纯电动商用车电磁阀阀芯失效故障分析

【摘" 要】文章针对纯电动商用车变速器电磁阀阀芯故障失效案例，通过走访调查、故障件复现、试验分析、对比试验，依靠部件工作原理，分析产品的失效原因，指出最终影响因素，最后提出此类问题的解决方案。

【关键词】电磁阀阀芯；失效；变速器；检验；纯电动商用车

中图分类号：U469.72" " 文献标识码：A" " 文章编号：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

随着能源危机和环境污染的日益加重，电动汽车的发展是汽车行业发展的必然趋势[1]。当下环境问题、社会问题和资源问题不断加剧，车辆的电动化、智能化、集成化成为汽车行业的主流发展趋势。其中变速器的稳定性直接影响车辆运行。在北方冬季，由于环境温度低，车辆运行和停止时动力总成的温差大，容易导致变速器控制单元失效。

变速器总成是汽车传动的核心，它通过挡位齿轮间不同的速比差异，将变速器前端接入的电机转速以不同的转速输出到后端传动轴上，从而实现车辆扭矩和转速的适应性变化。其中，挡位变换主要由操纵执行机构来控制，操纵执行机构根据结构分为电动执行机构和气动执行机构，本文主要分析气动执行机构。在收到TCU换挡指令后，气动执行机构电磁阀开始使能，通过电磁阀阀芯的位移变化实现气压的变化，进而来推动执行机构和挡位齿轮间的拨叉变化，最终实现换挡。

如图1所示，操纵执行机构主要由电磁阀体、换挡头、锁销、拨叉杆构成。该气动操纵执行机构为XY型，通过电磁阀的变化，控制气缸中的高压气体变化，来推动锁销运动，最后使换挡头和拨叉杆沿着XY方向运动，从而完成换挡动作，达到换挡目的。图2所示的火山口腔体处在电磁阀体中，通过外接电路变化，2个腔体内线圈铁芯吸合和打开，使腔体内部充满不同容积的气压。

2" 电磁阀阀芯失效的案例分析

在河北邢台唐山地区，某公司一批纯电后背电动牵引车空载质量19000kg，满载质量49000kg，电机额定功率250kW，峰值功率360kW，行驶里程约30000km，在运营过程中出现变速器无法换挡故障。经查验，为电磁阀阀芯故障。电磁阀阀芯由于经历了物理化学变化，阀芯产生了一定的形变（图3）和不规则的溶解现象（图4），导致在换挡期间变速器阀芯使能后气压不能正常变化，无法换挡。

电磁阀阀芯合格标准如图5、图6所示。在安装时，需要将图6中的动铁芯密封垫安装到图3端部的开口限位槽中，形成精密配合，保证电磁阀阀芯整体长度L不大于22.8mm。在产品生产制作过程中，还需要对图6中的动铁芯密封垫进行表面硬度测试。通常该凸台半径较小面为A面，半径较大面为B面，工艺测试中，AB面的硬度需要满足邵氏硬度HA=80±5，并在铁芯表面镌刻生产日期和标记，满足工艺标准后才可以合格件入库。

3" 电磁阀阀芯失效原因分析

3.1" 换挡失败原因

在故障车辆上连接数据传输USBCAN盒，基于CCP协议[2]读取CAN线上传输的监测数据（图7），正常车辆换挡数据见图8。在监测数据上通过实际挡位位移可知，在变速器挡位为空挡时，某一轴的挡位位移值存在剧烈的振幅波动，严重干扰变速器换挡。

故可以定位换挡失败的原因为操纵执行机构问题，由于位移值存在多次频繁的大振幅波动，初步推测问题发生点在和气压变化有关的结构件，即电磁阀部分。

3.2" 电磁阀故障原因

拆开电磁阀上盖后，可以观察到电磁阀阀芯产生了剧烈的形变和溶解，并且在电磁阀腔体内残留少许绿色液体，如图9所示。

由于电磁阀阀腔中的气体来源属于稳定气源，无第二气源存在，因此可能造成电磁阀阀芯故障的原因为气源污染或产品品质问题。

3.2.1" 产品品质问题排查

首先，通过市场走访，排查了相同地方相同批次操纵执行机构，故障电磁阀阀芯仅占少数，其余车辆运营状况良好，无不良故障发生，因此可间接证明电磁阀阀芯故障并非批次品质问题。

其次，市场走访排查时，仔细观察气源，正常运营车辆的电磁阀部位的气源密闭性良好，无污渍，存在正常使用痕迹。故障车辆的操纵电磁阀阀体火山口部位和阀芯表面有少量黑色油泥，并伴随淡淡的芳香味。其中一台故障车辆在储气系统中发现了大量积水，并伴有同样的芳香味，可间接证明电磁阀阀芯故障并非批次品质问题，同时初步怀疑为储气系统故障，即气路非稳定气源，存在潜在的化学物质。

然后，将故障车辆损坏的电磁阀阀芯更换，原车辆在相同工况下行驶一个月左右，再一次出现了电磁阀阀芯膨胀并趋于溶解的现象。对同工况同批次电磁阀阀芯进行对比排查，可间接证明电磁阀阀芯故障并非批次品质问题。

最后，对供应商的HNBR橡胶产品进行抽查点检，对产品工艺进行品质检查，均未发现产品品质问题，所有抽查点检产品均满足出厂要求。对供应商提供的HNBR橡胶产品成分报告和第三方测试报告进行对比，报告内容基本一致，可直接证明电磁阀阀芯故障并非产品品质问题。

通过产品品质的多方排查，可排除电磁阀阀芯故障为品质问题，问题导向为气源污染。

3.2.2" 气源污染排查

1）空滤检查。拆卸空气滤芯网，检查滤芯表面物质。通过目测、鼻闻等方式观察滤芯周边无异常气体、异物等。排除空滤滤网上的物质导致电磁阀阀芯损坏。

2）空压机检查。检查空压机出气口后端安装的给油装置，检查内部油脂型号和相关油品型号，无异常。排除空压机上的物质导致电磁阀阀芯损坏。

3）气路检查。检查可拆卸管路部位，通过目测、鼻闻等方式观察管路内壁无异常气体、异物等。排除气路内的物质导致电磁阀阀芯损坏。

4）相关油品检查。检查变速器齿轮润滑油、润滑脂，通过产品成分分析和化验，油品品质良好，对HNBR橡胶无影响。排除相关油品导致电磁阀阀芯损坏。

5）干燥罐检查。市场走访摸排后，观察到其中一台车干燥罐中存在大量液体，这与干燥罐功用相悖，液体排出时伴随芳香味，怀疑干燥罐中液体含有特殊化学物质，干燥罐失效，导致气路破坏。

3.2.3" 污染物质排查

在锁定污染物质所处位置后，排查人员搜集相关污染处的污染物，由于污染处的残留物质较少，在多次少量的搜集后，于第三方检测机构进行多次多方验证。图10为多个第三方试验报告，试验报告结论对比可知，污染物中存在含量较高的N-丁基苯磺酰胺（BBSA）成分。

N-丁基苯磺酰胺（BBSA）是一种低毒、低挥发性的化合物，具有良好的热稳定性和化学稳定性，是一种多功能有机化合物，广泛应用于塑料工业、润滑剂、清洁剂、柔软剂和防冻剂等领域，它的特性包括热稳定性、化学稳定性和润滑性能。

兼容试验高温70℃ 24h后（图11），HNBR橡胶塞与N-丁基苯磺酰胺（BBSA）泡在一起出现了明显溶胀现象且硬度变低，BBSA对HNBR橡胶材质和内部结构产生了极大的反应，对产品使用影响很大。

通过多次控制变量试验验证和数据分析后可以得知影响操纵执行机构电磁阀阀芯故障的原因为干燥罐气道污染。

根据市场的再次走访调查，如车队反馈，运营车辆所处位置一年四季温差变化较大，夏季高温，冬季温度较低，时常出现雨雪结冰现象。因此，冬季车辆在经过多次运营后，由于气道气泵处温度变化大，并长期没有保养，使得外界水汽进入气道。车队为防止冬季气道结冰，对打气泵中加入了少量含有BBSA成分的防冻液，导致气道污染，使操纵执行机构电磁阀阀芯失效。

4" 防范措施

针对上述安全隐患，为避免产生类似的问题，笔者总结了如下几点防范措施。

1）定期对车辆使用人员进行回访，提醒和督促车辆使用人按时按期进行车辆相关零部件保养保修工作，定期对打气泵放水，清理气道。

2）对打气泵内添加防冻液、防腐液等物质属于违规操作，车辆生产商应对车辆使用人进行车辆使用培训，对车辆使用人关注的问题详细解答，对细小操作也要讲解到位。

参考文献：

[1] 周孟喜. 电动汽车驱动工况下的整车控制策略研究[D]. 重庆：重庆大学，2012.

[2] 张彧，冯辉宗，岑明，等. 基于CCP协议汽车电控单元标定系统的设计[J]. 车用发动机，2007（6）：59-63.

（编辑" 杨凯麟）