電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究

劉威

摘 要：電動(dòng)汽車是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，電驅(qū)系統(tǒng)在節(jié)能、環(huán)保以及動(dòng)力方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是由于電動(dòng)汽車發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在一些故障，基于行駛安全的需要，需要構(gòu)建檢測(cè)與診斷技術(shù)，以此滿足電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；驅(qū)動(dòng)故障；檢測(cè)；診斷技術(shù)

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要采取無刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)，基于電動(dòng)汽車越來越受社會(huì)歡迎的現(xiàn)實(shí)，完善電驅(qū)系統(tǒng)的安全是故障檢測(cè)與診斷技術(shù)發(fā)展所面臨的主要問題。

故障診斷系統(tǒng)主要包括故障自測(cè)試和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在線診斷，通過構(gòu)建電驅(qū)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)可以提高電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率，降低故障發(fā)生率。

一、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要故障和機(jī)理分析

綜合分析，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障有很多種，基于分析角度的不同，其可以分為多種故障形式，本文主要是基于電動(dòng)汽車故障的內(nèi)外因素進(jìn)行分類，分為自測(cè)試和在線診斷故障。自測(cè)試主要是按照故障點(diǎn)進(jìn)行分離，而在線診斷則是通過在線收集信號(hào)分離特征量的方式進(jìn)行診斷。

（一）自測(cè)試故障

自測(cè)試主要是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)體檢，自測(cè)試過程屬于自上而下的檢測(cè)模式，其主要是檢測(cè)各個(gè)組件的可用性，其主要包括：芯片故障，比如時(shí)鐘失效，而導(dǎo)致時(shí)鐘失效的原因是由于時(shí)鐘電路損壞而導(dǎo)致芯片失去作用；驅(qū)動(dòng)部分故障。自舉驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和獨(dú)立電源驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要電路，他們都需要使用光耦隔離控制信號(hào)，而由于電壓波動(dòng)過大而導(dǎo)致光耦出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障；傳感器失調(diào)。傳感器失調(diào)主要是由于信號(hào)調(diào)理電路故障引起的，而信號(hào)調(diào)理電路故障則是因?yàn)槭艿酵饨绺蓴_造成的，以溫度傳感器為例，由于長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致其老化嚴(yán)重進(jìn)而造成溫度電阻阻值變化引起溫度傳感器失效。

（二）在線診斷故障

在線診斷故障是避免電動(dòng)汽車突發(fā)性故障而導(dǎo)致汽車產(chǎn)生嚴(yán)重后果的保障，因此基于應(yīng)對(duì)突發(fā)故障的考慮，在線診斷應(yīng)該具有實(shí)時(shí)性、診斷過程與控制過程互不干擾性的特點(diǎn)。在線診斷故障主要包括：位置傳感器偏轉(zhuǎn)誤差故障，此種故障多是因?yàn)榘惭b、系統(tǒng)震動(dòng)等造成的，此種故障屬于漸進(jìn)性故障，當(dāng)其誤差超過一定限度之后才會(huì)影響到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率；過載故障，過載主要是輸出轉(zhuǎn)軸大于額定值，在電機(jī)系統(tǒng)中一般都有一個(gè)限定的過載能力，如果出現(xiàn)過載現(xiàn)象之后就會(huì)造成電機(jī)繞組內(nèi)熱積累并使繞組溫度提高，從而造成絕緣層出現(xiàn)老化，最終導(dǎo)致電驅(qū)系統(tǒng)出現(xiàn)過載故障；系統(tǒng)溫度故障，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很多溫度傳感器，一般溫度故障主要有系統(tǒng)溫度差異造成的故障和系統(tǒng)內(nèi)部工作造成的溫度故障，但是無論暗中溫度故障都會(huì)影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。

二、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)的方法

（一）自測(cè)試方法技術(shù)

基于自測(cè)試的內(nèi)容，自測(cè)試技術(shù)方法主要分為：

1） 電容自測(cè)試方法。直流母線部分電路中的電容在自測(cè)試中處于動(dòng)態(tài)輸出的器件，基于其對(duì)母線電容的充電中的輸入電流和電壓的變化參量，因此可以實(shí)現(xiàn)電容故障的檢測(cè)。基于該部分故障的形式，可以將自測(cè)試方法也分為基于故障表征的檢測(cè)方法和基于參數(shù)估計(jì)的方法?；诒碚鞯姆椒ㄏ鄬?duì)比較簡(jiǎn)單，而基于參數(shù)估計(jì)的方法則需要通過電容的動(dòng)態(tài)輸入和輸出變量估計(jì)電容模型的參數(shù)來進(jìn)行診斷。

2） 電機(jī)繞組匝間短路故障的自測(cè)試方法。電機(jī)匝間短路會(huì)引起電抗的變化，基于電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下可以向其注入高頻正嫻電壓信號(hào)得到電流變化的因素實(shí)現(xiàn)對(duì)其檢測(cè)。

（二）在線診斷技術(shù)的方法

1） IGBT開路故障的在線診斷技術(shù)。IGBT模塊是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，因此GIBT故障檢測(cè)也一直是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)研究的重點(diǎn)，IGBT故障主要分為CE極短路和開路故障。目前工業(yè)界對(duì)IGBT故障的檢測(cè)主要是檢測(cè)CE間的電壓進(jìn)行判斷，但是此種方法需要結(jié)合其他開關(guān)管G極的信號(hào)進(jìn)行判斷，因此其需要在系統(tǒng)層面完成。本文主要采取三相相電流信號(hào)進(jìn)行Park變換，以此合成定子電流矢量，并且根據(jù)矢量行為L(zhǎng)issajous波形以此判斷IGBT開路。

2） 電機(jī)繞組匝間短路故障的在線診斷技術(shù)。匝間短路屬于常見的故障之一，基于該故障主要是采取電機(jī)端電壓、線電流的諧波分析，通過此種方法可以快速的對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。例如當(dāng)電機(jī)組匝間發(fā)生短路之后，其會(huì)表現(xiàn)出某些特定的變化，尤其是電機(jī)的三相電流會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。當(dāng)然短路的匝數(shù)越多，該變化量也就越大，進(jìn)而釋放的電流矢量也就會(huì)越來越大，因此一般通過檢測(cè)負(fù)序電流就可以判斷電機(jī)的故障，為了檢驗(yàn)該技術(shù)的實(shí)效性，本文選擇一臺(tái)額定功率為4KW的三相異步電機(jī)，并且將電壓額定值確定為380V，額定電流為8A，將A進(jìn)行繞組短路，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為50、100、150以及200rpm，q軸電流為1、2、3、4A。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析可以看到當(dāng)電機(jī)繞組匝間出現(xiàn)短路故障的特征非常明顯，因此此種檢測(cè)技術(shù)有效。

3） 位置傳感器偏轉(zhuǎn)誤差故障的在線檢測(cè)技術(shù)。基于輸入功率檢測(cè)的在線監(jiān)測(cè)誤差角和實(shí)時(shí)容錯(cuò)的技術(shù)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置傳感器偏轉(zhuǎn)誤差故障檢測(cè)的主要技術(shù)，如果位置轉(zhuǎn)角出現(xiàn)誤差那么通過Park算式和Park逆算式計(jì)算的轉(zhuǎn)子坐標(biāo)量和定子坐標(biāo)量就會(huì)出現(xiàn)誤差，因此當(dāng)系統(tǒng)位置傳感器發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差時(shí)，電機(jī)的實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)輸出功率會(huì)發(fā)生變化，使得實(shí)際輸出電磁轉(zhuǎn)矩與計(jì)算轉(zhuǎn)矩不符，實(shí)際輸出功率與正常狀態(tài)下的輸出功率不等，因此通過檢測(cè)系統(tǒng)輸入功率判斷其故障是非常準(zhǔn)確的。

三、結(jié)語

總之，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，為切實(shí)提高電動(dòng)汽車行駛的安全性，必須要加強(qiáng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的檢測(cè)技術(shù)，以此降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的發(fā)生率。通過本文的論述所提出的基于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)大大提高了對(duì)驅(qū)動(dòng)故障的檢修速度，有效規(guī)避了各種潛在故障的發(fā)生率。

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