2014款保时捷Cayman变速器控制单元故障

背景

车型：2014 款保时捷Cayman，配置水平对置6缸发动机、双离合器自动变速器（PDK）。行驶里程：19km。

现象

该车为未售出的展车，在展厅放置了几个月。一天销售人员准备移动车辆，点火开关打开后 仪表报警显示“变速器故障，可能无倒挡……”，车辆可启动，向前行驶正常，但无倒挡。

分析

该车为没有上路行驶的新车，出故障前长期放置，可以排除变速器的机械故障，故障原因出在电气部分的可能性较大。

方案

打开点火开关观察仪表，显示如图1 所示的信息。 启动发动机，发动机正常启动，发动机无异常声音。挂入倒挡，无反应；挂入前进挡，车辆可以正常行驶。 询问销售人员，因为国内销售的SUV 车型多，跑车少，该车在展厅里已放了四个多月。平时车辆很少启动，蓄电池亏电时就连接充电器进行充电。 询问给该车做PDI 检查的技术人员，该车到店时的PDI 检查一切正常。 连接保时捷诊断仪PIWISTester Ⅱ，选择981（Boxster/Cayman）车型，对双离合器变速器 （PDK）电控系统进行诊断，首先读取故障码，仪器显示一个当前的故障码，如图2 所示。 故障码P1830，含义为“压力调节器1 的电源，接地短路（低于极限值）”。从故障码的内容来看，初步判断产生该故障的可能原因有： 01 压力调节器1 电磁阀的线路对地短路； 02 压力调节器1 电磁阀内部短路； 03 变速器控制单元内部故障。 双离合器变速器（PDK）使用了湿式双离合器，它基于重叠换挡原理，由两套变速机构（可视为两个手动变速器）组成。当一个变速器挂挡时，另一个变速器预先选定另一个挡位，换挡时，一个离合器在几毫秒内分离，另一个离合器同时接合，换挡操作在几乎毫不察觉的情况下完成。 两个离合器的接合和分离由变速器控制单元通过两个电磁阀进行控制，这两个电磁阀在厂家资料中标注为“离合器阀1，EDS1”和“离合器阀2，EDS2”。两个电磁阀在变速器阀体上的位置如图3 所示。 如果有一个离合器电磁阀故障，其对应的离合器将始终处于分离状态。 从图中我们可以看出：离合器1 连接了倒挡、1 挡、3 挡、5 挡和7挡齿轮，如果离合器1 始终处于分离状态，则相连的挡位不能接合。 根据目前的故障现象来看，该车的变速器挡位只有2 挡、4 挡和6 挡三个前进挡，其余挡位都不能实现。 按照保时捷的故障诊断规范，当前存在故障码，应根据故障码生成“引导型故障查询”即GFF（Guide FaultFind）。 在PIWIS Tester Ⅱ中先启动故障查找功能，再依次选择故障记忆症状、PDK、故障码“P1830……” 如图所示。 按确认键，进入下一步（如图所示）。点击图中右下角的“》”按钮，确认故障码的选择。 引导型故障查询启动后，在仪器屏幕上会显示一些提示信息（如图7所示）。 屏幕上的资料是对故障的一般性诊断说明。接下来选择“1. 诊断信息”，我们会看到仪器显示和当前故障码相关的三个方面的内容（如图所示）： 01 在故障查找信息中，分析此故障码的产生可能是PDK 控制单元故障； 02 在故障设置条件中，说明了产生此故障码的条件是液压控制系统1——即离合器1 电磁阀，当前测量的电压<0.05V（也就是说，当前正常的电压应是一个较高的电压值）； 03 在故障影响中，说明存在此当前故障时对车辆的影响，即有哪些故障症状，这些描述和前面验证过的故障症状全部吻合。点击图8 右下角的“《” 按钮，返回图7 的界面。 如果在图7 中选择“6. 电路图”，则显示双离合器自动变速器（PDK）电控系统的整个电路图。电路图显示出来后，可以按住Ctrl 键，用鼠标点击可以放大；按住Alt 键，用鼠标可以拖动；按住Ctrl+Shif 键，用鼠标点击可以缩小，图9是局部放大的电路图。 继续执行引导型故障查找（GFF）。 在图7 中选择右上角的“下一步”按钮，出现的画面如图10 所示。 从图10 中我们可以看到，引导型故障查找（GFF）提示我们检查的对象有两个： 01 线束； 02 PDK 控制单元。 我们应先检查电控系统的线束,以确认变速器控制单元和阀体之间的线束是否有短路故障；如果线束良好，则应检查变速器控制单元。 注意：这里并没有把电磁阀的损坏考虑在内。在前面初步分析可能的故障原因时，我一开始认为压力调节器电磁阀1 的损坏也可能导致此故障，实际上电磁阀的故障另有其他对应的故障码。 先按引导型故障查找（GFF）的提示执行线束检查。在图10 中选择右上角的“1”，出现的画面如图11所示。 按图11中的说明，首先目视检查变速器控制单元和变速器阀体的插头及线束有无破损、松动、锈蚀、脏污等不良现象。 该车变速器控制单元位于后备箱的左侧，如图12 所示。 检查结果一切良好，没有漏油、漏水、鼠咬、挤压、松动导致磨损等异常。 接下来需要使用万用表对控制单元和阀体之间的线束进行检测，在图12 中选择“2. 检测说明”，出现如图13 所示画面。 在使用万用表测量线束之前，我又查看了一下变速器电控系统电路。在保时捷的PIWISTester Ⅱ中查到的原图很复杂，但和当前故障相关的线路只有几根，如图所示。 执行引导型故障查找（GFF），检测线束中和变速器离合器调节阀1的相关导线。 从图中可以看出，PDK 控制单元的端子B2 提供12V 电源，送到PDK 控制阀体的A1 端子，该电源在阀体的内部提供给离合器调节阀1 ；然后由PDK 控制单元的B35 端子控制电磁阀的工作。 首先按如图所示引导型故障查找（GFF）的指导，检测电磁阀的线路是否存在断路。 检测条件: 关闭点火开关，断开PDK 控制单元的插头、断开PDK 变速器阀体的插头，用万用表的电阻挡测量控制单元B2 到阀体A1、控制单元B35 到阀体A2 之间的阻值，均不到1Ω，线路正常。 然后再按引导型故障查找（GFF）的指导，分别对这两根线路进行了对电源短路、对地短路测试、彼此间短路测试，一切均正常。 插上阀体的插头，又测了一下控制单元B2-B35 的阻值，为13Ω，在线路正常的前提下，该阻值就是离合器调节阀1 的阻值。那么，该阻值是否正常呢？保时捷的维修资料里没有给出该电磁阀的标准阻值。又查看了一下电路图，发现同样类型的电磁阀在变速器内还有5 个。保持阀体插头的连接，在PDK 控制单元一侧又测了一下其余5 个电磁阀的电阻，均为13Ω 左右，经过对比，可以表明离合器电磁阀1 的阻值是正常的。 现在按照引导型故障查找（GFF）的结论，故障应该出在PDK 控制单元内部了。 回头继续分析一下电路图：PDK控制单元和离合器调节阀1 之间只有两根线相连，一根是电磁阀的电源线B2，一根是电磁阀的接地控制线B35。出故障的是电源线端子还是控制线端子？ 首先检查电源线端子B2 的工作状态是否正常。从图14 中还可以看出，从控制单元出来送到变速器阀体的电源线总共有3 根，可以互相参照着进行检测。 读取PDK 控制单元的数据流，如图16 所示，可以看到送到离合器电磁阀1 的“HSS1 执行器电源实际值”， 对应端子B2， 为0.01V， 而其余两个正常的电源线，对应端子B23、B25，均为蓄电池电压。 初步判断与端子B2 相连的控制单元内部电路损坏。 为稳妥起见，接下来用万用表对B2 端子的实际供电电压进行测量。 从前面的图12 可以看到，PDK控制单元有两个插头，黑色的为A 插头，灰色的为B 插头。 在B 插头上，B2 端子的位置如图所示。 保持PDK 控制单元的插头正常连接，点火开关打开，用万用表测量端子B2 的对地电压值，为0.01V。 故障诊断进行到这里，数据流读取和万用表测量均表明PDK 控制单元内部电路故障。 请示过公司的领导， 同意对PDK 变速器控制单元进行维修。 该PDK 变速器控制单元的生产商为德国大陆公司，观察控制单元的外壳无损坏迹象。取下外壳，目视检查电路板无受潮、烧蚀现象（如图18所示）。 首先在B 插头上找到B2 端子，检查B2 端子在控制单元板上的印刷电路，布局如图19 所示。 从图19 中可以看出，供给变速器阀体电磁阀的电源由HSS1、HSS2、HSS3 三个功率管分别输出， 其中HSS1 最终的输出端子号即为B2。 为方便一般技术人员看懂控制单元板的内部印刷电路，图20 是我画出的B2 端子印刷电路原理图。 从图20 中可以看出，PDK 变速器控制单元的供电由两个分别是5A、40A 的保险丝提供。 蓄电池电压再经由功率管HSS1、HSS2、HSS3 控制输出到变速器电磁阀，在电源输出线路和接地线之间，有齐纳稳压二极管、电阻提供感应电压的保护。 B2、B23、B25 三个电源输出端子的状态可以通过变速器控制单元的数据流进行读取（见图16），也可以通过万用表进行测量。 B2 端子电压目前为0.01V，B23、B25 端子的电压为蓄电池电压。对照图20 分析，可能的故障原因有以下三个： 01 HSS1 功率晶体管损坏； 02 齐纳稳压二极管击穿； 03 电阻器短路。 HSS1 功率晶体管拆卸和焊接的难度比较高，电阻器和齐纳稳压二极管虽然体积也很微小，但相对来说比较容易拆卸。本着先简单后复杂的原则，先检查电阻器和齐纳稳压二极管的好坏。 使用电烙铁焊下电阻器，测量其电阻值约20kΩ，不存在短路问题。 再用电烙铁焊下齐纳稳压二极管，测量其导通性能，发现反向导通电压为0.7V，已击穿损坏。齐纳稳压二极管是一个微小的贴片元件，图中是已焊下的齐纳稳压二极管和保险丝的对比。 因变速器控制单元内部的齐纳稳压二极管反向击穿后对地短路，HSS1输出的电流过大而保护性截止，造成离合器电磁阀1 没有供电电源、湿式多片离合器1 始终处于分离状态，变速器无倒挡和前进1、3、5、7 挡位。 该齐纳稳压二极管在电子市场买不到，最后在其他旧控制单元板上拆下一个相同型号的元件换上，装车后再次检查，前进、倒挡均正常，故障排除。 清除变速器控制单元的故障码，重新读取输出到阀体电源的数据流，显示的正常数据流如图22 所示。

备注

该车故障排除后，一连几天我都在思考是什么原因导致了该齐纳稳压二极管的损坏？齐纳稳压二极管可以在电压高于临界反向击穿电压时反向导通，但电压降低，低于该临界值时应正常截止，这正是齐纳稳压二极管的工作特性。在电路中安装齐纳稳压二极管就是利用这种特性来实现稳压、保护作用的。 齐纳稳压二极管损坏，即反向导通后一直保持击穿状态，原因有如下几个： 01 齐纳稳压二极管质量不良； 02 击穿电压过高、电流过大。 02-01 用电器（离合器电磁阀1）截止时感应电压过高； 02-02 车辆系统电压过高。 是否是二极管质量不良的原因，现在已无法鉴定。 离合器电磁阀1 在断电时有一个较高的反向感应电压，该车行驶里程仅19km，换挡平顺，可以判断电磁阀内部线圈正常、阀芯无卡滞，感应电压值应该也正常。 是否是车辆系统电压过高？ 到展厅检查了一下销售人员使用的充电器。展厅的车辆很少发动，笔者发现有人为了缩短充电时间，充电电压被设置得偏高。为保护车载电子元件及延长蓄电池使用寿命，充电器的正常工作电压应不高于14V( 如图所示)。 将充电器的工作电压调整到13.8V，并叮嘱销售人员不要随意调高充电电压。