【摘" 要】文章針對(duì)純電動(dòng)商用車變速器電磁閥閥芯故障失效案例，通過(guò)走訪調(diào)查、故障件復(fù)現(xiàn)、試驗(yàn)分析、對(duì)比試驗(yàn)，依靠部件工作原理，分析產(chǎn)品的失效原因，指出最終影響因素，最后提出此類問(wèn)題的解決方案。

【關(guān)鍵詞】電磁閥閥芯；失效；變速器；檢驗(yàn)；純電動(dòng)商用車

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）08-0028-03

Failure Analysis of Solenoid Valve Spool of Pure Electric Commercial Vehicle

LIU Jiacheng，WANG Qingyun，LI Yufei，ZHANG Guangyi

（Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Research Institute，Xi′an 710119，China）

【Abstract】In view of a market feedback of pure electric commercial vehicle transmission solenoid valve spore-failure analysis case，through the visit investigation，failure parts reproduction，experimental analysis，comparative test，relying on the working principle of components，analyzes the cause of product failure，points out the final influencing factors，and finally puts forward the solution to such problems.

【Key words】solenoid valve spool；failure；transmission；pure electric commercial vehicle

1" 引言

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加重，電動(dòng)汽車的發(fā)展是汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。當(dāng)下環(huán)境問(wèn)題、社會(huì)問(wèn)題和資源問(wèn)題不斷加劇，車輛的電動(dòng)化、智能化、集成化成為汽車行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)。其中變速器的穩(wěn)定性直接影響車輛運(yùn)行。在北方冬季，由于環(huán)境溫度低，車輛運(yùn)行和停止時(shí)動(dòng)力總成的溫差大，容易導(dǎo)致變速器控制單元失效。

變速器總成是汽車傳動(dòng)的核心，它通過(guò)擋位齒輪間不同的速比差異，將變速器前端接入的電機(jī)轉(zhuǎn)速以不同的轉(zhuǎn)速輸出到后端傳動(dòng)軸上，從而實(shí)現(xiàn)車輛扭矩和轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性變化。其中，擋位變換主要由操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制，操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)分為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本文主要分析氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在收到TCU換擋指令后，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥開(kāi)始使能，通過(guò)電磁閥閥芯的位移變化實(shí)現(xiàn)氣壓的變化，進(jìn)而來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和擋位齒輪間的撥叉變化，最終實(shí)現(xiàn)換擋。

如圖1所示，操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電磁閥體、換擋頭、鎖銷、撥叉桿構(gòu)成。該氣動(dòng)操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)為XY型，通過(guò)電磁閥的變化，控制氣缸中的高壓氣體變化，來(lái)推動(dòng)鎖銷運(yùn)動(dòng)，最后使換擋頭和撥叉桿沿著XY方向運(yùn)動(dòng)，從而完成換擋動(dòng)作，達(dá)到換擋目的。圖2所示的火山口腔體處在電磁閥體中，通過(guò)外接電路變化，2個(gè)腔體內(nèi)線圈鐵芯吸合和打開(kāi)，使腔體內(nèi)部充滿不同容積的氣壓。

2" 電磁閥閥芯失效的案例分析

在河北邢臺(tái)唐山地區(qū)，某公司一批純電后背電動(dòng)牽引車空載質(zhì)量19000kg，滿載質(zhì)量49000kg，電機(jī)額定功率250kW，峰值功率360kW，行駛里程約30000km，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)變速器無(wú)法換擋故障。經(jīng)查驗(yàn)，為電磁閥閥芯故障。電磁閥閥芯由于經(jīng)歷了物理化學(xué)變化，閥芯產(chǎn)生了一定的形變（圖3）和不規(guī)則的溶解現(xiàn)象（圖4），導(dǎo)致在換擋期間變速器閥芯使能后氣壓不能正常變化，無(wú)法換擋。

電磁閥閥芯合格標(biāo)準(zhǔn)如圖5、圖6所示。在安裝時(shí)，需要將圖6中的動(dòng)鐵芯密封墊安裝到圖3端部的開(kāi)口限位槽中，形成精密配合，保證電磁閥閥芯整體長(zhǎng)度L不大于22.8mm。在產(chǎn)品生產(chǎn)制作過(guò)程中，還需要對(duì)圖6中的動(dòng)鐵芯密封墊進(jìn)行表面硬度測(cè)試。通常該凸臺(tái)半徑較小面為A面，半徑較大面為B面，工藝測(cè)試中，AB面的硬度需要滿足邵氏硬度HA=80±5，并在鐵芯表面鐫刻生產(chǎn)日期和標(biāo)記，滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)后才可以合格件入庫(kù)。

3" 電磁閥閥芯失效原因分析

3.1" 換擋失敗原因

在故障車輛上連接數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SBCAN盒，基于CCP協(xié)議[2]讀取CAN線上傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（圖7），正常車輛換擋數(shù)據(jù)見(jiàn)圖8。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上通過(guò)實(shí)際擋位位移可知，在變速器擋位為空擋時(shí)，某一軸的擋位位移值存在劇烈的振幅波動(dòng)，嚴(yán)重干擾變速器換擋。

故可以定位換擋失敗的原因?yàn)椴倏v執(zhí)行機(jī)構(gòu)問(wèn)題，由于位移值存在多次頻繁的大振幅波動(dòng)，初步推測(cè)問(wèn)題發(fā)生點(diǎn)在和氣壓變化有關(guān)的結(jié)構(gòu)件，即電磁閥部分。

3.2" 電磁閥故障原因

拆開(kāi)電磁閥上蓋后，可以觀察到電磁閥閥芯產(chǎn)生了劇烈的形變和溶解，并且在電磁閥腔體內(nèi)殘留少許綠色液體，如圖9所示。

由于電磁閥閥腔中的氣體來(lái)源屬于穩(wěn)定氣源，無(wú)第二氣源存在，因此可能造成電磁閥閥芯故障的原因?yàn)闅庠次廴净虍a(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題。

3.2.1" 產(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題排查

首先，通過(guò)市場(chǎng)走訪，排查了相同地方相同批次操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故障電磁閥閥芯僅占少數(shù)，其余車輛運(yùn)營(yíng)狀況良好，無(wú)不良故障發(fā)生，因此可間接證明電磁閥閥芯故障并非批次品質(zhì)問(wèn)題。

其次，市場(chǎng)走訪排查時(shí)，仔細(xì)觀察氣源，正常運(yùn)營(yíng)車輛的電磁閥部位的氣源密閉性良好，無(wú)污漬，存在正常使用痕跡。故障車輛的操縱電磁閥閥體火山口部位和閥芯表面有少量黑色油泥，并伴隨淡淡的芳香味。其中一臺(tái)故障車輛在儲(chǔ)氣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了大量積水，并伴有同樣的芳香味，可間接證明電磁閥閥芯故障并非批次品質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)初步懷疑為儲(chǔ)氣系統(tǒng)故障，即氣路非穩(wěn)定氣源，存在潛在的化學(xué)物質(zhì)。

然后，將故障車輛損壞的電磁閥閥芯更換，原車輛在相同工況下行駛一個(gè)月左右，再一次出現(xiàn)了電磁閥閥芯膨脹并趨于溶解的現(xiàn)象。對(duì)同工況同批次電磁閥閥芯進(jìn)行對(duì)比排查，可間接證明電磁閥閥芯故障并非批次品質(zhì)問(wèn)題。

最后，對(duì)供應(yīng)商的HNBR橡膠產(chǎn)品進(jìn)行抽查點(diǎn)檢，對(duì)產(chǎn)品工藝進(jìn)行品質(zhì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題，所有抽查點(diǎn)檢產(chǎn)品均滿足出廠要求。對(duì)供應(yīng)商提供的HNBR橡膠產(chǎn)品成分報(bào)告和第三方測(cè)試報(bào)告進(jìn)行對(duì)比，報(bào)告內(nèi)容基本一致，可直接證明電磁閥閥芯故障并非產(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題。

通過(guò)產(chǎn)品品質(zhì)的多方排查，可排除電磁閥閥芯故障為品質(zhì)問(wèn)題，問(wèn)題導(dǎo)向?yàn)闅庠次廴尽?/p>

3.2.2" 氣源污染排查

1）空濾檢查。拆卸空氣濾芯網(wǎng)，檢查濾芯表面物質(zhì)。通過(guò)目測(cè)、鼻聞等方式觀察濾芯周邊無(wú)異常氣體、異物等。排除空濾濾網(wǎng)上的物質(zhì)導(dǎo)致電磁閥閥芯損壞。

2）空壓機(jī)檢查。檢查空壓機(jī)出氣口后端安裝的給油裝置，檢查內(nèi)部油脂型號(hào)和相關(guān)油品型號(hào)，無(wú)異常。排除空壓機(jī)上的物質(zhì)導(dǎo)致電磁閥閥芯損壞。

3）氣路檢查。檢查可拆卸管路部位，通過(guò)目測(cè)、鼻聞等方式觀察管路內(nèi)壁無(wú)異常氣體、異物等。排除氣路內(nèi)的物質(zhì)導(dǎo)致電磁閥閥芯損壞。

4）相關(guān)油品檢查。檢查變速器齒輪潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂，通過(guò)產(chǎn)品成分分析和化驗(yàn)，油品品質(zhì)良好，對(duì)HNBR橡膠無(wú)影響。排除相關(guān)油品導(dǎo)致電磁閥閥芯損壞。

5）干燥罐檢查。市場(chǎng)走訪摸排后，觀察到其中一臺(tái)車干燥罐中存在大量液體，這與干燥罐功用相悖，液體排出時(shí)伴隨芳香味，懷疑干燥罐中液體含有特殊化學(xué)物質(zhì)，干燥罐失效，導(dǎo)致氣路破壞。

3.2.3" 污染物質(zhì)排查

在鎖定污染物質(zhì)所處位置后，排查人員搜集相關(guān)污染處的污染物，由于污染處的殘留物質(zhì)較少，在多次少量的搜集后，于第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次多方驗(yàn)證。圖10為多個(gè)第三方試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告結(jié)論對(duì)比可知，污染物中存在含量較高的N-丁基苯磺酰胺（BBSA）成分。

N-丁基苯磺酰胺（BBSA）是一種低毒、低揮發(fā)性的化合物，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種多功能有機(jī)化合物，廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、潤(rùn)滑劑、清潔劑、柔軟劑和防凍劑等領(lǐng)域，它的特性包括熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性能。

兼容試驗(yàn)高溫70℃ 24h后（圖11），HNBR橡膠塞與N-丁基苯磺酰胺（BBSA）泡在一起出現(xiàn)了明顯溶脹現(xiàn)象且硬度變低，BBSA對(duì)HNBR橡膠材質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了極大的反應(yīng)，對(duì)產(chǎn)品使用影響很大。

通過(guò)多次控制變量試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析后可以得知影響操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥閥芯故障的原因?yàn)楦稍锕逇獾牢廴尽?/p>

根據(jù)市場(chǎng)的再次走訪調(diào)查，如車隊(duì)反饋，運(yùn)營(yíng)車輛所處位置一年四季溫差變化較大，夏季高溫，冬季溫度較低，時(shí)常出現(xiàn)雨雪結(jié)冰現(xiàn)象。因此，冬季車輛在經(jīng)過(guò)多次運(yùn)營(yíng)后，由于氣道氣泵處溫度變化大，并長(zhǎng)期沒(méi)有保養(yǎng)，使得外界水汽進(jìn)入氣道。車隊(duì)為防止冬季氣道結(jié)冰，對(duì)打氣泵中加入了少量含有BBSA成分的防凍液，導(dǎo)致氣道污染，使操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥閥芯失效。

4" 防范措施

針對(duì)上述安全隱患，為避免產(chǎn)生類似的問(wèn)題，筆者總結(jié)了如下幾點(diǎn)防范措施。

1）定期對(duì)車輛使用人員進(jìn)行回訪，提醒和督促車輛使用人按時(shí)按期進(jìn)行車輛相關(guān)零部件保養(yǎng)保修工作，定期對(duì)打氣泵放水，清理氣道。

2）對(duì)打氣泵內(nèi)添加防凍液、防腐液等物質(zhì)屬于違規(guī)操作，車輛生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)車輛使用人進(jìn)行車輛使用培訓(xùn)，對(duì)車輛使用人關(guān)注的問(wèn)題詳細(xì)解答，對(duì)細(xì)小操作也要講解到位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周孟喜. 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)工況下的整車控制策略研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2012.

[2] 張彧，馮輝宗，岑明，等. 基于CCP協(xié)議汽車電控單元標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2007（6）：59-63.

（編輯" 楊凱麟）