缩孔，只能通过批量生产烘干漆膜验证缩孔原因。

根据喷涂膜厚目标及工艺过程，需要通过逐层漆膜、逐个工位以及逐一要素来排查导致漆膜表面张力变化因素，并针对性采取预防措施。本文通

过对干膜缩孔缺陷形态进行详细分析，确定排查优先级。物料喷涂前采用物料升温老化降低流平效果来模拟缺陷 ；喷涂后采用车身湿膜极限暴露

来验证过程中缩孔影响因素。在此模型指导下发现，面漆烘干炉入口温差导致冷凝物析出形成缩孔问题，通过对烘干炉风平衡调节实现车身均匀

升温溶剂均匀挥发，从而避免在烘干炉入口段形成冷凝物，解决缩孔问题，并完善缩孔缺陷排查模型。

关键词 ：面漆缩孔 ；漆膜 ；表面张力 ；温差

中图分类号 ：U463.82+1 文献标识码 ：A

汽车涂装面漆缩孔缺陷排查模型及应用

0 引言

汽车涂装生产过程中，车身漆膜在成膜过程中由于表面张

力 [1] 差异而形成表面凹陷缺陷，定义为缩孔 [2]。缩孔为汽车涂装

行业常见问题，排查难点有 ：能导致缩孔的物质种类繁多 ；数量

极少即可形成缩孔 ；验证方法以批量喷车烘干后验证，具有严重

滞后性。因此，总结汽车涂装缩孔缺陷排查模型，用于指导缩孔

缺陷排查及预防，减少返修成本，提升过程管理水平，并持续推

动工艺、物料革新具有意义。

汽车车身常见漆膜构成如图 1 所示，普遍包含电泳、预喷涂

层、色漆和清漆层，工艺通用设计为电泳烘干、色漆闪干和清漆

烘干方式。不同的工艺标准决定了各涂层的厚度，从而决定了设

备选型、工艺布局和物料选择等。因此缩孔缺陷排查要根据生产

线特点而开展 [3]，具有很强的现场特殊性。

本文根据喷漆成膜共性梳理出影响缩孔的主要因素，从而

针对性预防管理缩孔缺陷。由于在喷涂过程中，涂层是逐层覆

盖的过程，每层涂层在成膜及烘干过程中都会出现漆膜表面张

力变化 [4]，都可能在过程中形成缩孔缺陷。所以在每层涂料覆盖

过程中，需根据工位要素中可能导致缩孔的风险因素进行系统管

控，从而规避缩孔风险。同时，针对已经出现的缩孔缺陷，采用

逐层、逐一要素验证方式，快速锁定缩孔成因并解决问题。

1 缩孔问题原因分析

缩孔缺陷形成过程如图 2 所示。在涂料湿膜、表干和烘干过

程中，漆膜表面张力逐步增加，涂层内低表面张力物质逐步迁移

到涂层表面，并推动涂层向周围迁移。漆膜烘干后在漆面上形成

浅坑状缩孔缺陷。

根据缩孔缺陷形成过程进行缩孔缺陷原因分析。首先对缩孔形

态进行 50 倍放大分析，并结合红外光谱分析缩孔中是否有污染物。

图 1 涂装工艺过程其各涂层厚度要求示例 图 2 缩孔缺陷形成过程示意图

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023 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

如污染物来自涂料外部，则根据污染物在涂层中的位置深度

以及污染物表面包裹漆膜的厚度，判断污染物在涂料循环、湿膜、

表干和烘干哪个环节污染成膜 [5]，进而针对性验证，并分析污染

物污染漆膜的驱动力。驱动力为漆膜内部表面张力差异，则缩孔

及周边形态均匀 ；污染物污染漆膜的驱动力如果来自漆膜外部，

如循环风裹挟污染物污染漆膜，则缩孔会在漆膜表面呈现出特

定涂层、特定部位出现的空间特点，且形态不规则。如果污染

物来自涂料内部，则排查涂料生产到漆膜烘干全过程，针对性

进行极限条件模拟试验。在实验室对可疑物料采用升温老化、

高速剪切等方式处理后，再根据不同的老化时间制作喷板以模

拟缺陷。

根据缩孔缺陷形成原因可以看出，关键在于对影响漆膜表面

张力的物质进行查找并排除异常的过程。可见异物缩孔，便于以

污染物为线索进行溯源，锁定过程异常 ；解决有异物缩孔后，缩

小缩孔排查范围，再解决无异物缩孔。

喷漆过程为先喷色漆，再喷清漆。色漆层与清漆层缩孔有时

难以区分。相比于色漆缩孔，清漆缩孔在形成过程中无色浆、填

料干扰，清漆烘干后透明，更容易准确判断缩孔缺陷中心是否有

可见异物，有利于根据污染物进行溯源，从而快速解决问题。所

以对缩孔缺陷详细观察后优先排查有异物、清漆层缩孔，从而锁

定过程异常，缩小变量，并带动无异物缩孔缺陷下降 ；然后再排

查色漆层缩孔，从而建立缩孔缺陷排查模型及预防体系。

2 缩孔问题管控方案

从缩孔形成原因分析，导致表面张力差异的物质最终作用于

涂料成膜过程。以涂料为核心，对涂料制备运输、涂料循环、湿膜、

表干、烘干全过程导致涂料及成膜表面张力差异的物质进行排查

及排除，从而实现缩孔问题解决及预防管理。

根据涂装车间工艺特点，总结缩孔缺陷排查模型如图 3 所示。

首先，需要明确涂料各层厚度及工艺标准，掌握工艺全过程及可

能导致缩孔问题的影响因素。其次，对于缩孔进行分层管控，电

泳层缩孔在喷漆前处理避免与色漆层缩孔混淆 ；利用清漆透明、

仅有一种以及过程变化容易观察等特点优先排除清漆层缩孔，大

幅度缩小色漆层缩孔排查范围。最后，每层涂层喷涂过程中以涂

料为核心，验证工位要素对于涂料制备与运输、循环、湿膜、表

干以及烘干成膜过程的影响，从而锁定各要素对于缩孔的影响大

小，并积累缩孔问题解决经验，完善缩孔缺陷监控与排查模型。

2.1 缩孔缺陷排查

2.1.1 材料风险排除

缩孔缺陷是漆膜表面张力差异导致，所以首先需要排除物料

风险，避免缺陷批量风险。涂料生产全过程及关键检测点如图 4

所示。物料缩孔过程检测是通过出口喷板及使用前喷板检测，以

避免缩孔 ；结果验证则根据批量喷车烘干，验证材料有无缩孔。

为避免物料风险，一方面对材料制备全过程进行缩孔管控 ；另一

方面，一旦喷车出现缩孔，需要对整个物料生产、检测和操作过

程进行追溯分析。

图 3 缩孔缺陷排查模型

图 4 材料缩孔缺陷排查范围及关键检测点

物料循环系统为一个整体（图 5），一旦材料受污染，则整

个系统的物料及硬件都受影响，且难以查找原因。另外，加料、

过滤袋更换、润滑和清洗系统等操作过程，都可能导致缩孔污染

风险。停产期间物料仍需要持续循环，涂料中溶剂、助剂随着循

环及材料剪切而挥发，所以需要对输漆系统进行监测。因此，有

必要根据硬件及操作过程系统排查全过程风险，并针对性采取风

险预案，从而实现输漆系统缩孔问题快速验证（表 1）。

为进一步排除物料及系统缩孔风险，可取现场材料进行老化

实验。取系统中物料，在实验室通过 40 ～ 50℃水浴模拟材料老化、

高速搅拌模拟循环剪切，然后用不同高温及剪切时间的物料进行

喷板烘干，观察漆膜表面缩孔及光泽度。升温及搅拌剪切过程中

溶剂、助剂随时间挥发，部分树脂随温度升高而逐步老化，材料

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流平效果变差，而污染物含量不变，因此同等条件下更容易模拟

出缩孔。模拟出缩孔后，以此方法为基准排查来料，从而锁定缩

孔原因。

从材料配方角度，核查可能导致缩孔的助剂。对助剂进行含

量梯度实验，然后喷板核查缩孔，对材料本身抗缩孔性能进行评

价。可采用此方式筛选抗缩孔助剂并评价其贡献 ；同时模拟现场

极限工况，对各种助剂的稳定性评估，从而保障材料本身抗缩孔

性能、抗缩孔助剂的效果以及长期剪切的稳定性。最终通过现场

小批量喷车验证方式，评价抗缩孔助剂实验室与现场贡献差异，

从而明确材料本身抗缩孔性及抗缩孔助剂有效性。

2.1.2 环境排查及验证

涂装喷涂过程为雾化喷涂，烘干为空气换热交联固化过程，

所以环境温度、湿度、洁净度 ；风速、风向、各区风温度都需要

根据成膜表干及烘干要求而设定及维护，此过程中避免表面张力

不同的物质污染漆膜而导致缩孔。

喷漆及表干过程，空调送风流程如图 6 所示，空气温湿度通

过冷水除湿、升温、细水雾加湿实现对于温湿度控制 ；洁净度通

过初效、中效、顶棉过滤实现洁净度逐级提升 ；风速风向通过风

机频率实现控制。喷涂成膜、表干、烘干过程需要对环境因素进

行严格管控，环境稳定助力漆膜表干及烘干过程稳定，避免漆膜

表面张力差异，获得均匀稳定成膜。

分类 风险 举措

物料自身 物料被污染

喷车验证100%合格物料，留存20%

物料作为紧急供应物料；同时开始使

用新批次物料，新批次使用40%时，

消耗上批次20%

物料循环

过程 物料系统被污染 备用系统清洗洁净，如有问题，需迅

速投料验证原系统是否被污染

加料及辅

助操作

加料、过滤袋更

换及润滑油加注

过程中污染物料

严格遵循标准化操作指导说明；全

过程操作及变化点记录并可录像追

溯；非金属材料使用前进行缩孔检

测，可疑时采用溶剂浸泡后喷板验证

是否缩孔

长时间搅

拌循环

存储

长时间循环溶剂

挥发影响材料

粘度

停产期间打开备压阀，降低管路压

力；每12 h循环1次，1次60 min；每

6个月清洗1次输漆罐体及管路，避

免阀门和管路死角填料沉积形成

污染源

表 1 物料输漆系统风险及应对举措

图 5 输漆系统循环及喷漆示意图

图 6 工艺空调流程及关键环境参数

图 7 设备导致缩孔缺陷排查方向

根据喷漆及工艺设计过程，可采用逐级放板进行缩孔检测。

可在过滤顶棉前后放板进行缩孔测试，确保接触车身空气无污染

物 ；同时由于喷板具有面积局限性及缺陷概率低的缺点，可以采

用车身喷涂清漆后超标准时间（不出其他漆面质量问题前提下最

长停留时间）停留的方式来验证环境中有无污染物，从而实现对

于工位环境的预防管理。

同时也累积经验，如雨季厂房外空气湿度超标、模拟中间闪

干炉湿度超标、空气过滤器更换前后观察有无缺陷、缺陷的形态

及数量，从而实现对于环境的预防管理。

2.2 设备预防缩孔管理

设备导致缩孔特点如图 7 所示，固定位置缩孔的具有空间特

点 ；非固定位置缩孔，优先排查能够持续污染漆膜的相关因素。

可按照设备空间顺序通过逐一元器件验证非金属材料（润滑油、

垫 圈、 空 气 过 滤 辅 材 等 ）

缩孔是否合格、元器件保

养标准及实际是否满足缩

孔管控需求，从而逐个排

除设备导致的缩孔风险。

2.3 缩孔其他相关影响因

素预防管理

由于涂装车间环境的

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温度、湿度、洁净度会随时间及外界环境变化而变化 ；物料在停

产期间长时间循环也会变化 ；缩孔监控方法需要根据每个工位风

险点进行检测，并同时做好变化点验证，并不断更新缩孔检测点

及频率。如更新物料后，跟进更新率与缩孔缺陷率对应关系。烘

干炉内部清洁、风循环管路清洁、输漆系统定期清洗等都根据实

际建立结果及过程检测点，从而预防缩孔。

针对人员技能，培训到人员缩孔检测标准及检测点设定依据，

日常监控检测结果趋势并针对性溯源分析，不断验证缩孔影响因

素及程度，实现缩孔预防管理。

2.4 缩孔管控方案

综上所述，喷漆过程为逐层覆盖，每层漆膜厚标准决定物料、

设备、喷涂方法和环境参数要求，所以需要确定每层喷涂为零缩

孔风险后再进行下一层喷涂。要根据物料、环境和设备标准设计

物料来源，针对喷涂全链路进行预防，并检查同类工位导致缩孔

的影响因素。

缩孔形成原因为漆膜表面张力变化导致，因此要从涂料制备、

运输、循环、喷涂、湿膜、表干和烘干等全过程排查影响漆膜表

面张力的因素。可通过对缺陷样品红外、切片等试验分析锁定污

染物来源。

外部污染可分为喷涂前和喷涂后。喷涂前排查，可对材料进

行升温搅拌加速老化、溶剂挥发来降低涂料流平效果，从而模拟缺

陷 ；喷涂后排查可通过漆膜极限暴露来模拟缺陷。如果表面张力差

异物质来自材料内部，需梳理配方中能导致缩孔的物质，对其进行

溶剂含量梯度试验及老化试验，通过模拟及实车喷涂结合，锁定缩

孔原因。然后以污染物为基准验证抗缩孔助剂效果，并结合实际生

产，实现缩孔预防管理。

图 8 无异物缩孔缺陷图片及形态

图 9 面漆烘干炉烘干流程及风平衡

3 缩孔缺陷排查案例

某车型喷涂中发现存在缩孔问题。

目视为清漆层缩孔，显微镜下无异物（图

8）。缩孔位置分布在前盖、顶盖，缩孔车

缺陷率 1%。缺陷件剖面分析为清漆层厚

度变薄，色漆层完整。

3.1 缩孔原因分析

（1）缺陷涂层分析。逐层打磨缺陷，

到色漆层上缺陷能消失。目视检查电泳车

前盖顶盖无异常，在前盖顶盖缺陷位置打

磨电泳表面并擦净，喷涂面漆后仍能发现缩孔，排除电泳层缺陷。

（2）色漆层分析。统计缺陷，与颜色无规律。缺陷位置分布

在前盖、顶盖区域，车门立面及内表未发现。切片分析显示，色

漆层完整，清漆层变薄，交界面无异常，排除色漆层问题。

（3）清漆输漆系统排查。缺陷非连续性出现，车门立面区

域及清漆内表合格。加料及操作过程记录排查无异常 ；目视检

查搅拌桨及清漆液体表层状态无异常 ；安全批次物料验证结果

无改善。

（4）清漆喷涂机器人排查。缺陷出现位置涉及 4 个机器人。

目视检查缺陷对应的机器人旋杯及清漆混合管状态，无颗粒及

异常。

（5）喷涂环境排查。同时对各工位清漆喷涂后的车辆放置

15 min，极限模拟缺陷，发现在面漆烘干炉入口区域能模拟出缩

孔缺陷。重复验证 3 次，均能在烘干炉入口复现缺陷。对烘干炉

入口区域壁板采用白色无纺布擦拭，能发现有黄色油状物。

面漆烘干炉烘干流程如图 9 所示。车身通过热风循环换热进

行漆膜烘干固化，同时部分排风并补充新鲜空气。烘干炉出入口

有风幕及整个烘干炉负压，防止热风及溶剂外溢。烘干炉内逐渐

升温满足材料烘干温度要求。

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026 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

【参考文献】

作者简介 :

陈磊，硕士，工程师，研究方向为涂装工艺设计及生产质量成本优化。

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装 ,2021,24(07):70-72.

车身在入口区域停留出现缩孔，检查过程发现为了节能，需

要对烘干炉进行降频运行，因此必须在节能模式下解决缩孔问题。

检测车身在烘干炉内运行到不同位置时的炉温变化（图

10），可以看到，在烘干过程中，60 ～ 100℃是溶剂及水快速挥

发的过程，在此过程中烘干炉内温差变化为 4.93℃ /1 000 mm。

由此判断在此区域，因温差变化较大出现冷凝，从而影响清漆成

膜导致缩孔。冷凝物为水及可挥发溶剂混合物，冷凝物析出量与

进入烘干炉内空气含水量及每小时过车数有关，所以缩孔缺陷呈

现无异物以及部分车有缺陷状态。观察炉体内，发现在烘干炉在

7 000 ～ 11 000 mm 烘干炉壁板有冷凝残留物。

表 2 烘干炉风量调节减少成膜初始段温差

图 10 车身在烘干炉内行进位置与温度关系

图 11 风量调节前后升温过程对比

风阀及风量测量

风量调节/（m³/h）

改进前 改进后

排风（160℃）风量 8 160.9 7 440.7

新鲜风送风（180℃）风量 6 200.2 6 800.3

烘干炉两端补风（23℃）风量 1 960.7 640.4

避免因阀门松动、过滤器堵塞以及风机异常等因素，导致各工位

温度及风平衡变化，进而引起车身喷涂的质量变化。同时，还需

要周期性采用车身过度停留方式对缩孔缺陷进行预防管理。

4 结束语

缩孔为涂装面漆喷涂常见顽疾。本文根据膜厚目标及工艺

标准，整理出面漆缩孔缺陷排查模型。通过逐层、逐个工位以

及逐一要素排查导致漆膜表面张力变化因素，系统性梳理出缩

孔形成的影响因素，并针对性采取预防管理措施。文章还结合

已出现的缩孔问题，在分析解决过程中不断完善检测标准及频

率，从而实现缩孔预防管理。在实际解决缩孔问题中发现，面

漆烘干炉入口温差造成冷凝物析出是导致缩孔的主要因素，最

终通过优化温差及风平衡，实现烘干温度稳步提升，使漆膜均

匀固化避免缩孔。

目前已经开发新一代低厚度清漆，新材料带来喷涂参数、

烘干过程变化，同样需要更新缩孔相关管控标准。此外缩孔管

理模型也可以扩展到涂装工位的脏点缺陷管理，从而持续降低

成本、提升管理水平，实现汽车涂装喷涂向着降本、提质和绿

3.2 优化与改进措施 色方向发展。

针对引起缺陷的原因，提出以下改进措施 ：减少离开炉体热

量，增加入口新鲜风热风风量，同时也减少从炉口进入烘干炉内

的风量，从而缩小在漆膜烘干初始阶段温差（表 2）。通过以上措

施，能够避免在成膜过程中出现冷凝物附着在车身漆膜表面导致

缩孔的现象。

改进后炉温从 6 000 mm 处开始计算，达到 100℃时，温差

优化至 3.45℃ /1 000 mm，而且入口段升温平缓（图 11）。车身

过度停留 15 min，多次检验结果均为零缩孔。优化方案能够解决

缩孔问题，并且在烘干的同时实现降频节能运行。

烘干过程为高温热风循环，温差均匀逐步提升能够减少冷凝

物析出，也能让漆膜稳定成膜，避免缩孔缺陷的同时获得更加均

匀的外观。因此需要周期性检测烘干炉风向、风量和炉温曲线，

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（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（1. 柳州赛克科技发展有限公司、柳州市电子化动力总成电子控制重点实验室，柳州 545005 ；2. 上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

李智1

、罗宏锦 2

、何放 2

摘要 ：本文主要介绍了电磁兼容性试验在新能源双电机控制器产品开发中的重要性。对当前电磁兼容性试验所遇到的主要问题、主要试验内容及

试验条件做了详细阐述，同时也提供了在试验过程中遇到问题的解决办法及思路。基于上述思路，本文针对某新能源汽车双电机控制器的传导发

射和辐射发射试验做了研究，通过分析试验过程中出现的问题，提出了产品优化设计开发的详细变更点，并针对改进型的电控做了重复性试验。

试验结果显示，产品的优化获得了较为理想的结果。

关键词 ：电磁兼容 ；辐射发射 ；传导发射 ；双电机控制器

中图分类号 ：U467.3 文献标识码 ：A

新能源汽车双电机控制器电磁兼容性试验及问题原因分析

0 引言

随着科技的快速发展，当今社会中电子设备的数量和种类不

断增加。在包括汽车、智能手机、电脑、工业控制系统和医疗设

备等领域，电子设备的密集使用意味着同时存在的电磁干扰源也

变得更多。这些干扰源可能来自不同设备、不同系统之间的相互

作用，也可能来自电子设备本身的自我干扰。而无处不在的电子

设备会导致设备所处的环境，比如设备信号、功率和特性等，变

得更加复杂。

在汽车和交通等领域，随着新能源产品的规模化发展，产品

越来越依赖于各种类型的控制器，如双电机控制器、单电机控制

器、旋变传感器、整车控制器、电子油泵以及车联网通信系统等。

这些控制器或传感器在工作过程中会产生电磁辐射，可能对车辆

其他设备产生电磁干扰，而电磁干扰可能会导致某些设备故障、

数据传输错误或通信中断，对人身安全和财产造成威胁。

因此，对产品进行电磁兼容性试验，以评估电子设备或传感

器的辐射水平和干扰情况，确保它们在多个车辆和设备之间相互兼

容是非常必要的。本文从某新能源汽车双电机控制器硬件架构设计

和原理入手，对该双电机控制器的电磁兼容性能做了深入的研究。

1 双电机控制器架构

某新能源车型双电机控制器架构设计如图 1 所示，主要由主

控制电路板、驱动电路板和 IGBT 模块 3 大设计板块构成。12 V 供

电电源通过 BUCK 以及 BUCK-BOOST 电路向主控制电路板及驱

动电路板供电。主控板通过 CAN 总线与整车进行数据通信，主

控芯片与油泵控制器及 HVU 进行数字信号双向通信 ；控制器驱

动部分的 IGBT 模块能够将动力电池的直流电转化为交流电输入

到永磁同步电机 ；底层软件及控制器中的各类采样电路、电源电

路和保护电路相互配合，使得双电机控制器得以正常工作 [1]。

在设计架构时要考虑电磁兼容性，需要注意在电路中添加电

源噪声滤波器，如滤波电容和滤波电感，以减少高频噪声的传播。

良好的搭铁是确保电磁兼容性的重要因素，电机控制器需要正确

连接和设计搭铁，以减少潜在的接地回路间的干扰。电源线和信

号线的布局应尽量避免交叉和平行布线，以减少相互之间的电磁

耦合。在电机控制器的设计中，采用屏蔽罩、屏蔽线缆和屏蔽隔

板等方法，以减少电磁辐射和电磁感应。

此外，对于敏感的电路板或元件，可以考虑使用金属屏蔽壳。

对于输入和输出信号线，可以使用滤波器来降低高频噪声和电磁

干扰的影响。这些滤波器可以包括 RC 滤波器、LC 滤波器或磁性

图 1 某新能源车型型双电机控制器架构

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滤波器等。如果有需要，可以考虑使用适当的隔离器件（如光耦

合器）来隔离电路和信号，以减少电磁干扰的传播。在多模块或

多设备系统中，对于地址线和通信线，应采取适当措施，如使

用屏蔽线缆、降低传输速率等，以减少传输过程中的电磁干扰。

这些仅是一部分常见的考虑因素，实际设计中可能还会有其

他因素导致电磁干扰，需要在设计过程中加以注意。因此，为了

模拟电机控制器的实际应用环境，需要进一步制作样件进行电磁

兼容性测试，以确保系统在电磁环境中的正常运行。

2 双电机控制器的电磁兼容理论基础及试验目标

电磁兼容性试验主要涉及电磁场与电子设备相互作用的原

理、电磁波传播规律、电磁辐射和电磁感应的机制等。电磁兼容

性试验的关键理论基础如下。

2.1 双电机控制器的电磁兼容理论基础

2.1.1 电磁相容性理论

电磁相容性主要研究电磁干扰源和受扰设备之间的相互作用

机制。它包括电磁辐射和电磁感应两个方面的机制。电磁辐射是

指电子设备通过电磁波在空间中传播而引发的干扰，而电磁感应

是指电子设备受到来自外部电磁场的干扰。

2.1.2 电磁波传播理论

该理论研究电磁波在导体和无导体介质中的传播规律。了解

电磁波的传播特性有助于确定电磁兼容性试验中的信号传输路径

和传播过程，以及评估电磁辐射和电磁感应的范围。

2.1.3 电磁场测量技术

电磁兼容性试验需要进行电磁场测量以评估设备的辐射和感

应水平。电磁场测量技术包括电场测量、磁场测量和辐射场测量

等方法，以获得电磁场的强度、频谱、方向和空间分布信息。

2.1.4 电磁兼容性测试标准

电磁兼容性试验通常依据相应的国际或行业标准进行。这些

标准规定了测试方法、测试设备、测试条件和评估准则，确保测

试具有可重复性和可比性，从而提供了实际电磁兼容性问题的解

决依据。

综上所述，电磁兼容性试验的理论基础涵盖了电磁相容性、

电磁波传播规律、电磁场测量技术、干扰源与受扰设备建模以

及相应的测试标准。这些理论基础为电磁兼容性试验提供了理

论依据和方法，以确保电子设备在电磁环境中的正常运行和相

互兼容。

2.2 测试标准

根据 GB/T 18655-2018《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性

用于保护车载接收机的限值和测量方法》要求，对各类电磁实验

都有详细的实验标准 [2]，但是鉴于项目周期以及试验成本，选择

双电机控制器的传导发射作为本次研究的主要研究对象。传导发

射电流法主要考察双电机控制器的低压非电源线传导发射大小，

电压法考察控制器低压电源线和高压线束传导发射大小，在广播

及移动业务分别有峰值、准峰值和均值的限值要求。传导发射电

流法限值详见表 1 ；电压法又区分为低压电源线传导发射和高压

线束传导发射，其限值分别如表 2 和表 3 所示。

表 1 传导发射电流法限值

表 2 传导发射电压法低压限值

项目 波段 频段/MHz 电流限值/dBμA

峰值检波器 准峰值检波器 均值检波器

广播

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频段I 48.50～72.50 12 — 2

DAB III 171.00～245.00 10 — 0

移动

业务

VHF 30.00～54.00 22 9 2

VHF 68.00～87.00 16 7 -4

VHF 142.00～175.00 16 7 -4

项目 波段 频段/MHz

电压限值/dBμV

峰值检波器 准峰值检波器 均值检波器

广播

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频段I 48.50～72.50 46 — 36

移动

业务

VHF 30.00～54.00 56 43 36

VHF 68.00～87.00 50 27 30

项目 波段 频段/MHz 电压限值/dBμV

峰值检波器 准峰值检波器 均值检波器

广播

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频段I 48.50～72.50 59 — 49

移动

业务

VHF 30.00～54.00 71 58 51

VHF 68.00～87.00 63 50 43

表 3 传导发射电压法高压限值

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029 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

2.3 电磁干扰的几个常见问题

常见的电磁辐射干扰是指电

子设备或系统在工作过程中，产

生的电磁场辐射干扰到周围设备

或系统的正常操作。这种干扰可

以影响到其他电子设备、通信系

统和无线电接收器等。在一些电

子设备或电源频繁开关，电子设

备中快速切换的电流或高频振荡

器可能会产生电磁辐射，干扰周

围的其他设备。通过电磁兼容性

测试和采取适当的干扰抑制措施，

可以减少电磁辐射干扰，保证设

每种分类都应用特定的电磁兼容试验项目。本次研究对象对应了

表 4 中 A 类、AM 类和 AX 类。在此需要注意的是，在区分零件类

型时，一个零部件可能会涉及到几种零部件类型，可以根据实际

情况进行勾选，测试项目按最大化执行。本论文优化了双电机控

制器庞大电磁兼容性试验项目，在正式试验前进行摸底研究，研

究结果对未来正式样件的设计起到了指导作用。

根据测试矩阵（表 5），不同零部件的产品类型应选择相应

的测试项目。本文所描述的试验为前期验证性质试验，试验数

据作为摸底，因此仅选择传导发射（电压法、电流法）作为试

验项目。

3.2 双电机控制器电磁兼容台架搭建

该车型电机控制器安装于发电机舱，为高度集成模块，具

有模拟和数字输入端口，能够控制电机。电机控制器通过 CAN

总线与车辆上的其他模块进行交互通信，CAN 总线的波特率为

500 kb/s。电机控制器的直流（AC）输出直接连接电机（驱动电

机 + 发电机），直流辅电输出接同功率阻性负载。试验的基本台

架搭建如图 2 所示，其中低压和高压电源通过导线给产品供电，

负载箱利用该新能源车型的相关负载，并通过导线与产品相连接。

上位机可以显示台架的工作状态，同时与产品通过 CAN 网络通

讯进行通信，利用诊断的方式监控负载状况信息 [4]。

3.3 试验结果

在完成台架的硬件安装及布线，经过低压通讯调试，上位

机信号调试正常后对该车型双电机控制器试验样品进行电磁兼容

测试。试验结果显示，在传导发射电流法测试中，KL30/KL31、

表 4 零部件类型

零部件类型 说明 零部件类型

电子模块

A 含有有源器件的部件或模块，如含有开关电源、微处理器、运算放大电路、显示器

等的模块

√

AM 内部含有磁敏元件的部件或模块，如含有霍尔传感器的模块等 √

AS 由其他模块中的稳压电源供电的部件或模块，一般为给控制器提供输入信号的传

感器等

AX 控制外部感性设备的电子模块部件 √

AW 含有射频元件的独立的部件或模块，如胎压传感器、遥控钥匙等

D 由二极管、电阻网络等构成的模块，如带LED的背景光开关等；但是只有纯电阻网

络构成且不含二极管的模块，可以不进行相关电磁兼容试验

电机

BM 有刷电机，如雨刮电机、喷水电机等

EM 电子控制的无刷电机

感性部件 R 电感性的部件或模块，如继电器、电磁阀和电喇叭等

车载充电系统 纯电动汽车充电系统装置，如车载充电机、充电枪

备和系统的正常运行 [2-3]。

双电机控制器在电磁兼容性方面可能面临以下几个问题。

2.3.1 电磁辐射干扰

双电机控制器中的电子元件和电路在工作过程中会产生高频

电磁辐射。如果辐射水平超过规定的限制，可能会对周围的设备

或无线通信系统造成干扰。

2.3.2 电源线和信号线上的传导干扰

电磁干扰可能通过电源线和信号线传导到其他设备或系统

中，干扰其正常工作。例如，电机的高电流运行可能引起电源线

上的电磁干扰，影响到其他电子设备的稳定性和性能。

2.3.3 搭铁线回路的共模电流

对于双电机控制器，电机的高电流运行可能导致地线回路中

的共模电流增加。这可能会对其他设备和系统的地线回路产生干

扰，导致干扰电压的出现，影响到设备的正常运行。

2.3.4 控制信号的抗干扰能力

双电机控制器通常需要接收外部的控制信号，如位置反馈、

速度指令等。在电磁环境复杂的情况下，这些控制信号可能会受

到电磁干扰的影响，导致控制系统的不稳定或错误的指令执行。

3 双电机控制器电磁兼容试验设计及台架搭建

3.1 试验设计

鉴于电磁兼容庞大的试验体系，在实际工程应用中，由于预

算及周期的影响，并不需要对零件做全套的试验。本论文根据构

成电子电器部件元器件特性的不同，对零部件做了分类（表 4），

注 ：安装在电动汽车上的高压零部件类型仍按以上要求划分。

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CAN 线、NTC 线束、旋变线束以及油泵 PWM 线束等都有不同程

度的超标。在传导发射电压法测试中，低压电源正负极和高压电

源正负极也有不同程度的超标。辐射发射测试中，P3 电机在转

速 2 229 r/min、负载 75 N · m 的条件下，也有超标现象。测试

结果详见表 6。

双电机控制器在传导发射和辐射发射测试中未能达到标准，

这说明可能存在以下几方面问题。

3.3.1 设计问题

可能存在电路布局不当、搭铁线回路设计不合理以及接口线

路设计不完善等问题。

3.3.2 电磁屏蔽不足

如果双电机控制器的电磁屏蔽设计不足或实施不当，可能需

表 5 测试矩阵

序号 测试项目

电子模块 直流电机 其他 车载充电系统

A AS AM AX AW BM EM D R 充电机 充电枪

1 辐射发射 ● ● ● ● ● ● ● ●

2 传导发射电压法 ● ● ● ● ● ● ●

3 传导发射电流法 ● ● ● ● ●

4 电源线瞬态传导发射 ● ●

5 低频磁场发射c ● ● ● ●i ●

6 自由场抗扰 ● ● ● ● ● ● ● ●

7 大电流注入抗扰 ● ● ● ● ● ● ●

8 低频磁场抗扰 ● ● ●

9 电源线瞬态传导抗扰 ● ● ● ● ● ●

10 控制信号线瞬态传导抗扰 ● ● ● ● ● ●

11 静电放电抗扰

工作模式 ● ● ● ● ● ● ● ●

非工作模式 ● ● ● ● ● ● ● ● ●

远端I/O ● ● ● ● ● ●

12 便携式发射机抗扰 ● ● ● ● ● ●

13 中低频电磁场发射 ● ● ● ●

图 2 台架搭建

测试项 是否

带载 测试点 超标频段 超标频段

标准

超标数

值

CEC传

导测试

电流法

否

KL30/

KL31线束 30.00～70.00 MHz ≤12 dBμA 25 dBμA

CAN线 40.00～70 .00MHz ≤12 dBμA 27 dBμA

NTC线束 30.00～80.00 MHz ≤12 dBμA 42 dBμA

旋变线束

＜20.00 MHz ≤31 dBμA 17 dBμA

30.00～70.00 MHz ≤12 dBμA 25 dBμA

油泵PWM

线束 ＜3.00 MHz ≤42 dBμA 7 dBμA

CEV传导

测试电

压法

低压电源+

6.00 MHz ≤89 dBμV 6 dBμV

30.00～70.00 MHz ≤59 dBμV 10 dBμV

低压电源6.00 MHz ≤89 dBμV 6 dBμV

30.00～70.00 MHz ≤59 dBμV 10 dBμV

高压电源+ 70.00 MHz ≤59 dBμV 1 dBμV

高压电源- 70.00 MHz ≤59 dBμV 1 dBμV

RE辐射

测试 是

外部天线（

连续限值

要求）

水平50.00～60.00 MHz ≤36 dBμV 18 dBμV

垂直50.00～60.00 MHz ≤36 dBμV 25 dBμV

外部天线（

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 双电机控制器传导及辐射测试结果

要 加 强 对 电 缆、 接

口和整个电路板的

屏蔽措施。

3.3.3 搭铁问题

双电机控制器

中的搭铁问题也可

能导致传导发射干

扰， 需 要 检 查 和 优

化 搭 铁 设 计， 确 保

良好的搭铁连通性

和连续性。

3.3.4 不合适的电源

滤波

如果双电机控

制器的电源滤波设

计不合适或电源线电磁兼容性差，就会导致电磁干扰信号通过电

源线传播到其他设备中。可能需要增加电源滤波器、调整滤波器

参数或优化电源线布局。

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031 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

【参考文献】

作者简介 :

李智，本科，工程师，研究方向为电机控制器总体设计。

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[2] GB/T 18655-2018 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载

接收机的限值和测量方法 [S].

[3] 石也 . 纯电动汽车电磁兼容问题分析与研究 [J]. 汽车电器 ,2018(01):1-3.

[4] 贾晋 , 龙云 , 赵鹤鸣 , 等 . 电驱系统带载电磁兼容测试与仿真闭环研究 [J].

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[5] 翟丽 , 杨霜洁 , 胡桂兴 , 等 . 电动汽车电机驱动系统传导电磁干扰建模 [J].

北京理工大学学报 ,2022,42(08):824-833.

[6] 张戟 , 王洪武 , 蔡浩雄 . 电动汽车驱动系统 EMC 仿真研究 [J]. 汽车工

程 ,2014,36(05):580-585.

相互兼容性和符合法规要求。这样可以保证设备的可靠性、安全

性和稳定性，并确保设备对其他设备和环境的影响达到可接受的

范围。

3.3.5 控制电路问题

信号线或数据线的干扰抑制措施不

足、高频信号抑制不良等。可能需要重视

控制电路的设计和优化，以减少干扰信号

的传播和影响。

如果双电机控制器的传导发射和辐射

发射测试结果不达标，需要进行相关的调

试和改进，以满足规定的电磁兼容性要求。

这包括重新设计电路布局、加强电磁屏蔽、

优化接地设计、改善电源滤波和优化控制

电路等措施 [5-6]，以减少干扰信号的发射

和传导，确保双电机控制器在电磁环境中

的正常操作。

4 改进与分析

为了解决以上问题，本文所涉及到的

双电机控制器型号在采取了以下措施。

（1）高压直流添加 LC 滤波。

（2）通过壳体对两个高压功率模块进

行隔离，同时在高压组件和控制板中增加

屏蔽板。 图 3 双电机控制器传导发射电压法测试结果

（3）在 CAN 总线及旋变输入输出侧，添加共模滤波电感。

（4）在电源入口处设置滤波电路。

（5）配置内部电源的 PWM 频率，避开电缆等谐振点。

（6）去耦电容贴近芯片电源处。

（7）采样、PWM 等信号线路进行差分设计。

（8）模拟搭铁和电源独立设计。

采取了以上措施后，再次进行测试，试验结果表明，从

3.00 MHz 的低频段开始一直到 108.00 MHz 的高频段，无论进行

传导发射电流法还是传导发射电压法测试，噪声值都低于限值，

达到了设计目标（图 3）。

5 结束语

电磁兼容性试验可以评估电子电气设备在电磁环境中的工作

特性，减少干扰，确保设备之间的相互兼容性和可靠性。对于车

辆上的电子电气设备来说，电磁兼容性试验可以评估设备在电磁

环境中的抗干扰能力，确定设备的辐射水平，并确保设备之间的

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（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（舟山市 7412 工厂，舟山 316041）

徐立军、范奇达、张文波、应佳舟

摘要 ：柴油发动机上的主轴承盖螺栓，因装配工艺欠优以及服役过程中长期承受交变载荷、冲击载荷，容易发生疲劳失效。本文用断口形貌检查、

化学成分分析、硬度检测、金相检测及非金属夹杂物检测等方法，对受检断裂螺栓进行了全面分析，认为该螺栓失效属多源疲劳断裂。其主要原

因是汽车长期过载行驶，使主轴承盖螺栓在螺纹根部发生疲劳失效。另外，通过分析装配工艺和模拟试验验证，提出了优化方案。

关键词 ：主轴承盖螺栓 ；断裂分析 ；疲劳失效 ；装配工艺 ；过载行驶

中图分类号 ：U464.13 文献标识码 ：A

某柴油发动机主轴承盖螺栓断裂分析与应对措施

0 引言

主轴承盖螺栓作为发动机上的五大关键紧固件之一，连接着

发动机缸体和轴承盖（图 1）。其作用是在发动机工作时，能承受

曲柄连杆产生的惯性力和气体爆发力等复杂交变载荷，保证主轴

快速初判螺栓故障和后续质量问题分析的参考资料，以供行业技

术人员参考借鉴。

1 试验与分析

该 主 轴 承 盖 螺 栓 的 材 质 为 SCM 435 材 料， 规 格 为

M14×118，性能等级为 10.9 级，表面为锰系磷化并上某一型号

防锈润滑油，摩擦系数技术要求为 0.08 ～ 0.14。现场装配采用

扭矩转角法，拧紧工艺为 115.00 N · m+90°。

1.1 外观检查

受检断裂螺栓共 3 件，每个断裂螺栓的断口均已被机油严重

污染，目视无法看清断口特征（图 3）。用适量无水酒精，采用超声

波除油法处理试样 30 min。除油后，试样放在烘箱里烘干 10 min。

预处理后的断口形貌效果如图 4 所示。

图 1 主轴承盖螺栓联接结构示意图

图 2 现场拆检的主轴承盖螺栓断件

图 3 除油前主轴承盖螺栓断件 图 4 除油后的主轴承盖螺栓断件

承盖与发动机缸体之间密封稳

固 [1]。但是任何零部件的寿命

总会受限于疲劳。长期服役条

件下的主轴承盖螺栓，会在某

个或某些高应力部位产生损伤

并逐渐积累，从而出现裂纹萌

生和扩展，以至于最后发生断裂失效 [2]。进而，发动机上的其他

部件也会因此受损甚至报废，可能带来不小的经济损失以及人身

安全风险。

某已上市重型商用车，其柴油发动机上的主轴承盖螺栓出现

偶发性断裂故障，共计 3 件（图 2）。经现场调查得到相关故障信

息 ：车辆在行驶过程中发动机

出现异响，在维修厂对发动机

进行拆检，发现第 2 和第 3 道

主轴盖螺栓断裂，而第 1 道以

及 第 4 ～ 7 道 主 轴 承 盖 正 常。

进一步拆检 1 ～ 6 缸，确定无拉缸、拉瓦现象。该故障汽车的行

驶里程在 9.0 万～ 9.5 万 km。追溯该车服役历史，存在负荷重、

工作强度大的现象，曾有过车辆动力不足的故障记录。

为了查清螺栓断裂的原因，本文对断件进行了详细的分析，

以便采取有效对策对症下药，另外本文也可作为汽车检修时现场

目视检查断裂螺栓（分别标记为 1 号、2 号和 3 号），断口

位置分别为 ：1 号断口位于螺纹收尾处 ；2 号和 3 号断口位于与

缸体内螺纹配合的第一扣螺纹处。3 个螺栓断口都有明显的剪切

唇，与螺栓轴向呈约 45°。其中 1 号剪切唇处的螺纹相对于另外

2 个，存在着轻微的横向受力变形，而断面剩余区域相对比较平整。

所有断面均存在着裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区 3 个区域。另外，

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断裂处的螺纹并未出现颈缩现象。

1.2 低倍检查

采用 NV3 体视显微镜对 3 个断件的断口进行低倍形貌分析。

因 2 号和 3 号断件的断口形貌相近，可任取其一。

经检查，1 号断件的断裂起始于螺纹牙底（图 5），断面的剪

切唇处呈暗灰色 ；其余区域，暗灰色与金属色以接近 1 ：1 的比

1.4 化学成分分析

按照 GB/T 4336—2016《碳素钢和中低合金钢 多元素含量的

测定 火花放电原子发射光谱法》的检测要求，用斯派克直读光谱

仪 MAXx09-A 对断裂螺栓（1 号断件）的化学成分进行分析（表 1）。

检测结果显示，断裂螺栓化学成分符合 Q/BQB 517—2019《冷镦

钢盘条企业标准》中对 SCM435 钢的要求。

1.5 硬度检测

用硬度计对断裂螺栓（2 号断件）的芯部及表面分别进行硬

度测试，测试结果如表 2 所示。检测结果显示，断裂螺栓的硬度

符合 10.9 级螺栓的芯部硬度要求。从表芯硬度与要求比对可知，

螺纹处无增碳。

1.6 非金属夹杂物检测

在 2 号断件靠近断口的螺纹部分纵向取样，试样经粗磨、细

图 5 1 号断件的断口

图 6 3 号断件的断口

例并存。1 号断件的断口呈现大

量的金属色，说明该区域存在

横向位移，发生过较为频繁的

挤压摩擦。图 5 中 A 区为裂纹源，

B 区为裂纹扩展区，因断面间反

复摩擦的作用，贝纹线可见但

已不太明显，从剪切唇与断面

的交界可见贝纹线的大致形状。

C 区为瞬断区，所占面积接近断面的 50%。由瞬断区最大可推断：

与 2 号断件和 3 号断件相比，1 号断件所受轴向力在某一阶段有

一个突增。也就是说，1 号断件的断裂可能晚于 2 号和 3 号断件。

3 号断件的断面形貌显示清晰（图 6）。同样，断裂起始于螺

纹牙底部位。A 区为裂纹源，该

区域可见有明显的金属光泽。B

区（B1 和 B2）为裂纹扩展区，

可见清晰的贝纹线，且贝纹线

的间距随着远离裂纹源而明显

增大。B1 区呈现浅灰色，B2 区

呈现深灰色，且 B2 区的粗糙程

度明显大于 B1 区。C 区为瞬断区。

1.3 电镜扫描分析

用电镜对 3 号断件的断口进行扫描分析。扫描 A 至 B1 区域，

存在清晰的贝纹线。贝纹线以多裂纹源 A 为中心，以相对平直的

弧形向断面芯部扩展（图 7）。扫描 B2 区域，可见很多韧窝，呈

等轴状（图 8）。扫描 C 区，可见很多大小不一的等轴韧窝（图 9）。

综上，断口呈典型的多源疲劳特征，也有表现出一定的韧性，

初步判定螺栓的失效为多源疲劳失效。

图 7 对 3 号断件断口的 A 至 B1 区域扫描

图 8 对 3 号断件断口的 B2 区域扫描

图 9 对 3 号断件断口的 C 区域扫描

成分 C Si Mn P S Cr Mo

断裂螺栓（1号） 0.3520% 0.1680% 0.7560% 0.0077% 0.0016% 1.0500% 0.1910%

评价标准（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 断裂螺栓的化学成分（质量分数）

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磨和抛光后检查，按 GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含

量的测定 标准评级图显微检验法》，实际检验 A 法进行评定级别

（图 10），结果如表 3 所示。检测结果显示，在螺栓螺纹断口处，

不够的。有时装配工艺参数的欠优也会成为螺纹联接提前出现失

效的重要因素之一。通过追溯该故障发动机主轴承盖螺栓的历史

装配记录，可知 14 根螺栓当时的拧紧扭矩值（表 4）。

图 11 1 号断件螺纹牙部金相检测

（50X）

图 12 2 号断件螺纹牙部金相检测

（50X）

图 13 1 号断件芯部组织（500X） 图 14 2 号断件芯部组织（500X）

表 2 断裂螺栓的硬度测试

表 3 断裂螺栓非金属夹杂物检测

图 10 断口附近螺纹处非金属夹杂物检测

测试位置 测试点1 测试点2 测试点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 芯部硬度为32～39HRC，表面不高于芯部

30HV0.3，且表面未高于390HV0.3

检验指标 A类夹

杂物

B类夹

杂物

C类夹

杂物 D类夹杂物 Ds类夹

杂物

级别 未见 未见 未见 0.5级 未见

类型 — — — 细系 —

未发现存在严重的有害非

金属夹杂物以引起螺栓出

现失效。

1.7 金相检测

用金相法观测断件（1

号 断 件 和 2 号 断 件 ）。 对

断裂螺栓螺纹部分纵向沿

直径方向切开，磨抛后检

查。断件螺纹牙型正常，未见其表面不连续性缺陷，螺纹牙底

以圆弧过渡，螺纹处无折叠、无脱碳 , 未发现螺纹表面存在白

色的磷富集层（图 11 和图 12）。断件螺栓的芯部组织正常，为

均匀的回火索氏体组织和极少量的未溶铁素体，等为 1 级（图

13 和图 14）。

2 装配工艺分析与试验验证

为了确保螺纹联接的可靠性，仅仅关注螺栓本身的质量还是

装配

位置

第1道

主轴承

盖/N·m

第2道

主轴承

盖/N·m

第3道

主轴承

盖/N·m

第4道

主轴承

盖/N·m

第5道

主轴承

盖/N·m

第6道

主轴承

盖/N·m

第7道

主轴承

盖/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 主轴承盖螺栓现场装配实际扭矩

表 5 基于实际装配条件下的静态轴向力值

装配

位置

第1道主

轴承盖

/kN

第2道主

轴承盖

/kN

第3道主

轴承盖

/kN

第4道主

轴承盖

/kN

第5道主

轴承盖

/kN

第6道主

轴承盖

/kN

第7道主

轴承盖

/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 中的静态轴力值是无法与表 4 中的拧紧扭矩一一对应的，

但从整体上分析，轴向力和拧紧扭矩的范围已定，对应的实测摩

擦系数范围也就确定了。为了更具说服力，以下通过试验进行模

拟验证。用摩擦系数性能试验机对同批次完好螺栓进行模拟装配，

试验条件依照国标 GB/T 16823.3—2010《紧固件 扭矩 - 夹紧力试

验》，并按 115.00 N · m+90°拧紧。测试结果如表 6 所示。

表 4 中拧紧扭矩的平均值为 226.57 N · m，表 5 中的静态轴

向力平均值在 91.02 kN。从统计学的角度来看，模拟试验测定的

值能较好地再现实际状态，可以确定现场装配的实际摩擦系数在

由表 4 可知，第 2 和第 3 道主轴承盖螺栓断裂。该螺栓的装

配工艺是用扭矩转角法，初始扭矩为 115 .00 N · m，后转角 90°，

对其的监控范围是 180.00 ～ 270.00 N · m。简单分析表 4 中拧

紧扭矩，最小值为 216.00 N · m，最大值为 238.20 N · m。对此，

认为螺栓拧紧扭矩都落在监控区间内，一致性也相对较好。而该

批次螺栓在前期研发验证阶段，用超声波测轴力法测得基于实际

装配条件下的静态轴向力值如表 5 所示。

注：标记*为断裂螺栓。

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图 15 样件 1 拧紧曲线（未过屈服）

0.13 左右。但试验过程中发现，按 115.00 N · m+90°装配，螺栓

可能存在未入屈服的状态（图 15）。

总扭

矩/N·m

轴 向

力/kN

支撑面扭

矩/N·m

螺纹扭

矩/N·m

总摩擦

系数

支撑面摩

擦系数

螺纹摩

擦系数

样件1 219.08 87.98 114.17 104.91 0.13 0.13 0.12

样件2 224.93 90.64 122.90 102.04 0.13 0.14 0.11

样件3 225.68 92.63 111.47 114.21 0.12 0.12 0.12

样件4 217.34 91.64 111.98 105.36 0.12 0.13 0.11

样件5 223.37 91.80 118.38 105.36 0.12 0.13 0.11

表 6 装配工艺下的紧固参数

表 7 优化装配工艺下的紧固参数

总扭

矩/N·m

轴向

力/kN

支撑面扭

矩/N·m

螺纹扭

矩/N·m

总摩擦

系数

支撑面摩

擦系数

螺纹摩

擦系数

样件1 246.57 92.31 127.43 119.14 0.14 0.14 0.13

样件2 246.36 93.45 132.94 113.42 0.14 0.15 0.12

样件3 235.08 93.94 113.13 121.95 0.13 0.12 0.13

样件4 231.95 93.37 119.63 112.32 0.13 0.13 0.12

样件5 239.49 93.56 125.45 114.04 0.13 0.14 0.12

3 断裂原因分析与结论

根据以上试验，可以认定螺栓的断裂属于多源疲劳失效。

从断口的形貌分析，目视检查可见清晰的贝纹线，分布于断

面半径的 1/2 处 ；断裂部位位于与缸体内螺纹配合的第一扣

螺纹处，也就是螺纹受力的第一扣处，该处螺纹承力最大 [4]。

螺栓疲劳源头位于螺纹牙底，该部位是螺栓联接结构中应力

集中最严重的地方 [5]。用电镜分析断口，发现存在典型的疲

劳辉纹。

对螺栓断裂件的检测分析，其化学成分、洛氏硬度以及表芯

硬度比对等指标均未发现异常。螺纹表面也未发现不连续性缺陷。

从金相分析来看，螺纹部分无明显脱碳，显微组织正常，也未发

现严重的非金属夹杂物缺陷。基于以上分析，得出螺栓本身的质

量没有问题，不是本次断裂的主要原因。

从该螺栓的服役工况上分析，主轴承盖螺栓在正常的预紧状

态下，主要受轴向拉伸载荷。但批量螺栓在安装时若散差过大，

个别螺栓存在弹性区拧紧，再加上长期承受曲柄连杆机构产生的

惯性力和气体作用力等复杂交变载荷作用，以及恶劣环境下瞬时

冲击载荷的影响（如在汽车过载行驶情况下经常性急加速），易

出现提前发生松动和疲劳失效的问题。

（下转第 39 页）

图 16 样件 1 拧紧曲线（已过屈服）

而对于螺纹联接的疲劳寿命而言，超弹性拧紧方式的螺纹

联接往往优于弹性拧紧方式，特别是螺栓处在长期承受复杂交

变载荷的环境下。郭卫凡等在《螺栓联接的预紧力与疲劳强度

的讨论》中提出，可以增大螺栓的预紧力来减小螺栓联接的应

力幅，从而能提高螺纹联接的有效疲劳强度 [3]。若不需考虑拆

卸后螺栓的重复使用，则螺纹联接产生的预紧力可以达到甚至

超过螺栓的屈服应力。

出于这方面的考虑，不妨在初始扭矩不变的条件下，增大转

角幅度，由原先的 90°增至 120°，再通过用模拟试验来验证适当

增大转角的结果。为了更好地控制试验变量，本试验可与上文的

模拟装配试验共同进行。螺栓过屈服后拧紧状态曲线如图 16 所示，

试验数据如表 7 所示。

由表 7 中可知，转角的增大一方面会使总扭矩和轴向力的均

值都有所增加，但更是为了改善轴力散差，消除个别样件未过屈服

的状态。比较表 6 和表 7 的数据，轴向力的极差由原来的 4.65 kN

减小至 1.63 kN，明显变小，优化了螺栓拧紧状态的一致性。另外，

优化方案可操作性强，容易实现，也几乎不带来成本的增加。

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036 AUTO DRIVING & SERVICE 2023 . 09

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

（舟山市 7412 工厂，舟山 316041）

陈宣臻、蒋杨英、徐嘉辉

摘要 ：本文针对汽车智能座舱中座椅传动细长丝杆具有冷镦成型困难、结构强度高及传动精度要求高等特点，通过 DEFORM 软件构建 CAE 模型，

对不同的冷镦成型方案进行分析，确定最优的产品成型工艺路线。该研究通过设计合理的螺纹成型方案，保证了产品良好的螺纹精度，实现了电

动座椅平稳传动、无异响。通过现场的工程验证，目前生产的座椅传动细长丝杆，可控制直线度在 0.12 mm 以内，芯部硬度保持在 230HV 左右，

承受轴向拉力 14 kN 以上，螺纹精度达到 10 级以内的标准，满足客户提出的各项技术指标。

关键词 ：电动座椅 ；传动细长丝杆 ；冷镦 ；冲孔

中图分类号 ：U463.83+6 文献标识码 ：A

一种座椅传动丝杆成型工艺研究

0 引言

传统的座椅升降一般都是依靠齿轮和齿条的啮合进行传动，

由于齿数限制，导致座椅在升降高度和升降的精准度上受到了限

制，而齿轮副之间的顿挫感也会使驾乘体验大打折扣。随着新能

源与智能化成为汽车新的发展趋势，汽车消费偏好逐步升级，汽

车座椅被提出了更高的功能性与舒适性要求。

一种由座椅传动丝杆和电机组成的传动机构在此环境下应运

而生 [1]。一方面，丝杆的长度可以通过结构设计进行增加和缩短，

以保证座椅个性化功能的实现 ；另一方面，丝杆的螺距可以灵活

设计，以提升座椅在升降过程中的舒适感以及控制升降速度。另

外，相同的电动座椅，采用梯形丝杆传动相对于齿轮齿条传动更

加平稳，且座椅整体质量可降低 0.5 kg 左右，实现了汽车座椅的

轻量化需求。

但是，由于座舱空间有限，此类产品结构通常细且长，通过

传统的热处理工艺虽然可以提升螺纹杆的芯部硬度，但同时也容

易发生杆部弯曲现象，而且具有成本高、周期长以及报废率高等

诸多弊端。因此，本文基于 DEFORM 软件对于该类产品的成型

工艺进行模拟分析，通过冷作硬化变形来提高芯部硬度，以替代

传统的热处理工艺方案，从而控制该类传动丝杆产品的生产成本，

降低质量风险。

1 工艺路线确认

丝杆产品结构由带圆孔扁方头部、限位法兰和螺纹杆三部分

组成（图 1）。头部带圆孔扁方与座椅连接并存在一定的转动余量，

螺纹杆与传动螺母连接，电机旋转后带动传动螺母在丝杠螺纹杆

部前后移动，从而实现座椅升降 [2]。该结构具有传动平稳、无异

响及轻量化等优点。

本 文 研 究 的 丝 杆 产 品， 规 格 为 TR7×1.5×195。 其 主

要 技 术 难 点 为 ：① 丝 杆 直 线 度 要 求 0.12 mm ；② 硬 度 要 求

220 ～ 240HV，保证轴向拉力 14 kN 以上 ；③螺纹杆部距限位法

兰面的不完整螺纹长度最大为 4.00 mm ；④丝杆齿形齿向精度要

求 10 级，且保证螺纹无磕碰。

根据图纸尺寸要求（图 2），产品头部扁方宽度为 18.00 mm，

厚度为 5.00 mm，而杆部螺纹规格仅为 TR7，如用 φ11.02 mm

的线径成型，头部与杆部的冷镦变形量达到了 73%，远超于普通

碳钢所能承受的变形程度。目前市场上对于该类产品的生产工艺

多数为：冷镦—冲压—钻孔—车削杆部—精磨杆部—热处理—滚丝。

其中为了保证杆部螺纹精度，增加了 2 道机加工工序，不仅生产

效率低，而且成本也居高不下。

为突破行业技术瓶颈，提高产品竞争力，本研究对于该类产

品工厂设定的工艺路线为 ：头部和杆部丝坯一次冷镦成型—冷挤

图 1 座椅传动丝杆及安装位置

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压头部扁方—冲孔—滚丝，优化工艺从 7 道工序缩减到 4 道工序。

2 技术难点攻关

2.1 冷镦成型

为保证产品质量以及生产效率，本研究首先采用 DEFORM

软件对产品工艺进行 CAE 模拟分析 [3]。虽然从材料的应力分布界

面看到（图 3），局部有应力集中的现象，但只要能匹配到可塑性

较强的材料，头部和杆部丝坯是可以实现冷镦一次成型的。

此，本研究采用冷挤压的方式成型。冷挤压一般都是采用模具型

腔对产品尺寸进行约束，可以有效保证头部尺寸的稳定性。而该

产品的另一难点在于扁方上定位孔的成型。一般座椅传动丝杆上

的定位孔分为光孔、螺纹孔和方孔等形式，本文主要研究的是光

孔结构的冲压成型。

对于这类定位孔，为了实现座椅传动时无异响，内孔公差需

要控制在 0.07 mm 以内。研究发现，如果采用普通的钻孔方式成

型，钻孔后不仅需要通过后续的铰孔来保证内孔精度（图 4），而

且生产节拍也无法满足大批量生产的需求。因此，采用冲孔的成

型方式更加符合实际。

图 2 座椅传动丝杆尺寸要求

图 3 冷镦变形应力分布结果

图 4 钻孔成型的内孔

图 5 内孔异常产品

通过对材料的延展性对比分析，本研究最终选择了具有较高

可塑性的硼钢作为原材料进行试验。初步验证后发现，产品在冷

镦成型后，丝坯表面存在不同程度的拉伤，说明该材料勉强可以

满足生产需求，但是对于连续生产仍然具有一定的风险。为了使

产品能够实现批量生产，在多次的生产验证中发现，通过细化原

材料晶粒以及增加冷镦模具表面的润滑处理，可以解决产品成型

过程中杆部及模具的拉伤问题。

由于客户对于产品杆部硬度有 220 ～ 240HV 的要求，本研

究在现有工艺的前提下，通过微调产品成型的冷镦变形量以及原

材料的硬度，使产品通过冷作硬化的作用，将杆部的芯部硬度

控制在 230HV 左右。这样，不仅减少了 1 道热处理强化的工序，

也解决了热处理后杆部弯曲变形的难题，有效控制了杆部直线度

0.12 mm 的要求。

2.2 冲孔成型

行业中对丝杆头部扁方结构常用的成型方式是冲压，但是冲

压成型的产品精度较低，在尺寸的一致性方面无法得到保证。因

通过分析产品结构尺寸，发现由于丝杆头部扁方厚度为

5.00 mm，宽度为 18.00 mm，孔径为 φ12.00 mm，意味着圆

孔周围剩余的材料宽度仅为 3.00 mm。如果采用普通的冲压模

具，会导致冲压成型时头部被压溃、圆孔直径超差以及光亮面

不足影响装配等不良缺陷（图 5）。

对此，本研究开发了一套具备冲孔成型的精冲模具。为了不

让圆孔成型时头部被压溃，可以通过在冲压模上增加预夹紧工装，

使得产品扁方面先接触模具，再由模具内部的冲头进行圆孔冲压成

型。通过上下模具对头部进行预压紧，冲孔成型时周围的材料无法

向两侧流动，扁方面压溃的现象得到了有效解决。同时，内孔冲压

后产生的撕裂带光亮面可以保持在 55% 以上，满足客户图纸要求

（图 6）。这样，在普通冲床下就实现了精冲的效果，相对于数控车

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床钻孔而言，不仅提高了生产效率，同时更好地保证了内孔精度。

2.3 滚丝成型

由于座椅传动丝杆属于传动件，螺纹尺寸如果有较大波动，

会导致座椅的异响或颠簸，从而影响驾乘体验。因此，这类丝杆

的螺纹设计精度一般控制在 10 ～ 40 μm。

一般的传动丝杆由于应用场合不同，有车削加工 [4]、铣削加

工和磨削加工等不同的螺纹加工工艺。但是汽车座椅传动丝杆的

规格一般都在 TR10 左右，机加工梯形螺纹的生产效率低，无法

满足大批量生产的需求，所以本研究采用滚丝成型工艺加工传动

丝杆的螺纹。但是，在产品开发过程中发现，市场上的滚丝设备

配备的滚丝轮最大装配厚度为 150.00 mm，小于 150.00 mm 的

丝杆可以通过定滚成型。而杆部长度超过 150.00 mm 时，普通

的滚丝设备无法满足定滚的成型条件，必须采用串滚工艺或通过

增加设备型腔深度来保证螺纹成型。

通过串滚工艺的试制，虽然可以满足长杆螺纹的成型条件，

但串滚一根丝杆的时间需要在 30 s 以上。而且由于丝杆头部法兰

限位面的存在，会导致根部的不完整螺纹长度至少保持 6.00 mm

以上，使得对手件无法顺利装配至法兰限位根部。这种情况下需

要增加额外的车丝杆根部的退刀槽工序才能保证正常装配，不仅

增加了加工成本，同时还提升了退刀槽处应力集中的风险，增加

了安全隐患。

通过对客户端产品进行归类分析，发现该类座椅传动丝杆长

度集中在 200.00 mm 以下。为此，经与滚丝轮设备厂家技术沟通，

专门设计定制了一款加长版滚丝机，配备 100 t 的挤压力和伺服

电机传动系统，同时将滚轮厚度增加到了 200.00 mm。该设备满

足 200.00 mm 以内座椅传动丝杆定滚成型的条件，并且控制尾

部不完整螺纹长度在 4.00 mm 以内（图 7）。

另外，在生产过程中发现，对于杆部长度大于 150.00 mm

的座椅传动丝杆，相同的丝坯尺寸，产品中段跨棒距要大于前后

两段。该现象导致座椅在传动时中段电流过大，会增加座椅调节

时的顿挫感。通过对滚丝轮成型工艺的了解，发现滚丝轮生产厂

家为了降低加工成本，一般采用先软料磨制，再通过热处理提高

硬度的加工方式。这种工艺对于高度在 80.00 mm 以内的滚丝轮

不会有太大的影响，但是对于 200.00 mm 厚度的滚丝轮，会造

成热处理后滚丝轮变形，进而导致产品杆部尺寸发生变化，影响

装配性能。对此，要求滚丝轮生产厂家选用进口材料，控制滚丝

轮硬度在 58 ～ 62HRC，采用德国高精度磨齿机加工，同时固化

加工工艺为先热处理后磨削，从而保证螺纹高精度要求。采用该

定制款设备加工，定滚一根丝杆的平均时间为 5 ～ 6 s，加工周

期相比串滚缩短 5 倍以上，效率提升显著。

2.4 螺纹磕碰防护

为保证座椅调节时传动平稳、无异响，客户对螺纹的防护提

出了很高的要求。由于汽车座椅丝杆不经过热处理，表面硬度较低，

容易发生磕碰损伤。为了保证螺纹成型后，产品在运输和超声波去

油清洗过程中不发生磕碰，本研究开发了一款集运输和清洗功能于

一体的专用工装 [5]。该工装采用镂空设计，使用耐高温材料制造（图

8）。将滚丝成型后的产品放入工装，运输至超声波清洗工位进行清

洗，既能满足产品较高的清洁度要求，又保证了产品在运输和清洗

过程中无重复搬运，更好地起到了螺纹防护作用。

图 7 串滚与定滚产品状态对比

图 8 清洗运输工装

图 6 内孔正常产品

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（上接第 35 页）

4 应对措施

为了有针对性地改善螺栓的使用寿命，提高螺纹联接的疲劳

强度。本文提出以下几点建议。

第一，对于整车配套（OEM）来说，优化装配工艺，增加

转角至 120°，使螺栓都能在塑性区拧紧，轴向预紧力的分布更

加集中。但还未解决的问题是，只凭有限次数的实验数据是远

远不够的。后续需要现场装配的再次验证和对线上装配数据的

长期监控。

第二，对汽车维修厂来说，车辆每次运行 9 万～ 10 万 km

进行二级保养时，应对发动机主轴承盖螺栓进行检查，确认残余

扭矩和外观状态。对于残余扭矩不足，能做到及时复拧加固。外

观检查时，对于拆卸下来的螺栓，应注意螺栓的头部、导向部分

以及螺纹各处是否有裂纹或凹痕，螺纹的牙齿形状是否异常。若

有异常情况，应及时更换原装新件。而且，螺栓拧紧因已过屈服点，

螺纹已发生塑性变形，因此在发动机维修保养时，应注意该螺栓

拆卸后再次使用的次数不能超过 2 次。

【参考文献】

作者简介 :

徐立军，本科，工程师，研究方向为紧固件产品的检测和失效分析。

[1] 刘建 . 基于扭矩转角法的发动机主轴承盖连接螺栓装配工艺的实验研究

[D]. 重庆 : 重庆大学 ,2019.

[2] 徐阳 , 阳光武 , 杨龙 , 等 . 螺栓连接松动与疲劳失效研究 [J]. 铁道车

辆 ,2022,60(04):9-14.

[3] 郭 卫 凡 , 唐 文 良 . 螺 栓 联 接 的 预 紧 力 与 疲 劳 强 度 的 讨 论 [J]. 科 技 视

界 ,2013(23):65-66.

[4] 陈政果 , 古忠涛 , 陈薄 , 等 . 某柴油发动机主轴承盖螺栓的动力学性能分

析 [J]. 机械设计与制造 ,2019(04):225-229.

[5] 胡丰岩 , 何强 , 周宏根 , 等 . 基于数值模拟的柴油机连杆螺纹联接可靠性

分析 [J]. 组合机床与自动化加工技术 ,2023(07):32-36.

5 结束语

该柴油发动机上的主轴承盖螺栓失效为多源疲劳断裂。因个

别螺栓拧紧后位于弹性区，在高频振动、瞬时冲击的长期作用下，

存在预紧力先衰减后不足的可能，最终导致螺栓的螺纹根部发生

疲劳断裂。这也反映出车辆长期超载使用，会对主轴承盖螺栓的

寿命带来较大的负面影响。

【参考文献】

作者简介 :

陈宣臻，本科，助理工程师，研究方向为拉铆枪转接头、拉铆堵头技术研发。

蒋杨英，本科，工程师，研究方向为汽车紧固件技术研发。

徐嘉辉，本科，工程师，研究方向为战略性新产品开发。

[1] 周树立 , 邓小波 . 车辆运输车丝杆机构设计 [J]. 大众科技 ,2018(8):53-56.

[2] 杨美程 , 杨益钧 , 丁宁 . 基于 AVR 单片机和 LabVIEW 的丝杆步进电

机运动控制系统 [J]. 科技创新与应用 ,2017(23):11-12.

[3] 王景 , 史亚贝 . 基于 ANSYS 的丝杆应力和变形分析 [J]. 宁波职业技术学

院学报，2016(4):105-108.

[4] 费美扣 , 王元生 . 车床尾座丝杆的数控车削加工工艺分析 [J]. 机械制造

与自动化 ,2019(6):150-151.

[5] 王友斌 , 王慧 . 丝杆螺杆铣床自动上下料装置设计 [J]. 机械制造与自动

化 ,2021(5):59-61.

3 产品验证

通过客户端现场装配验证，本研究生产的座椅传动丝杆，在

传动性能、传动精度以及产品结构强度上均满足设计和使用需求。

另外，头部和杆部丝坯冷镦一次成型和定滚螺纹成型的生产工艺

具备批量生产的可行性，为产品的可持续发展提供了保障。

4 结束语

本文通过对座椅传动丝杆进行三维建模分析及生产验证，得

出如下结论。

（1）在选用硼钢等可塑性较强的原材料基础上，通过细化

晶粒、选择合适的模具表面润滑处理等方式，可以将变形量高达

73% 的产品实现冷镦成型。同时，通过优化冷镦成型工艺方案，

结合冷作硬化的作用，实现不通过热处理也可满足芯部硬度控制

在 220HV 以上，降低热处理后长杆螺纹直线度超差的风险。

（2）在内孔成形方面，通过设计合理的冲孔成形模具，可以

在普通冲床下实现精冲的效果。与数控车床钻孔相比，效率更高，

精度更好。

（3）通过定制加长版滚丝机和滚丝轮，可以更好地保证螺纹

精度，满足更高要求的不完整螺纹长度，对其他传动类型的产品

精密生产有一定借鉴作用。

（4）对于客户提出的严苛的螺纹防护需求，可以通过定制与

产品结构相匹配的专用工装，来降低运输、清洗等过程中发生螺

纹磕碰的风险。

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