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2022.12 总第 545 期 每月 10 日出版

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维修笔记│REPAIR NOTES

广汽本田车系故障诊断笔记（33）

故障排除│TROUBLE CLEARING

东风日产奇骏车型故障3例

2021年产一汽奔腾B70起动后为何挡位无法切换

北京现代名图轿车故障2例

学术│ACADEMIC

汽车发动机缸体起动机安装面的加工质量提升

汽车速度表、里程表校正作业过程的误差及其影响分析

基于GPF温度传感器的量产车评估测试方法研究

基于有限元的某汽油机排气歧管隔热罩NVH优化

基于储氧率模型的三元催化器失效故障监测研究

基于汽车零部件尺寸精度数字化管理模式研究与应用

002

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011

维修笔记

REPAIR NOTES

002 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

文 ：嘉阳

广汽本田车系故障诊断笔记

  维修人员在日常工作中，常会与一些新奇故障不期而遇。这些故障时而令人感到异常棘手，时而让人兴奋

不已，它们在考验人的同时，也让其技术水平得到提高。如果人们能养成一种习惯，及时记录下故障的一些重

要信息，就能为今后的工作带来极大便利。笔者结合自己工作中遇到的实际问题，通过对故障现象、特点和形

成机理的深入剖析，旨在总结出一些即符合本人特点，又能行之有效的诊断方法。笔者以为这不失为一条提高

技术的途径，希望通过自己的这些切身体会来与大家分享汽车故障诊断的思路。

33

故障 66

关键词 ：右侧碰撞传感器、SRS

单元、校准

故障现象：一 辆 2020 年 产广汽 本

田雅阁轿车，搭载 1. 5T 直喷 发动 机 和

C A 2 A 型 无 级 变 速 器 C V T， 行驶里程

5 181 km。用户打电话反映仪表板上的

安全气囊灯点亮，而且这已经是近一个

多月发生的第 3 次。前 2 次都到店检查过，

并且第 2 次到店后维修人员清除故障码

后就恢复正常。现在安全气囊灯再次点

亮，用户以自己家太远而且工作太忙为

由，要求店里上门维修。

检查分析 ：查询之前的维修记录得

知，该车确实因为安全气囊灯点亮来店

维修过 2 次（图 283），用 HDS 检测均是

出现故障码“B0097-92——右侧碰撞传

感器（第二个）内部故障”。当时维修人

员清除故障码后多次试车，故障灯都不

再点亮。本次故障重现距上次约 1 个月。

本次 接车的维 修人 员与用户沟通，

用户表示所在地区没有 4S 店，自费到周

边修理厂检测，检测出故障码为 B0097-

92，而且无法清除。用户担心安全气囊系

统存在安全隐患，于是不敢再开车，并

强烈要求上门一次解决问题。

根据故障码诊断流程（图 284），首

先需要排除右侧碰撞传感器（第二个）线

束插接器接触不良的可能性。因为用户

那边的修理厂不敢轻易动手，为避免浪

费大量人力物力到现场，维修人员通过

视频教学的方式远程指导用户当地的维

修人员插拔了右侧碰撞传感器（第二个）

的线束插接器，确认插接器连接正常。

根据用户反馈以及对故障现象的确

认，该故障属于间歇性故障。对于间歇

性故障，首先需要准确了解故障部件的

大致位置和功能。故障码所指向的右侧

碰撞传感器（第二个）位于右后座椅侧的

钢板上（图 285），其功能是检测横向车

辆的碰撞力度。当碰撞传感器内部的 G图 285 右侧碰撞传感器（第二个）

图 283 第 2 次安全气囊灯点亮 图 284 故障码 B0097-92 的诊断流程

维修笔记

REPAIR NOTES

003 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

作用力（冲击力）传感器检测到碰撞时的

撞击力超过了预设阀值，它会转变为电

子信号，这些信号可以将侧面碰撞产生

的撞击力输入各侧面碰撞传感器和 SRS

单元中的侧面碰撞 G- 传感器。如果 SRS

单元内的微处理器判断侧面碰撞传感器

输出的信号超过预设阈值，且 SRS 单元

内的侧碰撞 G- 传感器输出也超过预设阈

值时，从微处理器传递给触动电路的动

作信号可展开侧安全气囊、侧窗帘式气

囊和座椅安全带张紧器（图 286）。

查 看 SRS 系 统 电 路 图 可 知（ 图

287），右侧碰撞传感器（第二个）通过 2

条线（粉色和蓝色）连接到 SRS 单元的

B44 号和 B45 号端子。由于是间歇性故

障，虽然怀疑有线束接触不良的可能性，

但 从 B0097-92 的诊断 流程 来看，基 本

排除线路故障的可能性，重点应考虑右

侧碰撞传感器（第二个）和 SRS 单元故

障的可能性。这可以通过互倒可疑故障

零件的方法争取重现故障，以达到缩小

故障范围的目的。

确定维修思路后，维修人员带上已知

良好的右侧碰撞传感器（第二个）和 SRS

单元到达与与用户约定的地方。维修人员

起动发动机，确认安全气囊灯处于一直点

图 286 侧安全气囊和侧窗帘式气囊展开过程

图 287 SRS 系统的电路图（部分）

图 288 左前碰撞传感器位置

亮状态 ；用 HDS 检测，确认存在故障码

B0097-92 且无法清除。断开蓄电池连接

线等待 3 min 以上，准备拆装侧面碰撞传

感器（第二个）。该车侧面碰撞传感器有 4

个，布置位置如图 288 所示。

将后排座椅侧装饰件撬开一个缝

隙，拆下右侧碰撞传感器（第二个）并

用携带来的已知良好的配件替换后（图

289），安装所有拆卸的部件，打开点火

开关，使用 HDS 检测到故障码依旧显示

B0097-92 故障码。由此排除右侧碰撞传

感器（第二个）内部故障的可能性。

将车 辆点火 开关转为 OFF（LOCK）

模式，断开蓄电池连接线，等待 3 min

以上，拆下中央扶手箱，替换一个已知

维修笔记

REPAIR NOTES

004 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

良 好 的 SRS 单 元（ 图 290）。 安 装 所有

拆卸的部件后，起动发动机后发现，虽

然仪表板上的安全气囊灯熄灭了，但是

VSA 指示灯、VSA OFF 指示灯和胎压监

测系统指示灯却同时点亮（图 291）。到

此基本确认安全气囊灯亮是由于 SRS 单

元内部故障导致，确认已找到故障点。

故障排除 ：更换 SRS 单元后，故障

码 B0097-92 可以清除，但又检测到新的

故障码“B2848-54——车辆水平位置校

准未完成”。按照维修规范，用 HDS 校

准所有传感器（记忆偏摆率 - 加速度中间

位置）后（图 292），再进行行人碰撞传

感器校准（图 293）。完成后起动发动机，

仪表板上的多个指示灯不再点亮，恢复

正常。关闭发动机，将车辆点火开关转

为 ON 模式，检查并确认 SRS 指示灯点

亮约 6 s 然后熄灭。使用 HDS 的健康检

图 292 校准记忆偏摆率 - 加速度中间位置

图 293 校准行人碰撞传感器

图 291 更换 SRS 单元后多个故障灯点亮 图 294 SRS 单元更换操作规范

图 290 更换 SRS 单元

图 289 拆卸右侧碰撞传感器（第二个）

查功能检测（检查所有故障码），未发现

任何故障码，确认故障排除。后经客户

长期跟踪用户反馈，该故障不再出现。

回顾总结：该车故 障码为“B0097-

92——右侧碰撞传感器（第二个）内部故

障”，而对于这种传感器内部故障的故障

码，线束故障的可能性微乎其微。因为

如果是线路故障，那么线路就应该存在

异常的电阻值，这就需要以下条件 ：线

路出现断路，在断路处又被某种带阻值

的导体所连接。比如线束断路后接触到

非纯净的水、插接器进水腐蚀以及传感

器搭铁腐蚀接触不良等情况下，会导致

线路存在异常的电阻值。

所以对于此类故障码，只要线路或

部件附近没有异常情况，基本可以排除

线路故障的可能性。这样可以快速缩小

故障范围，尽快进入部件互倒环节。

对于现在的新款车型，更换 SRS 单元

后，仪表板可能会亮起很多故障灯。这并

不是故障，而是 SRS 单元内部集成功能

所对应的传感器需要进行校准学习。比如

本案例中，更换 SRS 单元后需要进行记忆

偏摆率 - 加速度中间位置（所有传感器校

准）学习和车辆水平位置校正（图 294）。

（待续）

故障排除

TROUBLE CLEARING

005 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

文 ：陈元钦

东风日产奇骏车型故障 3 例

故障 1

关键词 ：进气可变正时执行器

故障现象：一 辆 2022 年 产 东 风

日产奇骏运动型多功能车（SUV）， 搭

载 1.5T 发动机和模拟 8 挡无级变速器

（CVT）， 行驶里程 1 843 km。该车冷车

起动冒黑烟、仪表板上显示“起停系统

错误”且发动机故障灯点亮而报修。

检测分析 ：据用户反映， 该故障出

现与时间、地点以及天气无关 ；无事故

履历 ；每次都是先显示“起停系统错误”

后 1 ～ 2 天才点亮发动机故障灯。而且

该车因为该问题在前一天到店检查，接

车人员检测到故障码“P0300——多缸

失火”，因为是历史故障码，而且该车基

本属于新车，因此维修人员将故障码清

除后，建议用户继续使用观察。

维修人员接车后起动发动机，发现

仪表板上发动机故障灯点亮，同时提示

“起停系统错误”（图 1）。用故障诊断

仪检测， 依然存在故障码 P0300。查看

数据流读取失火次数 ：1 缸 1 次 ；2 缸 0

次 ；3 缸 9 次 ；4 缸 10 次。根据故障现

象以及检测到的故障码，故障可能原因

有以下几点。

（1）因火花塞或点火线圈故障导致

的点火不良。

（2）因燃油品质问题、燃油压力不

足等，导致喷油器堵塞或者喷油雾化不

好，引起燃烧不良。

（3）因进气歧管漏气、EGR 阀漏气

或 EGR 阀的散热器漏防冻液、碳罐电磁

阀漏气以及制动真空助力器单向阀故障

等，导致发动机工作不良。

（4） 因为加装电子设备引起发动

机 控 制 单 元 及 相 关 线 束 故 障， 进 气 可

变正时控制单元或进气可变正时执行

器故障等。

（5） 发动机正时故障造成的缸压

不足。

按照上述分析， 拆下火花塞、点火

线圈和喷油器检查，未发现异常，缸压

经测量在正常范围。经用户反馈，该车

一直在正规加油站加油，检查油箱的存

油没有异常。为了排除隐患，清洗喷油器、

节气门和进气道，更换了汽油后，多次

冷车起动发动机，依然出现排气管冒黑

烟，并间歇性出现“起停系统错误”的

故障提示。

用正常同款车型的喷油器继电器、

高压油泵继电器、高压油泵、发动机控

制单元（ECM）、进气可变正时控制单元、

进气可变正时执行器、进气歧管总成、

进气压力传感器、EGR 阀及炭罐电磁阀

等分别替换故障车相应的配件，故障依

旧。根据技术通报，曾有奇骏因为 EGR

阀泄漏防冻液进入进气歧管，导致多缸

失火的故障。维修人员对 EGR 阀散热器

加压测试，无泄漏防冻液现象。检查发

动机线束 F172 和 F173 搭铁点及线束的

导通性均正常。

为了继续确认故障点， 维修人员

又将其他所有可能与故障有关联的部

件， 如点火线束、低压油泵、空燃比

传感器、空气流量传感器、曲轴位置

传感器、曲轴箱通风阀、智能配电模

块（IPDM）以及空气滤清器等， 都与

正常车辆进行了替换试验， 结果依然

没有发现故障点。

难道之前的检查中还有什么疏漏的

地 方？维 修 人 员 梳 理 之 前 的 检 查 过 程，

结合维修资料发现，该车搭载的是国六

发动机，与之前的国五发动机相比，增

加了 EGR 控制阀， 碳罐电磁阀的控制

也有所区别（增加了压力传感器）。另

外可变正时系统在进气侧改为了电机控

制。之前的检查过程虽然对进气可变正

时控制单元以及进气正时执行器做了替

换试验，但是进气可变正时执行器电机

并没有检查。

思考到这里，维修人员驾驶故障车

辆行驶一段时间，待发动机热机后停车

熄火，断开进气可变正时执行器电机的

线束插接器。待发动机冷却后再次起动，

故障未再现。与正常车辆对调进气可变

正时执行器电机，反复试车，故障没有

出现。

故障排除 ：更换进气可变正时执行

图 1 仪表板上的故障提示 器电机，故障彻底排除。

故障排除

TROUBLE CLEARING

006 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

故障 2

关键词 ：OBD 诊断接口、TCM

故障现象 ：一辆 2017 年产东风日

产奇骏 SUV，搭载 2.0 L 发动机和模拟 7

挡 CVT，行驶里程 8.5 万 km。该车因车

辆无法起动而报修。

检查分析 ：与用户沟通得知， 该车

3 天前因为发动机舱线束被老鼠咬坏后

无法起动。在离家较近的一家修理厂修

复线束后，车辆可以正常起动行驶，但

第 2 天便无法起动，仪表板上多个故障

灯点亮（图 2）。

关线束，无虚接和线路破损现象（图 3）。

将点火开关置于 ON 挡， 用万用表检测

OBD 各个端子的电压，其中，6 号端子

为 CAN H， 测 量 电 压 为 1.39 V ；14 号

端子为 CAN L，测量电压为 1.21 V。对

照维修资料发现，这 2 个端子电压异常。

检查 CAN H 及 CAN L 相关线束， 一切

正常。

以起动。路试发现， 车辆起步缓慢， 低

中速 抖 动， 但 很 难 达 到 80 km/h。 发

动 机 转 速 比 较 高， 急 加 速 保 持 一 会 后

车 速 勉 强 能 达 到 80 km/h， 但 车 速 偶

尔也会突然快速上升。总体试车感受，

类似动力不足问题， 又像变速器打滑。

用 故 障 诊 断 仪 检 测， 所 有 系 统 都 没 有

故障码存储。

与用户沟通得知，上午用车一切正

常，中午车辆突然没电无法起动。想办

法搭电起动后，下午就发现难以加速的

问题，于是到店里检修。

根据故障现象，维修人员分析故障

的可能原因有 ：①蓄电池或充电系统故

障，例如蓄电池损坏或发电机充电异常

等 ；②点火系统故障，如火花塞烧蚀或

点火线圈损坏等 ；③进气系统故障，如

进气量不足，进气或废气泄露 ；④燃油

系统故障，如燃油压力不正确或喷油器

故障 ；⑤传感器故障，如空燃比传感器

或空气流量传感器问题 ；⑥发动机控制

单元故障 ；⑦变速器控制单元故障。

维修人员对车辆检查，发现蓄电池

已经老化损坏，需要更换 ；火花塞间隙

达到 1.35 mm，超过标准值 ；变速器油

也很脏。维修人员更换了蓄电池、火花塞

和变速器油后，故障依旧。对车辆做失速

试验，结果发现 D 挡时失速转速为 2 150

r/min，R 挡 时 失 速 转 速 为 2 113 r/min，

小于标准值（2 520 ～ 2 980 r/min）。由

此 推 断 可 能 原 因 为 发 动 机 动 力 不 足，

变矩器或者单向离合器出现打滑故障

（图 4）。由于变速器系统没有故障码，

不 敢 轻 易 下 定 论， 因 此 重 点 先 诊 断 发

动机系统。

对发动机进行功率平衡测试，每个

缸动力输出均衡。监控车辆运行中的数

图 2 仪表板上多个故障灯点亮

图 3 检查 OBD 诊断接口

故障车被拖回店内后，维修人员起

动车辆，起动机没有反应。用故障诊断

仪检测车辆，发现诊断仪无法进入系统。

根据故障现象，维修人员初步判断故障

可能的原因有 ：起动系统问题，如蓄电

池 或 起 动 机 故 障 ；CAN 系 统 问 题， 如

IPDM、ECM、车身控制单元（BCM）或

变速器控制单元（TCM） 等出现故障 ；

线束问题，CAN 线束或起动线束等出现

故障。

维修人员检测蓄电池电压及冷起动

电流（CCA 值）， 均正常 ；检查起动机，

常电为 12.60 V，正常 ；起动信号无电压

输出。直接给起动机供电，起动机可以

正常工作。

检查 OBD 诊断接口各个端子及相

维修人员怀疑是 CAN 系统某个控制

单元出现问题， 于是采用排除法检测。

分 别 断 开 IPDM、ABS、ECM、BCM 以

及 TCM 的插接器， 同时测量 OBD 的 6

号和 14 号端子电压。当断开 TCM 时，6

号端子电压变为 2.77 V，14 号端子电压

变为 2.23 V，电压恢复正常。检查 TCM

的供电和搭铁均正常，怀疑 TCM 本身有

问题。

故障排除 ：更换 TCM 并做匹配后试

车，车辆顺利起动，故障解决。

故障 3

关键词 ：空燃比传感器、软件

版本

故障现象 ：一辆 2014 年产东风日

产奇骏 SUV，搭载 2.0 L 发动机和模拟 7

挡 CVT， 行驶里程 13.2 km。用户到店

反映车辆行驶抖动并且加速无力，高速

无法超过 100 km/h。

检查分析 ：维修人员接车后试车，

起动发动机时感觉起动电压不足，但可

故障排除

TROUBLE CLEARING

007 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

据流，结果发现空气流量数据、空燃比

数据等出现异常（图 5）。从空燃比传感

器电压偏高的数据可以看出，发动机运

行过程中混合气过浓，造成混合气的不

完全燃烧，这是导致发动机动力下降的

重要原因。

由 于 数 据 流 中 燃 油 压 力 过 高， 怀

疑燃油压力调节器故障， 于是维修人

员 替 换 已 知 正 常 的 燃 油 泵 进 行 测 试，

故障依旧。随后又根据数据流中的异

常数据， 相继替换了一个新的空气流

图 6 空燃比传感器相关电路图

图 7 更换空燃比传感器后数据依然异常

为 2.2 V 左右 ；持续不到 10 s 后空燃比

修正值又恢复到 75%，此时空燃比传感

器电压为 2.49 V（图 7）。这种情况几分

钟变换一次。

此时，维修人员怀疑可能是发动机

控制单元内部损坏导致控制程序出错。

断开发动机控制单元上的 3 个线束插接

器，检查线束和端子都正常。由于之前

已经更换了空燃比传感器，如果再更换

发动机控制单元的话用户不一定能接受。

抱着尝试的心理查询发动机控制单元是

否有可升级的软件程序，结果发现有可

以升级的版本信息。

故障排除 ：将发动机控制单元的

软件由现在的 23710-4BB6A 版本升

级 到 23710-4BB6E 版 本 后 试 车， 用

故障诊断仪查看数据流， 所有数据都

在正常范围， 试车一切正常， 故障彻

底排除。

量计， 拆下喷油器清洗检测， 故障现

象没有改善。

是什么导致空燃比传感器电压异常

呢？根据空燃比传感器相关电路图（图 6），

维修人员检查空燃比传感器 4 号端子的

供电，没有异常，其他线路也无开路或

短路故障。拆下空燃比传感器，测量传

感器的电阻为 2.83 Ω，有些偏高，怀疑

空燃比传感器已经损坏。考虑到该传感

器价格比较贵，于是先清洗后装车测试，

故障依旧。断开空燃比传感器的线束插

接器，结果试车一切正常，这时可以判

断空燃比传感器已经损坏。

由于空燃比传感器没现货，用户先

开车离开， 结果 20 min 后打电话到店

里，反映车辆行驶中突然熄火，熄火后

可 以 正 常 起 动， 但 没 一 会 就 会 再 次 熄

火。故障更加严重，车辆没法再开，于

是维修人员到现场救援，把空燃比传感

图 4 失速异常的可能原因

图 5 检测到异常的数据流

器线束插接器断开，

起动后车辆能够正

常行驶。与用户沟

通 后， 维 修 人 员 将

车开回店内。

新的空燃比传

感 器 到 货 后， 维 修

人 员 更 换 后 试 车，

却发现并没有解决

问 题。 这 时 发 动 机

不 会 自 动 熄 火， 用

故障诊断仪查看数

据 流， 空 燃 比 修 正

值 上 升 到 75%， 怠

速 偶 尔 抖 动。 空 燃

比修正值有时会跳

到 100%，此时空燃

比传感器电压显示

故障排除

TROUBLE CLEARING

008 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

文 ：刘志远

2021 年产一汽奔腾 B70 起动后为何挡位

无法切换

关键词 ：电子换挡控制器、电子

换挡执行器、线性霍尔传感器信号

故障现象 ：一辆 2021 年产一汽

奔 腾 B70 轿 车， 搭 载 1.5T 发 动 机

和 7 挡湿式双离合变速器 , 行驶里

程为 5 011 km。车主反映该车起动

后组合仪表上发动机、自动驻车指

示灯、车辆稳定控制系统故障灯以

及 防 碰 撞 预 警 指 示 灯 点 亮， 并 且 无

法 进 行 挡 位 切 换， 换 挡 手 柄 一 直 显

示 P 挡， 因而拖车进店维修。

检查分析 ：维修人员接车后起动发

动机，发现组合仪表上的确点亮多个故

障灯（图 1）。踩下制动踏板进行挡位切

换时，换挡手柄可以正常操控，但是换

挡手柄挡位及组合仪表的挡位显示一直

都是 P 挡。无法正常进行挡位切换，车

辆自然无法正常行驶。

与传统机械式换挡系统在换挡形式和结

构原理等方面都存在很大的差别。其取

消了机械换挡拉索，换挡信号由电子换

挡 器 通 过 CAN 总 线 发 送 给 ACM，ACM

控制电子换挡执行器完成挡位切换。

ACM 的主要作用有 ：①判断驾驶员

的目标挡位并控制换挡执行器执行规定

的换挡动作，并将执行器位置反馈给变

速器控制单元（TCU）；②接收电子换挡

执行器反馈的挡位信号 ；③接收当前挡

位信号同时向电子换挡器发送接收到的

当前挡位信号，与电子换挡器 CAN 信号

通信 ；④向总线反馈电子换挡系统故障

诊断信号。

该车变速器的 P 挡采用机械棘轮驻

车方式。为实现线控换挡功能，需要在

变速器输出轴上外置换挡执行器，带动

换挡输出轴旋转进行换挡。线控换挡系

统主要由换挡手柄、挡位盖板总成、电

子换挡器总成，电子换挡器支架、换挡

执行器总成、ACM 以及换挡执行器支架

等部件组成。

根据 ACM 引导性故障诊断测试计划

提示，出现故障的可能原因有 ：①电子

换挡执行器内部故障 ；②电子换挡执行

器到 ACM 之间的线路问题 ；③ ACM 内

部故障；④ ACM 的供电及搭铁线路故障。

按照上述分析，维修人员根据电子

换挡系统电路图（图 2）， 首先测量了

ACM 的供电及接地线路。经测量，ACM

的 F24 插 接 器 B15 端 子 始 终 有 12.26 V

的电压 ；F23 插接器的 A6 端子在点火开

关处于 ON 挡时有 12.07 V 电压 ；F24 插

接器的 B16 号端子对搭铁电阻为 0.7 Ω，

说明 ACM 的供电及搭铁线路均正常。

接下来测量电子换挡执行器与 ACM

之 间 的 线 束。分 别 测 量 ACM 的 F24 插

接器 B17、B18、B13、B10、B9 和 B14

图 1 组合仪表故障灯照片

图 2 电子换挡系统电路图

维 修 人 员 用 故 障 诊 断 仪 检 测， 在

电子换挡控制器（ACM）内发现故障码

“P194601—— 霍 尔 传 感 器 相 互 校 验 故

障”。该车装配了电子换挡系统，该系统

故障排除

TROUBLE CLEARING

009 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

端子与电子换挡执行器 F34 插接器的 1

号、2 号、3 号、4 号、5 号和 6 号端子

间 电 阻， 结 果 均 在 0.2 ～ 0.3 Ω， 在 标

准范围（图 3），说明电子换挡执行器到

ACM 之间线束连接良好。

尝试替换已知良好的电子换挡执行

器（图 4），故障依旧。按照维修引导计

划，只有 ACM 没有验证了，但目前店内

没有可以替换的配件，维修陷入僵局阶

段。由于该车属于次新车，用户反应比

较大，要求必须找到故障点。

维修人员重新整理思路， 结合电子

换挡系统的工作原理，决定通过直接测量

ACM 两路霍尔传感器数据的方法，来验证

控 ACM 是否有问题。用故障诊断仪读取

该车 ACM 的数据流，P 挡时线性霍尔位置

传感器电压 1 为 2.29 V 和 2.69 V（图 5），

而正常车辆 P 挡时线性霍尔位置传感器

电压 1 为 4.01 V 和 0.98 V（图 6）。

根据 ACM 各端子含义可知，F24 插

接器的 B9 号端子为线性霍尔位置传感器

2 的信号线，B10 端子为线性霍尔位置传

图 4 替换换挡执行器

图 6 正常车辆 ACM 数据流

图 7 正常车辆线性霍尔位置传感器 2 在 P 挡和非 P

挡时的信号电压

图 8 正常车辆线性霍尔位置传感器 1 在 P 挡和非 P

挡时的线性电压

图 5 故障车辆 ACM 异常的数据流

图 3 F23、F24 和 F34 插接器端子位置及端子含义

感器 1 的信号线。测量正常车辆线性霍尔

位置传感器 2 的信号电压，在 P 挡位置时

为 4.02 V，在非 P 挡位置时为 2.29 V（图 7）；

线性霍尔位置传感器 1 的信号电压在 P

挡位置时为 0.97 V， 在非 P 挡位置时为

2.69 V（图 8）。

根 据 ACM 的 作 用 可 知，ACM 在 判

断驾驶员的目标挡位以及接收电子换挡

执行器反馈的挡位信号，都是通过 2 个

霍尔位置传感器之间信号电压相互校验

确定的。而故障车辆的线性霍尔位置传

感器 1 与 2 在 P 挡或非 P 挡时电压信

号固定为 2.29 V 和 2.69 V， 即在驾驶员

进行目标挡位切换时电压信号无变化。

ACM 接收到反馈信号后，就会向总线反

馈电子换挡系统故障诊断信号，通过组

合仪表点亮故障灯。

由于之前的维修过程已经排除电

子换挡执行器本身、电子换挡执行器与

ACM 之间线路以及 ACM 的供电和搭铁

线路等问题，因此维修人员判断是 ACM

内部问题导致该车故障。

故障排除 ：更换新的 ACM 后反复测

试，车辆故障没有复现，至此故障排除。

故障排除

TROUBLE CLEARING

010 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

文 ：刘志远

北京现代名图轿车故障 2 例

故障 1 ：倒车雷达无故出现异常

关键词 ：倒车雷达、天窗密封、

漏水

故障现象 ：一辆 2016 年产北京现

代名图轿车，搭载 1.6T 发动机和 7 挡干

式双离合变速器， 行驶里程 2.7 万 km。

用户反映倒车雷达出现异常，且故障时

不报警，仪表板有故障指示。

检查分析 ：维修人员接车后试车发

现，反复换入倒挡也未出现用户反映的

倒车系统故障。但从用户提供的视频看，

确实为雷达系统出现了问题（图 1）。由

于故障无法重现，维修人员建议用户将

车放在店内观察几天。

漏水的根源。最终发现天窗密封条处有

漏水痕迹（图 2），怀疑该密封条老化导

致密封不严。

是来店检修。

检查分析 ：与用户沟通得知， 车辆

在行驶中突然出现无转速显示，但此时

发动机能正常行驶。车辆熄火无法立刻

起动，但放置半小时后能起动。该车未

加装任何电器装置。

维修人员用故障诊断仪检测，各系

统无任何故障码存储。询问用户得知，

来店之前先去经常做保养的路边店检修，

所有历史故障码以及与 ESP 系统相关的

故障码都被删除了。这一消息加大了该

车的诊断难度。

维修人员根据故障现象及维修经

验分析，ESP 故障灯点亮与转速表丢失

转 速 这 2 个 现 象 是 有 关 联 的。转 速 表

的转速信息是由曲轴位置传感器传输给

发动机控制单元，发动机控制单元通过

C-CAN 通讯传输给组合仪表，从而由转

速表显示对应的发动机转速。为了防止

误判，维修人员与用户不断试车，结果

（下转第 14 页）

图 3 行驶中无转速且 ESP 故障灯点亮

图 1 仪表板提示倒车雷达系统故障

图 2 天窗密封条老化漏水

维修人员偶尔发现车内有漏水痕迹，

正好前几天下过大雨，考虑故障会不会

与此有关。查看电路图得知，该车倒车

雷达线束与地板线束关联，于是仔细查

看车内，结果在左侧地板线束插接器内

发现积水，该插接器正与雷达线束相连。

在检查线束时由另外一位同事试车换倒

挡，此时倒车雷达出现异常，故障重现。

将雷达线束插接器内的积水清除后

故障消失，但为了防止返修，必须找到

故障排除 ：更换密封条后反复试车，

天窗密封条漏水现象消失。

回顾总结 ：对待偶发故障一定要多

观察，多总结故障规律，如天气或者维

修履历， 这样对故障排除非常有帮助。

最关键的是，该故障一定要找到漏水的

原因，否则肯定会造成返修。

故障 2 ：车辆行驶中突然无转速

显示

关键词 ：转速表、ESP 故障灯、

曲轴位置传感器

故障现象 ：一辆 2017 年产北京现代

名图轿车，搭载 1.8 L 发动机和 6 挡手自

一体变速器，行驶里程 8.6 万 km。用户

反映车辆行驶中无转速显示，同时 ESP

故障灯点亮（图 3）。发动机熄火后无法

起动，放置一段时间后能正常起动，于

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011 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

汽车发动机缸体起动机安装面的加工质量提升

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

黄艺胜、黄保全

摘要 ：本文针对发动机缸体起动机安装面的加工质量问题，从加工工艺、加工刀具等多方面进行分析，确定缸体起动机安装面粗铣加工余量过大、刀具减振棒拧紧力

矩不合格是导致加工质量问题的主要原因。同时提出改善粗铣加工余量、重新调整所有刀具拧紧力矩的优化方案，通过实际生产验证，优化措施可行，使发动机缸体

起动机安装面的加工质量得到了有效提升。

关键词 ：发动机缸体 ；起动机安装面 ；粗铣 ；精铣 ；崩刀 ；振纹

中图分类号 ：U463.13 文献标识码 ： A

0 引言

近年来，随着人们对汽车产品质量要求的不断提高，“精益

制造，降本增效”已然成为全球汽车制造业的重要课题。尤其是

在汽车动力总成部件的一些关键零部件，一旦出现粗制滥造的情

况，不仅会影响产品的美观性，还会影响到动力总成的安全性与

可靠性，并最终影响汽车的使用寿命［1］。

发动机缸体作为发动机的重要组成部分，其起动机安装面（下

文简称电机面）加工是缸体加工中的重要一环。电机面加工异常

可能会引发设备异常振动及噪声的情况发生，甚至会最终影响到

起动机的安装，以及发动机飞轮与起动机之间齿轮啮合的效果 [2]。

本文通过对现有发动机电机面常见加工质量问题进行分析，找到

主要影响因素 , 提出问题解决措施并对效果进行了验证，有效减

少因电机面加工异常导致的起动机与飞轮齿轮啮合问题。

1 电机面常见加工质量问题

1.1 电机面加工崩刀问题

2020 年 9 月—2021 年 4 月，笔者工厂在使用供应商新制模

具铸造的缸体毛坯（下文简称新毛坯）后，频繁出现电机面粗铣

刀具崩刀及刀具寿命降低等问题，造成刀具异常消耗及工件返修

或报废成本浪费。经现场测量，新毛坯电机面加工余量平均值为

5.86 mm，此前旧模具铸造毛坯（下文简称旧毛坯）电机面加工

余量平均值为 3.50 mm。

1.2 电机面加工振纹及刀痕问题

笔者工厂发动机缸体电机面精铣加工时，如果刀具处于寿命

末期阶段，电机面会概率性产生刀痕或振纹问题。问题严重时，

会使电机面轮廓度、平面度及粗糙度超差，即不符合加工工艺图

纸要求。该问题造成一定程度的返修费用、工件报废成本损失及

刀具成本损失。

2 电机面加工工艺

2.1 电机面加工工艺及要求

笔者工厂生产的这款发动机，其缸体电机面（#297 面）

位于大端面大耳朵处（图 1）。电机面加工工艺要求面轮廓度

为 0.5，粗糙度为 Ra6.3，肩部轮廓度为 1.0，垂直度为 0.45，

图 1 发动机缸体起动机安装面

图 2 缸体电机面加工 A-B-C 基准卧式夹具

平面度为 0.1。

电机面在缸体线粗

加 工 单 元 OP40 分 两 道

工 序 加 工， 分 别 是 粗 铣

和 精 铣， 加 工 刀 具 刀 号

分别为 T22036（粗铣刀

具）和 T22038（精铣刀

具 ）。 所 有 数 控 机 床 均 为

B 轴夹具的四轴加工中

心， 电 机 面 加 工 过 程 有

以下几个步骤。

（1）员工将待加工工

件推入机床到位，工件通

过一面两销定位，目的是

保证设计、加工及测量基

准一致（图 2）。

（2）粗铣电机面时，

B 轴旋转角度使电机面正

对主轴，工件沿 Z 轴向主轴移动到位。粗铣加工至距离 B 基

准 312.10 mm 处 , 精 铣 加 工 至 距 离 B 基 准 312.80 mm 处，

精铣余量为 0.70 mm（图 3）。

（3）电机面加工完成后，工件 Z 向移动回到原位，刀具离开

工件表面，收刀。

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012 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

2.2 电机面加工刀具及相关参数特性

（1）粗铣刀具 T22036 为 8 齿硬质合金面铣刀具，加工转速

进给为 S325F632。刀具本身自带减振棒，且刀具自身较长较重，

对设备主轴同轴度及刀具跳动要求较高。

（2）精铣刀具 T22038 为 12 齿硬质合金面铣刀具，其中包

含 10 片粗刀片及两片精刀片，加工转速进给为 S256F510。刀具

本身自带减振棒，且刀具自身较长较重，对设备主轴同轴度及刀

具跳动要求较高。

3 电机面加工质量问题分析

3.1 电机面加工崩刀原因分析

3.1.1 图纸理论加工余量计算分析

根据设计图纸计算理论加工余量如下 ：

理论加工余量 = 加工后电机面到 B 基准距离 - 电机毛坯面到

B 基准距离

已知精铣后电机面到 B 基准距离为 312.80±0.25 mm。根据

图 4 可计算电机毛坯面到 B 基准距离。

电 机 毛 坯 面 到 B 基 准 距 离 =330.30±0.05-（170.90±0.40-

149.40±1.20）=308.8±2.10 mm

理论加工余量 =312.80±0.25-308.8±2.10=4±2.35 mm

电机面的拔模斜度 1.5°，外侧与内侧相对电机孔中心高

度差约为 1.00 mm，因此理论上电机面外侧的加工余量为

3±2.35 mm，内侧 5±2.35 mm。

根据实测新毛坯电机面加工余量平均值为 5.86 mm，小于图

纸设计理论加工余量最大值 7.35 mm。即新毛坯电机面加工余量

比旧毛坯电机面加工余量大，但符合图纸要求。因此加工余量不

是造成异常崩刀的主要原因［3］。

3.1.2 工艺对比分析

本司有 4 个生产该发动机缸体的发动机工厂，除发现问题的

笔者所在工厂（以下简称笔者工厂）外，还有其他 3 个工厂（暂

分别命名为 A 工厂、B 工厂和 C 工厂）。这 4 个发动机工厂的缸

体毛坯供应商一致。将问题工厂与其他 3 个工厂进行缸体电机面

生产工艺对比，发现差异如下（图 5）。

图 3 精铣加工余量

图 4 电机面加工尺寸链

图 5 各工厂电机面加工情况对比

（1）粗铣刀崩刀问题在问题工厂频繁出现，但在 A、B、C

这 3 个工厂未出现过。

（2）通过对电机面加工余量测量数据对比，问题工厂加

工余量数值最大。A 工厂比 C 工厂新毛坯电机面加工余量大

0.11 mm， 差异原因可能是毛坯面测量方式、位置不可控，可

以忽略不计。

（3）对刀具结构对比发现，笔者工厂、A 工厂和 C 工厂使用

直径均为 150.00 mm 的刀盘；B 工厂使用直径 190.00 mm 的刀盘。

刀盘直径越大，加工稳定性越高，但刀盘成本也越高。

（4）对比粗铣加工余量的差异发现， A 工厂及 C 工厂在使用

同样刀具前提下，新毛坯精铣余量比笔者工厂多 0.25 mm，即粗

铣余量比笔者工厂少 0.25 mm。所以该差异是要因（B 工厂刀盘

直径不同，暂不加入对比分析）。

根据以上分析可知，造成笔者工厂粗铣加工中崩刀频繁的工

艺原因为，电机面粗铣加工余量过大，加工负荷过高，导致刀具

加工异常崩刀。

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013 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

3.1.3 数控机床设备分析

经检查，设备主轴跳动、拉刀力、丝杠磨损、液压油缸压力、

定位面平整度及高度等均正常。而且笔者工厂的 4 条缸体生产线均

有同样的问题产生，且问题不是批量产生，所以设备问题为非要因。

3.1.4 加工刀具情况分析

根据刀具工程师反馈，粗铣刀具入厂以来，从未检查过减振

棒固定螺钉拧紧力矩。工程师拆解粗铣刀具后实测，减振棒固定

螺钉拧紧力矩为 120 N · m，而刀具供应商内控指标要求拧紧力

矩要大于 125 N · m。减振棒固定螺钉拧紧力矩不合格，会造成

粗铣加工过程中刀具跳动异常，影响加工的稳定性。所以粗铣刀

具减振棒固定螺钉拧紧力矩不合格是要因。

3.2 电机面加工振纹及刀痕问题原因分析

3.2.1 工艺对比分析

对比 A、B、C 工厂可知，在同样刀具结构前提下，笔者工厂

电机面精铣余量最小，即精铣加工负荷最小。所以精铣余量非要因。

3.2.2 数控机床设备分析

笔者工厂的 4 条缸体生产线均有同样的问题产生，且振纹及

刀痕问题不是批量产生，所以非要因。

3.2.3 加工刀具情况分析

根据刀具工程师反馈，精铣刀具入厂以来，从未检查过减振

棒固定螺钉拧紧力矩。拆解精铣刀具后实测，减振棒固定螺钉拧

紧力矩为 120 N · m，而刀具供应商内控指标要求拧紧力矩要大于

125 N · m。减振棒固定螺钉拧紧力矩不合格，会造成精铣加工过

程中刀具跳动异常。而在精铣刀具寿命末期，精铣刀片磨损量较大，

而加工过程中的刀具跳动异常可能会导致加工振纹或加工刀痕问

题。所以精铣刀具减振棒固定螺钉拧紧力矩不合格是要因［4］。

4 解决措施及措施效果

4.1 电机面加工崩刀问题解决措施

根据分析可知，造成电机面粗铣加工过程中频繁崩刀的主要

原因有 2 点 ：一是电机面粗铣加工余量过大、加工负荷过高而导

致的异常崩刀 ；二是粗铣刀具减振棒固定螺钉拧紧力矩不合格，

造成加工过程刀具跳动异常。解决措施如下。

（1）在工艺上优化粗铣和精铣的加工余量分配，将电机面

粗铣余量减少 0.20 mm（图 6）。这样可以减小粗铣刀加工负荷，

降低粗铣刀崩刀频率，从而减少刀具及工件返修或报废的成本。

（2）在供应商铸造阶段，调节夹具前后端面限位螺钉，使坭

芯往前端偏移矫正，进而使后端电机面余量减小，最终将电机面毛

坯厚度控制在下差（图 7）。这也能够在符合图纸要求的前提下减

少电机面加工余量，降低加工负荷，最终达到提升刀具寿命的目的。

图 7 缸体电机面毛坯夹具矫正说明

图 6 电机面粗铣余量调整

（3）拆解所有电机面粗铣刀具，检查减振棒固定螺钉拧紧力

矩，重新按照内控要求的扭矩拧紧，避免加工过程刀具跳动异常。

经验证，优化分配粗铣和精铣的余量后，粗铣加工过程崩

刀次数由 12 次 / 月降低为 4 次 / 月，崩刀次数明显减少。而毛

坯供应商调整新制模具的夹具端面限位后，电机面加工余量平均

值由 5.80 mm 降低至 5.40 mm，优化后电机面粗铣刀崩刀次数

由 4 次 / 月降低为 1 次 / 月。当刀具供应商拆解所有电机面粗铣

刀具，按照内控要求调整拧紧力矩后，电机面粗铣加工中崩刀次

数由 1 次 / 月降低为 0 次 / 月。

粗铣刀具有 8 把刀片，每把刀片成本为 32.6 元，而每次崩

刀后 8 把刀片都需要更换。因此在实施上述改善措施后，崩刀问

题不再发生，每年可节约成本 37 555.0 元。除此之外，本次改进

措施还为后续生产提供了经验教训。毛坯供应商在制作新的毛坯

铸造模具时，应组织技术团队回顾毛坯特征尺寸，针对图纸上差

或下差控制的特征尺寸进行及时调整，避免不必要的工废损失。

同时，刀具供应商应制定电机面粗铣和精铣刀具的周期性检查计

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014 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

【参考文献】

作者简介 :

黄艺胜，本科，助理工程师，研究方向为发动机缸体加工工艺、生产线布局优

化以及精益制造等。

[1] 于冬梅 , 高波 , 杨磊 . 汽车发动机连杆加工精益制造技术研究 [J]. 机械

设计与制造 ,2014(04):265-267.

[2] 张 子 盛 . 发 动 机 缸 体 复 杂 平 面 加 工 路 径 优 化 策 略 [J]. 装 备 制 造 技

术 ,2014(08):104-107.

[3] 韦年勇 , 韦幸 , 卢家耀 . 某灰铸铁汽油机缸体电机面气孔的解决探讨 [J].

装备制造技术 ,2019(12):99-103+118.

[4] 刘 红 梅 . 车 削 加 工 表 面 振 纹 的 成 因 及 消 除 方 法 探 讨 [J]. 科 技

风 ,2017(19):136.

[5] 吴勇 , 雷旭智 . 科惠力测量技术在缸体表面刀痕问题中的应用 [J]. 装备

制造技术 ,2017(08):121-123+130.

划，避免问题再次发生。

4.2 电机面加工振纹 / 刀痕问题解决措施及措施效果

根据分析可知，造成电机面加工振纹及刀痕问题的主要原因，

是精铣刀具减振棒固定螺钉拧紧力矩偏低，导致加工过程中精铣

刀具异常跳动。解决措施如下。

（1）拆解所有电机面精铣刀具，检查减振棒固定螺钉拧紧力

矩，按内控要求调整到规定值。

（2）刀具供应商应制定电机面粗铣和精铣刀具的周期性检查

计划，避免问题再次发生。

经验证，在重新调整精铣刀具减振棒固定螺钉的拧紧力矩后，

彻底解决刀具寿命后期电机面概率性振纹及刀痕问题（图 8），同

时也减少因该问题导致的工废、返修费用，降低了刀具成本。而

且本次措施也为后续生产增添经验教训，避免再出现加工过程刀

具跳动异常导致的振纹或刀痕问题。

5 结束语

本文通过人、机、料、法、环多角度分析，找出发动机电机

面常见加工质量问题的主要影响因素，并实施有效措施解决问题，

提升电机面加工质量，为汽车行业精益制造打下基础［5］。实施改

进措施的同时，也能形成相应经验教训拓展至其他生产线及各基

地相关制造领域，避免问题重复或持续发生导致异常工费损失，

达到“降本增效，持续改进”的最终目标。

图 8 优化后加工振纹消失

（上接第 10 页）

在一次试车后检测到了曲轴位置传感器

的故障码。检查传感器线束也没有问题，

但是拆下传感器后发现上面附着了大量

的油泥（图 4），判断曲轴位置传感器内

部故障。

但是曲轴位置传感器为什么有那么

图 4 曲轴位置传感器附着大量的油泥 图 5 副厂件机油滤清器

多的油泥呢？维修人员拆下油底壳发现机

油品质很差，油底壳内存在大量的油泥。

查看机油滤清器发现为副厂件。询问用

户得知该车 1 万 km 才保养 1 次， 而且

是在路边店做的保养。

故障排除 ：对润滑系统进行清洗并

更换原厂机油和机滤，再更换曲轴位置

传感器后试车，故障排除。

回顾总结 ：有时一个部件的损坏会

导致其他的故障灯，但不一定会存储该

部件损坏的故障码，所以多个系统的诊

断及相互关联性显得非常重要。另外，

由于上一次维修删除故障码前没有拍照，

这为下一个维修人员的故障排除带来麻

烦。幸亏笔者基本功扎实，在得不到故

障码的情况下根据经验充分试车，最终

找到故障部位。

另外，用户轻信一些不当宣传延长

了保养周期，并在不正规的路边店做保

养，使用了劣质的副厂机油滤清器（图

5）。这导致发动机过早磨损，并产生故障。

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015 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

汽车速度表、里程表校正作业过程的误差及其影响分析

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

何厚来、孙战峰、尹青春、周奇盛、李言明

摘要 ：试验车辆速度表、里程表的检验校正是汽车耐久性试验中的重要测试环节，其校正结果直接影响到试验报告中试验里程统计结果及试验标准的一致性。本文从

测试方法、场地、设备、人员及环境等环节分析 GB/T12548—2016《汽车速度表、里程表检验校正方法》场地实测作业过程存在的误差及其影响，以提升车辆速度表、

里程表校正结果的准确度。

关键词 ：速度表 ；里程表 ；校正 ；误差 ；GPS 接收机

中图分类号 ：U463.7 文献标识码 ： A

0 引言

车辆速度表、里程表校正是开展耐久试验测试前的常规环节，

其目的是减小速度表、里程表示值偏差对试验车速、试验里程的

影响，以确保测试标准的一致性。耐久性试验里程往往长达数万

公里甚至数十万公里，里程表的细微偏差会导致统计的试验里程

出现较大的偏离。耐久试验中各类特征路面有严格的行驶车速要

求，车速的偏离会导致振动强度及频率的变化，从而影响试验强度。

速度表、里程表校正作业，就是通过检测出速度表、里程表

指示值与实际速度和里程之间的偏差规律，通过拟合计算出校正

系数并对试验结果进行校正。本文就车辆速度表、里程表校正实

际作业过程中各环节产生的误差进行分析，剖析误差产生原因及

其影响。

1 测试方法因素

根据 GB/T 12548—2016《汽车速度表、里程表检验校正方

法》中 4.1.2 部分对里程表校正系数的定义 [1]，里程表校正需要

的 2 个关键值为 ：里程表行走 10.0 km 时车辆的行驶里程 Lb 与

安装于测试车辆上 VBOX 测量设备记录的实际里程L。为获得准

确的车辆行驶里程Lb，根据国标中的方法要求，测试人员应在车

辆里程表在接近 10.0 km 时，降低车速至随时可以使车速降为零

为止，以获取里程表数值从 9.0 km（或 9.9 km，不同车型有所

差异）跳转至 10.0 km 瞬间车辆的行驶里程Lb。

在实际测试中，由于测试人员从肉眼发现里程表显示值转变

为 10.0 km 至执行制动操作需要一定的反应时间，以及制动停车

过程必然存在一定的制动距离，因此在此期间，车辆会存在一个

移动的距离ΔL。ΔL 可按以下方式进行计算 ：

ΔL=vt+v

2

/2a （1）

式中 t——测试人员的反应时间，单位 ：s

v——车辆停车前的移动速度，单位 ：m/s

a——车辆制动时的减速度，单位 ：m2

/s

根据统计信息，驾驶员的制动反应时间 t 一般为 0.3 ～ 1.0 s，

取t=0.3 s ；制动前的车速为 10 km/h（约为 2.78 m/s），全制动

时平均减速度取 9 m2

/s，根据式（1）可计算得出ΔL ≈ 1.26 m。

由于里程表的结构及指示精度限制，车辆在行驶ΔL 的距离

后，里程表指示的里程指示值仍为 10.0 km ；而在 VBOX 测量设

备显示的实际里程L 中，则是包括距离ΔL。因此根据里程表校

正系数计算，必然会导致里程表校正系数C 偏大。由于 ΔL 的存在，

在 4 万 km 的耐久性道路试验中，其造成的直接影响是统计的实

际试验里程会偏小 5 040.00 m。

根据 GB/T 12548-2016《汽车速度表、里程表检验校正方法》

中速度表的测试方法 , 是使车辆速度表保持某一车速匀速行驶一

段距离内 , 然后计算平均速度值。再通过重复测试至少 6 个速度

点数据拟合出校正函数，从而推算出其他区间的速度表显示值与

实际速度值的关系。由于 VBOX 数据中时间与里程是完全同步关

系，截取计算区间的长度理论上不会对结果造成影响，主要误差

在于测试速度点的数量及分布、以及拟合计算。

以某车型的速度表设计策略为例说明 ：仪表单元收到车辆稳

定系统控制（ESC）单元发送的实际车速信号后，会基于车速信

号的基础车速进行一定比例的放大 [2]，再把放大后的车速信号发

送至速度表面板驱动显示，以保证在源信号正确的前提下更可靠

地满足 GB 15082-2008《汽车用车速表》要求。其放大策略如下

式表示 ：

V 显示车速 =V 实际车速 ×k+c （2）

式中 V 显示车速——速度表显示的车速

V 实际车速——ESC 发动的实际车速

k——放大系统，取值为 1.02 ～ 1.22

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016 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

本文为简化计算，暂以半圆形（弯道圆弧角度 180°）为模型

估算高速环道一侧弯道路行驶里程产生的误差。车辆在弯道中稳

态行驶时，车道中心路面与水平面的倾角 θ 即为车辆的倾角。由

此造成的里程偏差ΔS 可计算为 ：

（3）

式中 h——GPS 天线安装顶面至车轮平面的垂直高度，单位 ：m

R0——弯道行驶时车辆中心的转弯半径，单位 ：m

R1——弯道行驶时 GPS 接收天线实际运行轨迹半径 , 单位 ：m

c——小于 5 的常数

在0＜V 实际车速≤ 10.0 km/h、10.0 km/h ＜V 实际车速≤ 100.0 km/h

以及 100.0 km/h ＜V 实际车速共 3 个区间内，k、c 为对应的常数。

由此可知，速度表设计策略中V 显示车速与V 实际车速为一条由 3 段折

线组成的函数关系。实际操作中，把 6 个测试点进行线性拟合计

算出其他预测值，这样拟合计算出的速度预测值与设计值会存在

一定的偏差。这个偏差值比较小，在实际耐久试验中其影响不明

显，GB/T 12548-2016 中选择线性拟合的方式，就已意味着可忽

略该偏差的影响。

2 测试场地因素

根据 GB/T 12534—1990《汽车道路试验方法通则》中关于

测试场地要求 ：测试应在清洁干燥、平坦的沥青或混凝土铺装直

线道路上进行 [3]，道路长 2.0 ～ 3.0 km, 纵向坡度在 0.1% 以内。

现实中各汽车试验场的测试道路均为环形结构，必然存在弯道，

部分环道还有反向弯道（图 1）。为了平衡车辆过弯的离心力，高

速环道弯道位置的横截面处必然存在渐变的横向坡度。当车辆在

横向倾角为θ 的车道行驶时，安装在车顶中部的 GPS 天线运行

轨迹与车辆运动中心在垂直方向的投影并非重合的，二者的相对

关系如图 2 所示。

测试道路中弯道内侧某一车道的环道半径取 190.00 m，车

道的车轮平面的与水平面夹角θ 约 15°，常规乘用车辆天线安装

顶面至车轮平面的距离h 一般为 1.10 ～ 1.40 m，取 h=1.10 m，

根据式（3）计算出的误差值ΔS 为 2.40 m。

同理，车辆在反向弯道行驶时 , 也同样存在路面倾斜的影响。

且车辆在反向弯道行驶时，悬架相对静止状态时处于拉伸状态，

从而引起h 值增大，ΔS 亦随之增大。

车速表的测试标准明确只能在高速环道的平直路段进行，因

此不受弯道的影响。

3 测试设备因素

VBOX 测量设备是基于卫星信号，采用空间测距后方交会原

理进行定位 [4]，其精度主要会受 GPS 信号传播环节误差、GPS 接

收机的钟误差、天线相位中心位置偏差以及零点速度漂移等因素

影响。忽略信号传播环节中大气层空间的不可控因素，传播环节

的误差主要为多路径误差 [5]，是由于 GPS 卫星信号在发射或传播

过程中受环境因素的影响，使得接收到的信号中含有周围环境造

成的反射信号。这种信号与直射信号出现干涉，导致接收信号的

能量发生衰减且出现延迟，从而产生测距偏差。这种由于多路径

信号传播所引起的干涉时延效应也称为多路径效应。

多路径误差的大小，取决于反射波的强弱和 GPS 接收机天

线抗衡反射波的能力。多路径误差对点位坐标的影响在一般环境

下可达 0.05 ～ 0.09 m ，在高反射环境下可达 0.15 m。测试道路

附近的高层建筑、高大树木、高架桥等均会产生反射波，因此测

试道路两侧应为空旷开阔地带。

GPS 接收机的钟误差主要与设备相关。天线相位中心位置偏

差一定程度上受接收天线的倾角、运行速度以及车辆运行时的弹

跳影响。在里程表校正过程中，测试车辆沿高速环道行驶时的速

度值是呈一定范围内波动的，在基于 GPS 卫星信号测试设备中的

里程并非直接测量值，无论其算法构型采用黎曼积分还是勒贝格

积分，其本质是基于速度时间积分法做累计运算。

图 1 某试验场高速环道

图 2 弯道中车辆与设备的运行轨迹

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017 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

【参考文献】

作者简介 :

何厚来，本科，工程师，研究方向为整车耐久性试验。

孙战峰，本科，工程师，研究方向为整车耐久性试验。

尹青春，本科，工程师，研究方向为整车耐久性试验。

周奇盛，本科，技师，研究方向为整车耐久性试验。

李言明，本科，工程师，研究方向为整车性能试验。

[1] GB/T 12548—2016 汽车车速表、里程表检验校正方法 [S].

[2] 刘信家 , 刘广鸿 , 王志明 . 电子式速度里程表的原理与应用 [J]. 沈阳

航空工业学院学报 ,1995(04):53-59.

[3] GB/T 12534—1990 汽车道路试验方法通则 [S].

[4] 夏积德 , 郭江涛 , 王稳江 , 等 .GPS 测量原理及误差分析 [J]. 杨凌职业技

术学院学报 ,2008(04):5-7+15.

[5] 李川 , 刘星 , 石明旺 , 等 .GPS 多路径误差特性分析及削弱方法 [J]. 导航

定位学报 ,2017,5(01):103-107.

[6] 陈光荣 . 基于 GPS 定位技术的车辆行驶里程计算研究与应用 [D]. 成都 :

西南交通大学 ,2016.

v(t) 曲线波动的结果是导致运算值必然存在因统计失实而产

生的统计误差，通过无限缩小 Δt 区间可提升运算结果的精确度，

增加惯性测量单元、采用卡尔曼滤波等方法对数据进行处理有助

于减小误差。因此在里程校核的过程中，应尽量按规定车速保持

测试车辆的平稳运行，可降低天线相位中心位置偏差。在 GB/T

12548—2016 的第 4.1.1 条规定了里程校正过程中，对行驶速度

加以 ±2.0 km 的公差定义，其中就蕴含有统一测试标准、提升

测试精准度之意。

此外，零点速度漂移也会对实际里程 L 的数值产生影响。由

于 VBOX 的里程计算构型是基于速度时间积分算法实现的，车辆

长时间停车时会因零点速度漂移形成累计里程偏差。因此，应在

试验开始前才开始数据记录，在测试结束后尽快按下 LOG 按键结

束记录。当然，VBOX 测量设备在正式测试前均应进行充分的热机。

4 测试车辆状态及测试人员状态因素

测试车辆的轮胎磨耗程度、轮胎气压是直接影响速度表、里

程表校正的一项重要因素。因此速度表、里程表校正一般都会安

排在试验前进行。如果样车轮胎已经有明显磨损，应更换新轮胎

后再进行速度表、里程表校正作业。轮胎磨耗程度、轮胎气压都

会导致车轮的滚动半径偏离预设的滚动半径值，从而影响车辆的

行驶里程Lb 以及V 显示车速的实际值。因此在进行校正前，一定要

确认轮胎状态并使用符合要求的轮胎，且轮胎气压测量应在冷胎

状态下进行。校正测试时的轮胎气压为，样车在该载荷工况下额

定气压基础上再增加 20 kPa。

5 减小误差的措施

根据速度表、里程表在校正过程中的影响因素分析，为减小

误差，提升速度表、里程表校正结果的准确性，可采取如下措施。

（1）采用触发开关或读取 CAN 报文的方式记录车辆的行驶

里程 Lb，即在量程表指示值到达 10.0 km 瞬间使用触发开关进行

标识，再读取原始记录，如此可消除制动停车距离导致的误差。

然后可通过读取 CAN 里程报文实时获取里程数据的方式，准确

获得 10.0 km 的里程报文节点时间，进而从原始记录中读取实际

里程L。此方法的前提是要保证报文的同步。

（2）测试场地环境 ：关注测试场地的周围环境维护，保证测

试道路两侧周围保持空旷，避免高大树木等高大物体，防止对卫

星信号形成反射干扰。

（3）提升测量设备的性能并确保测试设备的有效性。

（4）加强测试人员的培训，提高测试人员的操作熟练程度及

反应速度。

（5）使用底盘测功机上进行速度表、里程表校正 ：行驶里程

Lb、V 显示车速可直接通过读取车辆仪表或 CAN 报文获取，实际里程

L、V 实际车速可从底盘测功机的报文获取。此方法不需借助 GPS 卫

星信号，校正作业误差主要受底盘测功机的最大允差影响，其误

差可远小于在道路上车速表、里程表校正作业的误差。

6 结束语

速度表、里程表校正作业方法虽然有一定的局限性，但目

前仍为国内主要检测中心耐久性试验中车速控制和里程统计环节

最常用、最便利的控制方法。随着 GPS 定位技术的发展，利用

GPS 定位技术并结合云计算技术统计汽车行驶里程以及测试过程

数据的采集已经成为现实 [6]，并可根据需要对数据进行统计分析

以实现对试验过程质量的监控。这种方法相对传统的速度表、里

程表校正方法，更有利于确保测试标准的一致性。

不过，在长周期、场地变换频繁的耐久性试验中，利用 GPS

定位技术统计试验里程的技术在断点续传、以及信号稳定性方面

还有一定的局限性。通过结合测试车辆 CAN 报文的方法，在信

号缺失的工况下使用测试车辆 CAN 数据对 GPS 定位统计系统的

数据进行修正，未来会是提升 GPS 定位统计技术的一个发展方向。

这将为耐久性试验过程中的测试信息统计和质量分析监控的自动

化实现跨越式发展。

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018 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

基于 GPF 温度传感器的量产车评估测试方法研究

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

陈旭健、赵况、张业海

摘要 ：国六车型的量产车评估（PVE）测试，作为企业每年生产一致性检查的重要内容，驱使企业不断发展测试技术。本文以汽油机颗粒捕集器（GPF）温度传感器的

PVE J2 测试为研究对象，介绍了传感器工作原理及技术参数，解析其具体的诊断逻辑，在规范的试验流程下，进行逐个类型的故障码的演示，并总结测试经验。试验

结果表明，试验流程符合法规要求，测量文件有效 ；测试方法高效，可供整车其他排放相关零部件测试借鉴。

关键词 ：国六排放 ；PVE 测试 ；GPF 温度传感器 ；诊断逻辑 ；电气类诊断 ；合理性诊断 ；冷起动校验诊断

中图分类号 ： U467.2 文献标识码 ： A

0 引言

面对日益严峻的环保形势，环境保护部（现为生态环境部）

和国家质量监督检验检疫总局联合发布的 GB18352.6—2016《轻

型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（简称国六

法规），于 2020 年 7 月 1 日起实施。其中，生产一致性章节要求

整车生产企业须每年进行车载诊断系统（OBD）生产一致性检查，

量产车评估（PVE）则是测试的关键检查项。

生态环境部机动车排污监控中心于 2018 年 12 月发布《轻型

车国六标准实施细则（试行）》，在试验流程等方面落实了具体的

细则。但是，其测试方法在行业里处于初步认知状态，尤其是具

体零部件的 J2 监控要求验证。PVE 是在国六标准之下新增的内容，

需要在量产车的 OBD 系统上进行验证，且 J2 试验是整个 PVE 测

试工作中最复杂的，需要对所有涉及排放相关的故障码逐一验证 [1]。

本文以汽油机颗粒捕集器（GPF）温度传感器的 PVE 测试为

研究对象，介绍了温度传感器的工作原理及技术参数，解析故障

码的诊断逻辑，提出具体的试验方法。通过试验表明，文中提出

的试验方法对于整车 PVE 测试具有开拓意义。

1 PVE 测试的内容

OBD（On Board Diagnostic）是汽车用于排放控制系统监

测的车载诊断系统。当与排放相关的任何部件发生故障时，OBD

系统应监测到故障，将相应的故障代码存入车载电脑，并点亮故

障指示灯（MIL）。驾驶员或汽车维修人员能够通过一个标准的诊

断系统识别故障代码 [2]。

PVE（Production Vehicle Evaluation，即量产车辆评估测试）

是 OBD 系统的功能性项目试验里的重要内容，是企业生产一致

性工作的组成部分 [3]，包括 JA7.1 标准化验证、JA7.2 监测要求

验证（简称 J2）以及 JA7.3 在用监测性能验证。其中，J2 是整

车 PVE 测试的核心，其主要测试内容为 ：验证 OBD 系统监测条

件满足每一个诊断要求时，OBD 系统应检测到故障，点亮 MIL 并

存储确认和永久故障码。

以本司某手动挡车型为例，其 J2 测试的整车诊断故障码总

数为 252 个，用时约 2 个月。本文以其中一个零部件（即 GPF

温度传感器）为选择对象，研究其测试方法。

2 GPF 温度传感器的技术参数及工作原理

了解 GPF 温度传感器的技术参数及工作原理是整个试验的

基础工作。该传感器布置于 GPF 前端，用来监测车辆运行中 GPF

的入口温度，以便预估 GPF 的载体温度，防止 GPF 再生过程中

因为温度过高损坏载体。GPF 温度传感器为模拟信号输出，起到

辅助诊断的作用 [4]（图 1）。本文研究的 GPF 温度传感器为国际

知名传感器制造商所生产，其主要技术参数如图 2 所示。

GPF 温度传感器的核心元件为铂电阻，为正温度系数热敏电

阻（PTC）。其电阻随排气温度的变化而变化，进而获得相应的排

图 1 GPF 温度传感器及安装位置

图 2 GPF 温度传感器主要技术参数

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019 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

气温度数据 [5]。GPF 温度传感器的温度与电阻的对应关系如下 ：

Rs=Rl

+R0（1+αT+βT2

） （1）

式中 Rs——GPF 温度传感器电阻

Rl

——外接线的线阻，取Rl

=1 Ω

R0——传感器温度为 0℃时的基准电阻，取R0=200 Ω

T——传感器温度

α、β——材料系数（α=3.83×10-3，β=-5.85×10-7）

由式（1）可得 GPF 温度传感器的温度 - 电阻关系（图 3a）。

传感器安装外接电路需要配置供电电源和上拉电阻（图 3b），供电

电压Up 为 5.00 V ；上拉电阻Rp 为 1 000.0 Ω 的上拉电阻。即是传

感器信号输出的电压U0 为诊断参数。为方便试验过程中快速查询，

绘制各主要温度点下对应的传感器阻值及信号电压（表 1）。

包括笔记本电脑、DiagRA D 软件、OBD 连接设备 Cardaq plus3、

函数发生器 TOE7761 以及发动机控制单元（ECU）分线盒。将设

备连接至车上，连接方式如图 4 所示。

表 1 各主要温度点的传感器阻值及电压信号

表 2 传感器故障码列表

表 3 电气类诊断监控表

图 3 GPF 温度传感器温度 - 电阻曲线及测试外接电路

图 4 设备连接示意图

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

序号 故障码 释义

1 P0545 00 GPF温度传感器电路电压过低

2 P0546 00 GPF温度传感器电路电压过高

3 P2080 62 GPF温度传感器信号实际与模型偏差大

4 P2080 2A GPF温度传感器信号粘滞

5 P20E2 24 GPF温度传感器冷起动校验不合理（正偏差）

6 P20E2 23 GPF温度传感器冷起动校验不合理（负偏差）

故障码 监控策略

说明

监测

参数 阀值 辅助

参数

激活

条件

故障

需时

MIL激活

循环

P0545 00 电路电压

过低 电压 ＜0.20 V 点火

开关 ON 2 s 2

P0546 00 电路电压

过高 电压 ＞4.80 V 点火

开关 ON 2 s 2

3 PVE J2 试验

3.1 试验准备

试验对象为生产线正式批量生产下线的车辆，要求发动机系

统排放相关的零部件和 ECU 标定数据均为批产状态。试验设备

3.2 诊断逻辑解析

解析故障码的诊断逻辑是试验的关键。查阅该车型《OBD

监测的排放控制系统信息表》（以下简称监控表），提取 GPF 温度

传感器相关的诊断故障码信息（表 2）。结合列表，将故障码分成

以下类别。

第一类为电气类诊断，如 P0545 00 和 P0546 00，用于监测

信号接到电源或搭铁。

第二类为合理性诊断，如 P2080 62 和 P2080 2A，用于监测

信号输出的合理性。

第三类为冷起动校验诊断，如 P20E2 24、P20E2 23，用于

监测信号在冷机起动时刻温度基准的合理性。

3.3 电气类诊断测试

根据故障码 P0545 00 和 P0546 00 的监控表信息（表 3，分

别对这 2 个故障码进行测试。首先测试故障码 P0545 00。

未决故障循环 ：设备连接就绪，在 DIAGRA D 软件里点击

mode4 清除原车故障码，用外接线束将 ECU 的 34 号端子接搭

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020 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

铁。由于信号接到地线，电压会被拉低至 0.00 V，将

钥匙打为 ON 状态，开始记录测量文件。起动车辆进

入发动机怠速状态，进行初次故障检测的循环。当软

件 mode7（排放相关的未决故障码）模式里报出故障

P0545 00 后，将发动机熄火，钥匙重新打到 ON 挡，

保存测量文件。

确认故障循环 ：保持以上故障注入状态，点火开关

处于 ON 状态时，记录测量文件。起动发动机，进行再

次故障检测的循环，当软件 mode3（排放相关的确认故

障码）模式里报出故障 P0545 00，并且车辆仪表 MIL

灯亮起时，将发动机熄火，钥匙重新打到 ON 挡，软

ECU 的连接，串联接入函数发生器。根据此时的排气温度按照表

2 设置对应电压，如 25℃时应注入 0.90 V 的信号电压。注意，应

避免注入的电压与实际电压偏差过大，造成误报故障码的情况发

生。起动车辆，自由行驶一段时间，满足排气流量积分。按照流

程保存好测量文件，可完成 P2080 2A 的测试。

3.5 冷起动校验诊断测试

冷起动校验诊断监测信号温度基准的合理性，其最大的特

征是以停机时间 8 h 为前提（表 5）。在该条件下，零部件的温

度应已降至环境温度，其参考温度即环境温度。如果在车辆起动

时，传感器温度与环境温度偏差大于 75℃，则判定传感器基准

发生偏差。

P20E2 24 测试方法 ：规定的停机时间后，车辆点火开关处

于 OFF 状态，断开 GPF 温度传感器信号线与 ECU 的连接，由函

数发生器串联接入。如环境温度为 25℃，为制造阈值偏差，根据

表 2 需注入 1.10 V 的信号电压。起动发动机进入怠速状态，按照

流程可完成故障码的测试。

P20E2 23 测试方法 ：由于阈值要求信号温度小于环境温度

75℃，如果在常温环境（25℃）停机，根据冷起动校验诊断监控表，

25℃ -75℃ =-50℃，超出传感器量程，导致故障无法报出。为此，

（下转第 25 页）

故障码 监控策略

说明

监测

参数 阀值 辅助参数 激活条件 故障

需时

MIL激

活循环

P2080 62

信号实际

与模型偏

差大

电压

与模

型偏

差

250℃

模型温度 300～800 °C

20 s 2

发动机转速 1 200～4 500 r/min

车速 20～140 km/h

加速度 -2.5～2.5 m/s2

断油 =FALSE

GPF再生 =FALSE

起动时间 >300 s

冷却液温度 >20 °C

P2080 2A 信号粘滞

信号

最大

变化

幅度

＜10℃

停机时间 ＞3 600 s

排气流量积分 ＞1 666 g/s 0 s 2

GPF再生 =FALSE

表 4 P2080 62 诊断监控表

表 5 冷起动校验诊断监控表

故障码 监控策略说明 监测参数 阀值 辅助参数 激活条件 故障

需时

MIL激

活循环

P20E2 24 冷起动校验不

合理（正偏差）

信号温度大于

参考温度 75℃

停机时间 ＞8 h

0 s 2

发动机状态 ON

P20E2 23 冷起动校验不

合理（负偏差）

信号温度小于

参考温度 75℃

停机时间 ＞8 h

发动机状态 ON

件 modeA（排放相关的永久性故障码）模式存在相同的故障码后，

保存测量文件。

以上 2 个测试循环即完整的测试循环。测试完成后，将外

接线束拆除，并进行 3 个无故障循环的运行后，用 mode4 清除

ECU 故障码，为下一个故障码的测试做好准备。

按照以上的流程，将 34 号端子连接 5.00 V 电源，实现

P0546 00 的测试。

3.4 合理性诊断测试

根据故障码 P2080 62 和 P2080 2A 的监控表可知（表 4），

合理性类诊断的辅助参数明显较电气类多，该类诊断车辆的运行

工况复杂。传感器的模型温度为车辆 GPF 开发过程中标定，其通

过多样本及外接热电偶校正，具备高准确性。

P2080 62 测试方法 ：起动发动机，使其运行时间大于 300 s，

此时冷却液温度应已大于 20℃，GPF 温度传感器的温度经测量为

400℃。查询表 2 可知，此时对应的信号电压应为 1.64 V。为了

使传感器的输出温度偏差 250℃，使 ECU 进入诊断，使用函数发

生器设置 1.000 V 的输入电压（对应温度 100℃）。保持电压注入

的状态，车辆起步行驶，保持发动机转速 1 200 ～ 4 500 r/min，

车速为 20 ～ 140 km/h，匀速驾驶避免急加急减，保持加速踏板

踩下的状态。满足工况行驶时间超过 20 s。按照流程保存好测量

文件，可完成 P2080 62 的测试。

P2080 2A 测试方法 ：首先应确保车辆停机时

间大于 3 600 s。由于引发粘滞故障的条件是变化

幅度不超过 10℃（折算信号电压波动约 0.05 V），

为避免有信号干扰造成试验失败，在点火开关处

于 OFF 状态下，断开 GPF 温度传感器信号线与

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021 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

基于有限元的某汽油机排气歧管隔热罩 NVH 优化

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

黄鹰、梅夏、韦善景

摘要 ：本文通过对某汽油机进行声源定位和整机 1 m 声压级噪声测试，发现排气歧管隔热罩是主要噪声源之一。利用 HyperMesh 软件对排气歧管隔热罩进行模态

分析，然后提出增加约束点和双层结构的优化方案，最后通过台架和整车验证其降噪效果。结果表明，双层结构的优化方案降噪效果最好，能使发动机整机声功率

级降低 2.0 dB，整车通过噪声降低 0.7 dB。

关键词 ：排气歧管隔热罩 ；薄壁件 ；噪声源 ；激励共振 ；模态分析

中图分类号 ： U464.13 文献标识码 ： A

0 引言

汽车 NVH 直接影响用户乘坐时的舒适程度，而发动机是汽

车的主要激励源，发动机 NVH 是整车 NVH 性能控制中最重要的

一个环节。因此如何提升发动机 NVH，是国内汽车行业主要攻

关的难题 [1]。在发动机的所有零件中，作为薄壁件的排气歧管隔

热罩由于刚度低、表面积大，在发动机运行时极有可能是主要高

频噪声源 [2]。薄壁件的共振噪声是由于受到排气歧管振动激励的

作用，表面强迫振动响应的结果。此类噪声一般可通过结构优化

或者提升自身阻尼的方法来解决 [3]。

本文通过对某汽油机进行声学定位及 1 m 声压级噪声测试，

发现排气歧管隔热罩对整机噪声贡献量很大。然后对排气歧管隔

热罩进行模态分析研究，并提出两种改进方案，最后通过试验验

证确定最优方案，有效降低了排气歧管隔热罩的辐射噪声。

1 排气歧管隔热罩对发动机噪声的影响

我司某款商用车搭载的汽油机在进行整车通过噪声测试时，

通过噪声高达 74.3 dB（A），不能满足国家相关法规 74.0 dB（A）

的要求。根据整车 NVH 工程师反馈，在拆掉排气歧管隔热罩后，

整车通过噪声达到国家法规要求。因此，基本判定整车通过噪声

高于标准与发动机排气歧管隔热罩强相关。本文对发动机展开噪

声测试及分析。

1.1 声源定位测试

在发动机半消声室内对该发动机进行声源定位试验，测试工

况为 ：发动机从 1 000 r/min 全负荷加速至额定转速 5 600 r/min，

加速时间为 90 s。测试结果显示，在整个加速过程中，噪声声压

主要集中在低、中频段。

为找到噪声源零部件，项目团队对整个频率曲线进行定位

计算，发现排气侧噪声主要来源于排气歧管隔热罩。在中低频

500 ～ 2 000 Hz 时，声源主要来自隔热罩中部位置（图 1）；在

中高频 2 000 ～ 3 000 Hz 时，声源来自于隔热罩的左侧、右侧

位置（图 2）；在 3 000 Hz 以上时，声源从隔热罩左侧、中部和

右侧不规则地传出（图 3）。

1.2 整机 1 m 声压级噪声测试

为确定排气歧管隔热罩辐射噪声对发动机整机噪声的影响

程度，对发动机有无隔热罩两种状态进行发动机 1m 声压级噪

声测试，测试工况为 ：1 000 r/min 全负荷加速至额定转速 5

600 r/min，加速时间为 90 s。测试方法按照 GBT 1859—2000《往

复式内燃机 辐射的空气噪声测量 工程法及简易》中规定的五

图 1 500 ～ 2 000 Hz 噪声源定位

图 2 2 000 ～ 3 000 Hz 噪声源定位

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022 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

点法，分别在距离发动机进气侧、前端面、排气侧、后端面

和顶部 1 m 处各布置 1 个麦克风，测试 5 个端面的声压水平。

图 4 和图 5 分别是排气侧 1 m 声压级曲线和整机 1 m 声功率

曲线。其中，红色曲线是该发动机带有排气歧管隔热罩时的加速

噪声曲线，绿色曲线是该发动机去掉隔热罩后的加速噪声曲线。

从图 4 可以看出，无隔热罩状态下发动机排气侧 1 m 声压

级曲线明显降低，一般情况下降低 3.0 ～ 5.0 dB（A），在某些

转速下甚至降低近 8.0 dB（A）。从图 5 可以看出，无隔热罩状

态下发动机整机 1 m 声功率级曲线也明显降低，在发动机转速

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

通过声源定位测试，锁定了排气歧管隔热罩对排气侧噪声影响

最大，贡献量主要集中在隔热罩中部位置。整机 1 m 声压级测试结

果也表明，有无隔热罩差别很大，无隔热罩时整机 1 m 声压级大大

降低。因此，对排气歧管隔热罩作为突破口进行 NVH 优化分析。

2 排气歧管隔热罩模态分析

2.1 有限元模型的建立

利用 HyperMesh 软件对排气歧管隔热罩进行模态分析。将

隔热罩导入 HyperMesh 进行几何清理，并提取中面特征。将单

元类型设置为 Shell，采用一阶四边形 2D 网格，设置单元尺寸参数，

并使用智能网格划分方式划分 2D 网格。完成网格划分之后，赋

予网格材料属性，其材料特性参数为 ：厚度 T= 为 1 mm ；弹性模

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

。

为了模拟最接近实际工作状态时的排气歧管隔热罩固定

方式及模态特征，需将隔热罩所有 5 个固定螺栓孔位置的 6

个自由度全部约束，以此为边界条件，得到的隔热罩有限元

模型（图 6）。

图 3 3 000 ～ 5 000 Hz 噪声源定位

图 5 整机 1 m 声功率级曲线

图 4 排气侧 1 m 声压级曲线

图 6 隔热罩的有限元模型

2.2 有限元模态计算及结果分析

将所建立的隔热罩有限元网格模型导入 ANSYS 软件中，进行

约束模态计算，从而获得隔热罩各阶固有频率与相应的模态振型。

由于所关心的是低阶模态，所以提取隔热罩的前六阶振动模态。

图 7 为隔热罩的前六阶模态振型，图中颜色越深，表示变形越大。

由以上计算结果可知，隔热罩在约束状态下的模态特征主要

表现为局部的振动，并且不同部位振动幅值相差很大。隔热罩中

上部位置由于没有螺栓固定，造成一阶约束模态偏低。当激励频

率为 534 Hz 左右时，中间位置发生共振，振动量较大时，会产

生明显的辐射噪声峰值。同样，隔热罩右下侧位置也缺乏约束点，

振动量较大。

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023 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

因此可以知道，该隔热罩振动幅度比较大的部位是中上部位

置和右下侧位置。这 2 处结构振动幅度较大，应变能密度较集中，

相对于整体而言是刚度最为薄弱得部位，引起中低频共振的可能性

最大。因此，主要对隔热罩中上部、右下侧这两个部位进行拓扑优化。

3 排气歧管隔热罩的优化

噪声和振动相关，要想降低噪声就要减少振动的频率。根据

结构的自由振动公式可知，振动频率与结构的刚度及其固有频率

相关。要想降低隔热罩的噪声，就要增加结构的刚度，提高隔热

罩的固有频率。刚度越大，在激励力不变的情况下，结构产生的

振幅就越小；频率越高，就会避开越多的低频段，噪声也会减少 [4]。

隔热罩一阶约束模态频率与隔热罩的材料、结构以及固定方式有

关，可以通过 CAE 分析优化隔热罩的结构及固定方式，提高其一

阶约束模态 [5]。

针对本隔热罩的特点，结合 CAE 模态计算分析，为了有效

提高隔热罩薄弱区域的一阶模态，对其辐射噪声进行优化 [6]，对

该隔热罩提出了增加约束点和双层结构 2 种改进方案。

3.1 增加约束点优化

3.1.1 优化方案描述

通过 CAE 分析可知，排气歧管隔热罩中上部位置、右下部

位置是振动比较大的位置。仔细观察发现，中上部位置及右下部

位置区域类似平板结构，缺乏约束点。当发动机在运行时，隔热

罩在排气歧管的振动激励下会发生共振导致辐射噪声变大。因此，

为了减少隔热罩薄弱结构的共振，可以在中上部位置、右下部位

置各增加一个固定约束点（图 8）。

3.1.2 模态对比分析

对增加约束点后的隔热罩进行模态分析，求解得隔热罩前六

阶的固有频率和模态振型。固有频率如表 1 所示。可以看出，通

过增加隔热罩约束点，原隔热罩的各阶固有频率都得到了很大幅

度的提高。其一阶固有频率提高了 57.3%，可以避开部分低频范

围内的共振，降低隔热罩的振动辐射噪声。

模态振型如图 9 所示（颜色越深，变形越大）。从图中可以

看出，前四阶局部振动特性和振动强度都有所降低，第五和第六

阶振动部位相对较多，能量作用离散程度越高，辐射噪声越低。

阶数 频率/Hz

（原隔热罩）

频率/Hz

（增加约束点） 频率升高率

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 隔热罩优化前后固有频率对比

图 7 原隔热罩前六阶模态振型

图 9 增加约束点隔热罩模态振型

图 8 隔热罩增加固定点示意图

3.2 双层结构优化

3.2.1 优化方案描述

原隔热罩为单层 1 mm 厚的镀铝钢板结构，此类质量及刚度

均较小的薄壁零件容易受发动机机体的激励从而产生共振，导致

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辐射噪声较大。为了提高隔热罩的整体强度，项目团队决定将原

来的单层镀铝钢板结构改为双层镀铝钢板中空结构，内层板和外

层板厚度均为 1 mm（图 10）。双层镀铝钢板中间有一定的真空，

其隔热效果更佳。

表 2 隔热罩优化前后固有频率对比

4 试验验证

4.1 台架试验验证

分别将这 2 种优化方案的排气歧管隔热罩样件装到发动机

上，进行整机 1 m 声压级噪声测试。试验在半消声室内进行，

测试结果如图 12 和图 13 所示。可以看出，与原隔热罩相比，

这 2 种优化方案对隔热罩及发动机整机的辐射噪声都有很好的

抑制作用，尤其在对峰值的抑制上，整个加速过程中，发动机

排气侧 1 m 声压级得到了明显的降低。

试验结果表明，2 种优化方案的隔热罩对降低排气侧近场噪

图 10 双层结构隔热罩示意图 声最多达 8 dB（A），整机噪声也降低了 2 dB（A）左右。

图 11 双层隔热罩模态振型

阶数 频率/Hz

（原隔热罩）

频率/Hz

（双层结构） 频率升高率

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 模态对比分析

对双层结构的隔热罩进行模态分析，求解得隔热罩前六阶的

固有频率和模态振型。固有频率如表 2 所示，可以看出，双层结

构隔热罩各阶固有频率与原隔热罩相比均有显著提高。其一阶固

有频率提高了 65.5%，比增加约束点还高出 8.3%。

由模态振型可以看出（图 11），与原来单层隔热罩对比，双

层隔热罩整体强度有很大提升。在 1 200 Hz 以内模态阶数由原来

的 6 阶模态减少为 2 阶，很好地抑制了隔热罩的辐射噪声。

图 12 发动机排气侧 1 m 声压级曲线

图 13 发动机整机声功率曲线

4.2 整车试验验证

分别将这 2 种优化方案的隔热罩装到整车进行通过噪声测

试，测试在海南汽车试验研究所进行。测试过程方法和数据处

理均完全按照国标规定执行，最终结果如表 3 所示。可以看出，

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表 3 整车通过噪声测试结果

方案 实测值/dB（A） 降噪量/ dB（A） 评估[≦74 dB（A）]

原状态 74.5 —— NOK

增加约束点 74.2 ↓0.3 NOK

双层结构 73.8 ↓0.7 OK

2 种方案均能降低整车外加速噪声，但双层结构的隔热罩效果比

增加约束点的隔热罩好，能使整车通过噪声满足法规要求。这是

因为增加约束点只是提高了局部强度，而双层结构则从整体上提

升隔热罩的强度，效果更好。

结合台架和整车试验结果，最终选择双层结构的隔热罩作为

优化方案。

5 结束语

本文通过对某汽油机进行噪声测试，发现排气歧管隔热

罩是主要的噪声源之一。通过对排气歧管隔热罩进行模态分

析并提出改进方案，最后通过试验验证确定了最终的优化方

案。本次对某汽油机排气歧管隔热罩的优化改进取得了良好

的效果，使搭载该发动机的整车通过噪声达到了法规要求。

通过本研究可以得到如下结论，对于发动机设计中如何提升

NVH 水平具有一定的推广价值。

（1）排气歧管隔热罩属薄壁类零件，在进行设计时需重点关

注其 NVH 性能。

（2）隔热罩可以通过提高一阶模态改善其振动特性，从而降

低隔热罩的辐射噪声。对于单层镀铝钢板隔热罩而言，可通过增

加约束点或采用双层结构提高刚度。

（3）对于单层镀铝钢板隔热罩的降噪优化，双层结构方案比

增加约束点效果好。

【参考文献】

作者简介 :

黄鹰，本科，工程师，研究方向为动力开发及测试分析。

[1] 赵卫平 , 张卫国 , 吴超 , 等 . 某汽油机正时罩盖 NVH 优化分析 [J]. 小型

内燃机与车辆技术 ,2015,44(04):71-74.

[2] 杨磊 , 范习民 , 高伟 , 等 . 基于 Abaqus 的某汽油机排气歧管隔热罩

优化分析 [J]. 计算机辅助工程 ,2013,22(S2):119-123.

[3] 赵俊男 , 王延阳 , 张爽 , 等 . 基于有限元的排气歧管隔热罩动态特性分析

与噪声验证 [J]. 汽车实用技术 ,2018(04):80-82.

[4] 张宗成 , 杨景玲 , 张燕 , 等 . 发动机油底壳的噪声分析及结构优化 [J]. 噪

声与振动控制 ,2013(06):123-127.

[5] 杨金才 , 闵福江 , 张亮 , 等 . 发动机隔热罩噪声分析及改进 [C]//.2008 中

国汽车工程学会年会论文集 ,2008:113-116.

[6] 姜绍忠 , 阎文兵 , 陈越 , 等 . 柴油机表面辐射噪声控制研究 [J]. 机械与电

子 ,2011(05):71-73.

【参考文献】

作者简介 :

陈旭健，本科，工程师，研究方向为汽车动力系统 OBD 诊断标定及 PVE 测试。

[1] 刘旭洋 , 张宇光 , 范智权 , 等 . 基于国六排放标准下的量产车评估测试

(PVE) 方法研究 [J]. 汽车工程师 ,2021(11):5-8.

[2] GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶

段）[S].

[3] 生态环境部机动车排污监控中心 . 轻型车国六标准实施细则（试

行）.2018.

[4] 王 成 君 , 黎 苏 , 周 文 瑾 , 等 .GPF 故 障 诊 断 策 略 研 究 [J]. 汽 车 实 用 技

术 ,2021,46(19):89-93.

[5] 赵 伟 . 国 Ⅵ 汽 油 车 颗 粒 物 排 放 后 处 理 应 对 策 略 [J]. 汽 车 维 护 与 修

理 ,2021(7):7-11

（上接第 20 页）

该测试需要先将车辆放置在环境舱里浸车，并且为了测试留有冗

余，避免进入量程极限位置，设置环境舱温度为 40℃。根据冷起

动校验诊断监测表，40℃ -75℃ =-35℃，再根据表 2 可得函数发

生器需注入 0.74 V 信号电压，按照试验流程应能实现报码。

3.6 校验测试结果

检查测量文件，储存的故障码及数量都应正确。未决故障

循环应只有 mode7 储存了故障码 ；确认故障循环应 mode3、

mode7 及 modeA 都储存了故障码，且显示的 MIL 状态为点亮。

按照规则命名并分类保存，为编写测试报告做准备。

4 结束语

不同于型式试验占用较多场地及设备资源，PVE 测试更多的

是需要理解零部件功能、诊断目的和逻辑原理，思考在较少的资

源下，快速有效地完成试验。在“国六”实施初期，试验技术资

源的缺少，企业的测试一般委托专业检测机构进行。企业自主团

队的组建与测试开展，可节约委外试验成本，成效显著。PVE 测

试为国六标准中的重要试验项，而 GPF 温度传感器作为发动机排

放系统的重要零件，其 PVE 测试具有很强的代表性。本研究希望

实现以点带面、开拓视野，为整车厂商自主测试提供参考。

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026 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

1.1 发动机空燃比处于较稀状态储氧率模型

发动机空燃比处于较稀状态时，发动机燃烧排放物质中氧

含量富余。此时一部分与铈氧化物 Ce2O3 反应生成 CeO2 储存在

催化器，在 Ce 表面富余 O2 的反应速率正比于 O2 的吸附速率。

另一部分氧则与 HC 和 CO 发生氧化反应，生成 CO2 和 H2O。根

据化学反应动力学方程，此时三元催化器的储氧率为 ：

式中 LOSC ——三元催化剂活性层单位面积

k fill ——吸附速率系数

——活性层中氧气浓度

——Ce 表面 O2 覆盖率

1.2 发动机空燃比处于较浓状态储氧率模型

发动机空燃比处于较浓状态时，发动机燃烧排放物质中氧

含量贫乏。在贵金属 Ce 表面过量 CO 的反应速率正比于脱附速率，

根据化学反应动力学方程，此时三元催化器的氧释放率为 ：

式中 k emp——脱附速率系数

θ CO——Ce 表面 CO 表面覆盖率

则过量空气系数 λ 值的定义为 ：

式中 R——还原剂的浓度

O——氧化剂的浓度

P——燃料燃烧排放物的浓度

基于储氧率模型的三元催化器失效故障监测研究

（1. 河南科技大学，洛阳 471003 ；2. 河南职业技术学院，郑州 450046）

吉武俊 1

、张尚月2

摘要 ：本文通过建立三元催化器的储氧率数学模型，设计了三元催化器失效的诊断算法，使用最小二乘法对发动机三元催化器的储氧率模型老化因子进行在线监测，

确定了三元催化器失效诊断的使能条件。最后，通过发动机台架试验，验证了失效诊断算法能有效地诊断出三元催化器的失效程度。

关键词 ：三元催化器 ；储氧率 ；失效 ；空燃比 ；储氧能力 ；失效故障监测

中图分类号 ： U464.1 文献标识码 ： A

基金项目 ：2021 年河南省博士后科研资助项目《车辆排放系统故障机理与智能针对方法研究》（项目编号 ：202103104）；2022 年度河南省高等学校重点科研项目《汽

车发动机氧传感器老化故障监测与诊断方法研究》（项目编号 ：22A460021）。

0 引言

三元催化器是现代轿车汽油发动机排放系统后处理最为有

效的装置之一 [1-2]。但车辆行驶里程超过 10 万 km 后，三元催

化器会出现不同程度的失效现象。一旦行驶里程超过 20 万 km，

三元催化器净化尾气的功能会成倍减弱，甚至完全丧失净化功

能 [3]。本文针对三元催化器的失效故障进行诊断，围绕采用闭环

控制发动机的三元催化器失效监测的问题，提出建立三元催化器

的储氧率数学模型，设计三元催化器失效的诊断算法，对发动机

三元催化器的储氧率模型老化因子进行在线监测。由此确定三元

催化器失效诊断的使能条件，从而实现了对三元催化器失效故障

的有效监测。

1 三元催化器储氧率模型

三元催化器储氧率模型是表示三元催化器的最大储氧量与

燃烧排放物中氧含量之间的关系 [4-5]。根据三元催化器入口、出

口氧传感器采集到的 λ 值，建立三元催化器储氧率模型，通过模

型估计 CeO2 的相对氧气覆盖率。三元催化器储氧率模型求解的

ROC 氧气覆盖率可在线估计催化转换器的转化效率，判别三元

催化器的老化程度，可满足控制的实时性要求。三元催化器储氧

率η 可表示为 ：

（1）

式中 Ostore——三元催化器实际储氧量

O MAX——三元催化器最大储氧量

当发动机运转，三元催化器工作时，η 始终在 0 ～ 1 不断变

化。η=1 时，催化器储存氧达到饱和状态 ；η=0 时，催化器氧处

于完全释放状态。

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027 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

当R ＜P，R/P ∝ 0 时，发动机空燃比处于较稀状态；当O ＜P，

O/P ∝ 0 时，发动机空燃比处于较稀状态。则过量空气系数为 ：

（6）

式中 λ L——发动机空燃比处于较稀状态时过量空气系数

Oex——氧化剂余下气体的浓度

λR——发动机空燃比处于较浓状态时过量空气系数

Rex——还原剂余下气体的浓度

令λ L,R -1=λ L,R，则得

（7）

（8）

由 式（6） 和 式（7） 可 知， 当 λ=0 时， 则 排 放 物 为 CO2、

H2O和N2 ；若 λ ＞ 0，则排放物中为 NO 和 O2 ；若 λ ＜ 0 ，则

排放物为 CO 和 HC。

2 三元催化器储氧率计算

利用 simulink 建立三元催化器储氧率模型（图 1），排气管

上游氧传感器信号的变化受空燃比变化的影响。在满足诊断使能

条件下，当空燃比为定值时，排气管上游氧传感器信号近似为一

常数。三元催化器的型号以及其老化程度决定了铈氧化物吸附、

脱附速率常数。取新的三元催化器反应速率常数为 1。

发动机在不同工况下，三元催化器的储氧率受发动机空燃

比和流量的影响。在空燃比减小时，排气中有害气体相对增加，

而 Ce 表面氧的储存率随着流量的增加而减小。图 2 所示为空燃

比A/F=13.1 时，经过 7.5 s 后，三元催化器完全释放氧，其储氧

率η 由 1 逐渐下为 0。

图 1 面向控制三元催化器储氧率模型

图 2 空燃比为 13.1 时储氧率 η 的仿真结果

当发动机空燃比增加时，排气中有害气体相对减少，而

Ce 表面氧的储存率随着流量的增加而加大。随着排气流量的

增加，三元催化器氧的储存达到饱和状态。图 3 所示为空燃比

A/F=16.1 时，经过 13 s 后，三元催化器储氧达到了饱和状态，

其储氧率η 由 0 逐渐上升到 1。

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028 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

3 三元催化器老化诊断算法

诊断算法的设计思路为 ：通过把发动机空燃比变稀，让三

元催化器在储氧达到饱和状态，再把发动机空燃比变浓，通过计

算三元催化器后氧传感器相对前氧传感器的反馈滞后时间来诊断

三元催化器的老化程度。

该诊断算法的关键是 ：①在空燃比变稀过程中，判别三元

催化器储存氧是否已经饱和状态 ；②后氧传感器反馈延迟时间的

准确测量 ；③在排气由稀变浓的过程中，需要了解三元催化器中

的氧是否已经完全释放。

由此，式（2）和式（3）可以表示为 ：

（9）

式（9）变化后得 ：

（10）

式中 k gr——劣化因子，分别表示k fill/LOSC 和k emp/LOSC

λ——空燃比

当三元催化器的储氧能力越好，劣化因子k gr 就越小，发动

机空燃比λ 由稀变浓过程中，后氧传感器相对于前氧传感器信号

滞后的延迟时间变长。随着三元催化器老化程度的加剧，劣化因

子k gr 会逐渐变大，其储氧能力逐渐降低，则后氧传感器对空燃

比λ 变化的反馈延迟时间也相应变短。

当发动机空燃比为定值时，在满足诊断使能条件下，三元

催化器的温度、发动机工况等对转化效率的影响因素都只在狭小

的区间内变化，可以忽略，转化效率受三元催化器自身老化程

度的影响就突出了。先将发动机控制在空燃比为 16.1 附近工作，

通过式（2）计算氧储存率η 值，当η 接近 1 时，三元催化器氧

储存达到饱和。然后将空燃比控制在 13.1 附近工作，通过式（3）

计算氧储存率η 值，当η 接近 0 时，三元催化器氧储存枯竭。

计算出此时后氧传感器相对前氧传感器的反馈滞后时间，把

此反馈滞后时间称为三元催化器储氧能力时间（Oxygen Storge

Capacity ：OSC）。将计算出的反馈滞后时间与三元催化器标定

的储氧能力 OSC 临界阈值比较。若计算出的反馈滞后时间小于

标定 OSC 阈值，则判定三元催化器本次诊断存在故障。三元催

化器老化诊断算法的流程如图 4 所示。

图 4 三元催化器老化诊断算法的流程

图 3 空燃比为 16.1 时储氧率 η 仿真结果

4 三元催化器老化诊断的实验分析

在满足诊断使能条件后，发动机在热怠速工况下，空燃比、

排气温度、空间速度、排气压力和排气流均匀性等影响三元催化

器转化效率的因素都只在狭小区间内变化，可以忽略。三元催化

器自身的老化对其转化效率的影响就突出出来。

判别三元催化器氧储存率是否达到饱和状态，可采用逐渐

逼近方法进行测试。试验操作过程分为 2 个环节。

第 1 个环节是在发动机满足使能条件下，改变发动机空燃比，

使发动机由怠速空燃比闭环控制状态进入稀空燃比开环控制状态

（λ=16.1）。测试时间分别为 1 s、3 s、5 s、7 s、9 s、12 s、15 s

和 18 s。

第 2 个环节是踩下加速踏板，加浓混合气，使发动机由稀

空燃比开环控制状态进入浓空燃比开环控制状态（λ=13.1），并

做相应时间的测试，消耗掉三元催化器 Ce 表面的 O2。最后使发

动机回到怠速空燃比闭环控制状态运行。为了验证所设计老化诊

断算法的有效性，分别使用已知正常和老化的同型号三元催化器

进行试验。

4.1 正常三元催化器的实验分析

正常三元催化器的试验结果如图 5 所示。计算图 5 中空燃

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029 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

比由稀变浓时，前氧传感器和后氧传感器信号穿过化学计

量与基准电压的时间差，结果如图 6 所示。通过试验数据得出，

正常三元催化器在空燃比变化时，后氧传感器相对于前氧传感器

的反馈滞后时间为 8 s 左右，也就是 OSC 阈值为 8 s。

4.2 老化三元催化器的实验分析

老化三元催化器的试验结果如图 7 所示。计算图 7 中空燃

比由稀变浓时，上下游氧传感器信号穿过化学计量与基准电压的

时间差，结果如图 8 所示。通过试验数据得出，老化三元催化器

在空燃比变化时，后氧传感器相对于前氧传感器的反馈滞后时间

为 3 s 左右，相比正常三元催化器的 OSC 阈值 8 s 明显缩短。

因此，OSC 时间可区分正常和老化的三元催化器。

5 结束语

本文针对三元催化器的失效故障诊断，围绕三元催化器失

效故障监测的问题展开研究，得出以下结论。

（1）利用 simulink 建立基于三元催化器储氧率模型

设计的三元催化器老化诊断算法，能够有效诊断出三元催

化器的老化程度。

图 5 正常三元催化器的试验结果

图 8 稀变浓劣化催化器下上游氧传感器电压

图 7 老化三元催化器的试验结果

图 6 稀变浓下上游氧传感器电压

【参考文献】

作者简介 :

吉武俊，博士，教授，研究方向为车辆排放系统故障诊断。

[1] 吴锋 , 姚烨彬 , 姚栋伟 , 等 . 汽油机三效催化转换器故障诊断模型的研究

[J]. 内燃机学报 ,2008(03):255-258.

[2] 龚金科 , 蔡皓 , 耿玉鹤 , 等 . 改进型汽油机三效催化转化器反应模型

及试验研究 [J]. 内燃机学报 ,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，通过仿真得出随着里程的增加，

劣化因子会逐渐变大，转化效率逐渐减低。空燃比变化对老化三

元催化器的后氧相对前氧传感器反馈延迟时间缩短。

（3）通过台架试验，验证了设计的三元催化器老化诊断算

法能够准确诊断出催化器是否达到使用极限以及老化程度。且该

诊断算法简单、运算量小，适用于车载实时诊断系统。

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030 AUTO DRIVING & SERVICE 2022 . 12

基于汽车零部件尺寸精度数字化管理模式研究与应用

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

范孝辉

摘要：汽车零部件尺寸精度管理是白车身精度的重要基础，目前汽车零部件尺寸精度管理在数据存储、预警、整改监控等环节都依赖于人工，存在较多不足，影响整车品质。

本文以目前汽车零部件尺寸精度管理现状为基础，提出通过数字化管理模式，实现汽车零部件尺寸精度的提升。

关键词 ：汽车零部件 ；尺寸精度 ；数字化 ；数据预警 ；可追溯

中图分类号 ： F273.1 文献标识码 ：A

0 引言

随着汽车行业竞争日趋激烈，顾客对产品质量需求也越来

越高，焊装白车身的作为车身各类部品装配的载体，其精度水

平直接影响整车品质 [1]。汽车零部件作为白车身的主要构成，

是白车身精度形成的源头。因此开展零部件尺寸精度管理研究，

将精度管理实现从源头进行有效管控，对提升整车品质具有重

大意义。

从目前行业精度管理发展来看，全面的数字化智能制造是高

产品质量需求的解决方案。《机械工业“十四五”质量管理规划

纲要》提出，要充分利用数字化、网络化和智能化制造转型升级

的战略机遇，围绕提升全生命周期产品质量、可靠性和安全性推

进质量管理，并充分利用信息化等技术手段来加强质量数据的采

集、分析、评价、决策和追溯 [2]。一汽也提出了运用“1164”数

智化转型战法，实现全方位数字化管理，建设成“数字一汽”的

战略规划 [3]。

本文通过对目前汽车零部件尺寸精度管理现状进行深入分

析，探索通过数字化管理的模式，实现汽车零部件尺寸精度数据

管理、数据预警、经验库建立等过程的全面高效管理。针对零部

件尺寸精度管理，由于外协零部件数量较大，从零件测量、数据

收集和精度异常识别等过程都无法达到 100% 覆盖，同时相应的

数据整合、预警和问题整改监控等基本依赖于人工的判断，管理

效率较低。

基于此，本研究从目前整个零部件尺寸精度管理现状入手，

识别管理业务痛点，探索利用数字化管理模式对零部件尺寸精度

进行全面管理。研究以数据为主线，建立汽车零部件尺寸精度系

统，实现从零部件精度各环节的实时数据监控、质量反馈到跟踪

处理管理，达到了提高产品质量的目的。该研究通过数据监控及

在线处理、预警和协同，提高问题事件处理的规范性和处理效率，

实现工艺质量数据的集中汇总、工艺质量风险预防预控、问题闭

环经验的共享和有效传承，从根本上提高零部件尺寸精度的效率

和能力，进而提高白车身的质量，提升核心竞争力 [4]。

1 汽车零部件尺寸精度管理现状分析

汽车零部件由于数量庞大，每个主机厂的零部件均由多个供

应商来供货，同时各供应商内部精度管理水平差异，导致整体零

部件精度管理难以统一。这主要体现在日常的精度数据收集、测

量要求、异常的数据预警以及整改监控等方面存在较多不足。

1.1 零件测量

前期对零件的重要度进行分级管理，并定义相应的测量频次，

供应商按照该数据测量频次进行数据的提交。由于整个外协件数

量庞大，人工监管下数据的提交主要为抽查。因目前各供应商零

件测量与整车生产计划不匹配，会导致数据存在提交遗漏和滞后

的情况。当后工序有异常问题，有可能发生查询的零件数据与实

际情况差异，导致问题分析整改周期变长。

1.2 数据存储

目前零部件测量数据由供应商以 excel 表格形式，通过网

盘、邮件形式等进行提交。这导致数据分散，分析查询时路径不

一，可追溯性差。而且单个 excel 表格的数据存储数据少，一般

在 30 ～ 40 组数据，对应时间周期在 1 个月左右，这导致数据难

以快速查询分析，无法追溯过往的数据。

1.3 数据预警

零部件测量数据表中，通过颜色规则对异常数据进行显示；

人工通过颜色识别异常，由质量人员向相应的工艺人员进行预

警、整改监控。整个过程依赖于人工监控，单个零件预警时间

较长（约 30 min），存在预警缺失，且不能实现实时预警。

1.4 流程监控

预警问题以单一 excel 表格进行人工监控，存在遗漏和整改

滞后的情况，也不能实时监控预警问题的改善效果。

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2 汽车零部件尺寸精度管理系统研究及应用

从行业发展来看，目前的市场对质量要求越来越严格，人工

生产管理模式向智能化、全面化和数字化转变成为行业趋势。因

此在对汽车零部件尺寸精度管理现状分析后，本司决定开发应用

零部件尺寸精度的管理系统，以直接替代原有人工数据管理模式，

实现数据全面实时监控、效率提升、问题快速反应以及质量提升 [5]。

2.1 总体建设目标

（1）建立数据统一管理。针对现存多个供应商、数据较多的

零部件、多种提交数据形式以及数据记录单一的情况，将各供应

商零部件数据规范导入到系统集成，进行数字化管控，实现精度

类数据统一归口、同一平台管理。

（2）减少人工数据导入的繁杂工作，实现精度数据自动导入

性，这打破了以往数据采集编制整理均由人工负责、效率低较的

模式。通过数据采集实现数据自动读取识别进入至系统，可以有

效减轻精度数据管理人员的工作量。

（3）建立预警模型，实现数据的实时预警，改善人工预警的

及时性，同时确保预警的准确定。

（4）实现精度大数据可追溯性，改善了传统电子测量表测组

数限制，精度数据只要输入零件号、时间等条件便可调取对应数

据，日常随时进行调取。

（5）实现手机终端数据查询，解决了处置现场问题时必须回

办公室查询数据的困扰。

2.2 系统功能实现方案

（1）数据采集。零部件尺寸精度管理系统的数据采集按实际

情况可采用多种形式，包括人工录入、扫描文件（点云 .STL）上

传和电子表上传等。人工录入时，输入测量数据及日期即可自动上

传更新至系统，测量人员可在测量现场利用平板或手机快捷录入，

减少手工记录工作。针对日常精度问题分析，经常需要对零件进行

扫描存储，对此系统可以提供扫描文件上传存储功能，扫描文件上

传后可直接查看 3D 图像。针对日常的电子表，统一路径后系统可

进行数据的自动抓取。最终系统将实现数据统一存储管理。

（2）视图管理。为实现数据的直观展示，系统设定有零部件

的测点图及数据视图 2 种形式。测点图通过测点框直观显示测点

的最近变化趋势图（图 1），通过双击测点框，可直观查看数据的

变化趋势，对比数据。数据视图则实时显示测点各时间段的测量

数据，实现数据的实时查看。通过数据查询条件设定，可查看不

同时段、不同零件号的测量数据。

（3）统计管理。基于日常的数据分析需求，系统提供多点趋

势图、彩虹图、单值移动极差、均值标准偏差、均值极差、中位

极差以及直方图等常用统计形式。同时，系统还能够统计当前数

图 1 测点图

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【参考文献】

作者简介 :

范孝辉，在职研究生，工程师，研究方向为汽车整车及零部件质量管理、生产

制造等。

[1] 易涛 . 影响车身精度的因素探析 [J]. 中国高新技术企业 ,2015(08):75-76.

[2] 中国机械工业质量管理协会 . 机械工业“十四五”质量管理规划纲要

[Z].2021.

[3] 张显东 . 浅析数智化在汽车供应商质量管理中的应用 [J]. 汽车工业研

究 · 季刊 , 2022(03):50-51.

[4] 黄承林 . 中国汽车发展 [J]. 时代汽车 , 2007(01):18-22.

[5] 李友铮 . 品质管理、整合性思维 [M]. 北京 : 经济管理出版社 ,2015.

[6] 王 勤 卫 , 石 启 正 . 白 车 身 尺 寸 精 度 控 制 方 法 探 讨 [J]. 时 代 汽

车 ,2019(17):119-120.

据平均值、CP 和 CPK 等指标，实现数据偏差及稳定性分析及监控。

（4）预警管理。尺寸精度管理系统通过设定的预警规则、预

警对象以及预警方式，自动推送预警信息至相应负责人，并对预

警问题进行流程监控。预警信息可同步至腾讯通或企业微信等，

可实时查看。相关负责人通过查看预警问题改进流程，对已关闭

问题固化相应的分析方法和整改方案，建立问题点处置经验库。

出现同类问题时，系统自动调取过往对策并发出提示，以减少重

复分析工作，提高分析效率。

预警是指系统设定多种判异准则，并设定预警对象（责任

人、自工程负责人和后工程负责人），实现数据的 100% 实时监

控（图 2）。对比人工预警，系统自动预警可以大幅度减少人工数

据的查询时间，并实现预警时间消除、数据的 100% 监控、实时

预警和问题流程监控等功能，还可以建立问题经验库快速查询。

预警流程监控是指通过预警信息推送，填写改进单并监控整改流

程。对于复发问题记录复发次数，并预警至相应的自工程负责人

和后工程负责人进行风险确认。

图 3 管理效能统计

3 运行成效

（1）管理效能提升。通过数字化管理替代人工管理，在数据

查询、预警、分析和流程监控上实现效率大幅提升（图 3）。

（2）精度提升。通过对比日常的人工管理模式，通过数字化

管理系统应用，白车身车精度稳定性大幅提升，在 CP、CPK 等

指标已超过对标标杆，达到行业前列水平。

4 结束语

本文基于汽车零部件尺寸精度管理现状，建立数字化管理系

统，通过系统替代人工在数据管理、数据预警、数据统计以及问

题监控等环节的工作，实现数据、流程全覆盖监管，以及问题预

警的规范化管理。

零部件尺寸精度数字化管理在数据管理模式、数据整合、数

据预警和流程监控等方面实现创新。通过数据的整合，实现大批

量存储及数据的快速查询 ；通过建立预警模型，可实时监控所有

异常数据；同时预警问题进行流程监控，实现异常数据 100% 监控。

在应用零部件尺寸精度数字化管理系统后，管理过程中在数据查

询、问题预警和管理效率等方面，较人工管理有了大幅提升。

图 2 系统预警定义

日常预警问题会形成预警台账。对于一些典型问题，可以补

充完整分析、整改等资料，并通过审核流程形成问题点处置的经

验库。经验库包含预警问题的原因分析、整改方案、技术文件和

数据统计等信息。出现同类问题时，系统自动调取过往对策并提

示，减少重复分析工作，提高分析效率。

（5）统计管理。系统通过设定时间、选择需要的统计区域，

可统计相应的合格率、CP 和 CPK 等指标 [6]，并按实际情况可生

成相应的周报、月报等，实现数据的日常监控。

（6）封样数据管理。封样数据提交流程审核确认后，系统会

计算上传数据文件中所有点位的封样数据指标，存放到相应点位

中，并按封样设定进行预警。

（7）考核管理。通过在系统中设定供应商数据提交监控、问

题流程监控等要求，系统自动根据设定的考核规则生成考核单，

用户可选择是否执行考核，修改单据状态并保存。