電動(dòng)汽車的故障診斷系統(tǒng)

安曉峰，尹　磊，陳立建

（江蘇卡威汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇丹陽(yáng)212300）

電動(dòng)汽車的故障診斷系統(tǒng)

安曉峰，尹磊，陳立建

（江蘇卡威汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇丹陽(yáng)212300）

主要介紹電動(dòng)汽車故障診斷的重要性，詳細(xì)分析各種故障的診斷編碼、等級(jí)分類及顯示的方法，并根據(jù)故障等級(jí)，提出整車控制器采取的應(yīng)對(duì)措施。

電動(dòng)汽車；整車控制器；故障診斷；故障處理

目前，整車控制器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車的基本駕駛和能量管理、安全管理功能，電動(dòng)汽車能夠按照整車控制器的基本策略完成起步、驅(qū)動(dòng)、能量回饋等功能［1］。但是由于我國(guó)電動(dòng)汽車工業(yè)起步比較晚，電動(dòng)汽車技術(shù)處于快速發(fā)展期，故障率非常高，但維修人員對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)程度低，而且電動(dòng)汽車高壓危險(xiǎn)性比較大。整車控制器故障診斷系統(tǒng)可以提高客戶對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)，故障代碼有助于維修人員準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，使維修切入點(diǎn)比較快，整車控制器對(duì)故障代碼的分類和處理能夠提高電動(dòng)汽車行駛的安全性。因此，完整的整車控制器診斷系統(tǒng)是電動(dòng)汽車車輛維修和車輛安全的保證。

本文分析了電動(dòng)汽車整車控制器故障診斷思想，集成混合動(dòng)力系統(tǒng)部件故障，形成一套完整的故障代碼，根據(jù)其性質(zhì)和危害性進(jìn)行等級(jí)分類，并且通過(guò)儀表顯示，最終整車控制器根據(jù)故障等級(jí)采取相應(yīng)的安全措施。

1　整車控制器故障診斷

整車控制器是電動(dòng)汽車的核心部件之一，承擔(dān)著為所有部件分配任務(wù)，協(xié)調(diào)所有部件有序運(yùn)行，并且保證整車安全行駛的功能。目前，傳統(tǒng)意義上的整車控制器通過(guò)CAN總線、模擬電壓、開關(guān)量、PWM等方式與整車其他部件進(jìn)行通訊，基本實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電機(jī)助力和能量回饋等功能。但當(dāng)電動(dòng)汽車出現(xiàn)故障時(shí)，此類整車控制器無(wú)法有效地分析出電動(dòng)汽車故障，不利于維修人員進(jìn)行檢測(cè)維修。即使部分信號(hào)能夠通過(guò)整車控制器檢測(cè)，但是也沒(méi)有專業(yè)的故障代碼生成，最重要的是沒(méi)有把故障顯示出來(lái)，也沒(méi)有針對(duì)故障實(shí)施相應(yīng)的處理措施。

1.1整車控制器輸入信號(hào)診斷

通常對(duì)于整車控制器輸入引腳來(lái)說(shuō)，都存在三種狀態(tài)：高電平、低電平和懸空。如圖1所示，該整車控制器輸入引腳為高電平信號(hào)，即開關(guān)閉合時(shí)整車控制器引腳處于高電平狀態(tài)；而當(dāng)開關(guān)未閉合時(shí)，該引腳為常接低電平狀態(tài)；而當(dāng)該輸入引腳未接收低電平和高電平時(shí)，即處于懸空狀態(tài)。對(duì)于整車控制器輸入信號(hào)判斷邏輯而言，只有兩種信號(hào)：當(dāng)高電平信號(hào)接入時(shí)，即開關(guān)閉合，該輸入引腳處于高電平狀態(tài)，邏輯為1；當(dāng)高電平信號(hào)未接入時(shí)，該輸入引腳處于低電平狀態(tài)，邏輯為0。如果整車控制器無(wú)法接收到該兩種信號(hào)的任意一種，即可判定該輸入引腳處于懸空狀態(tài)。輸入引腳處于懸空狀態(tài)即可說(shuō)明該輸入引腳處于斷開狀態(tài)，進(jìn)而可以判斷該引腳所在線束為斷開或者該引腳未接入其他設(shè)備。相反，低電平信號(hào)的判斷邏輯為當(dāng)信號(hào)接入時(shí)，邏輯為0；當(dāng)信號(hào)未接入時(shí)，邏輯為1，同樣懸空狀態(tài)下可以判斷線束故障。

1.2整車控制器輸出信號(hào)診斷

當(dāng)整車控制器與其他設(shè)備通訊時(shí)，整車控制器的部分輸出信號(hào)為重要信號(hào)，所以整車控制器需要確認(rèn)該輸出信號(hào)是否進(jìn)入某些設(shè)備。因此，需要該設(shè)備給出回饋信號(hào)，如圖2所示。

這是一種重要信號(hào)的握手機(jī)制，整車控制器需要輸出信號(hào)控制某設(shè)備。雖然整車控制器思想邏輯正確了，但是無(wú)法判斷該設(shè)備是否正常收到整車控制器發(fā)出的信號(hào)。當(dāng)設(shè)備接收到該握手信號(hào)時(shí)，設(shè)備給出回饋信號(hào)，整車控制器檢測(cè)到回饋信號(hào)，確定該設(shè)備已經(jīng)對(duì)接下來(lái)的控制做好準(zhǔn)備后，整車控制器繼續(xù)與該設(shè)備通訊。如果整車控制器無(wú)法接收回饋信號(hào)，則說(shuō)明整車控制器與該設(shè)備信號(hào)中斷，產(chǎn)生與該設(shè)備通訊中斷故障。

1.3油門踏板信號(hào)診斷

如圖3所示，根據(jù)某廠家給出的油門踏板輸出特性曲線［2］，油門踏板具有如下特性：兩路油門踏板輸出電壓為兩倍關(guān)系；油門踏板輸出電壓存在最低電壓和最高電壓。根據(jù)油門踏板上述特性，整車控制器做出以下診斷方式：

1）接收兩路油門信號(hào)，根據(jù)兩路油門信號(hào)電壓值進(jìn)行兩倍關(guān)系判斷。如果電壓值處于正常兩倍關(guān)系時(shí)，油門根據(jù)任意一路進(jìn)行采集；如果不是處于兩倍關(guān)系時(shí)，整車控制器輸出油門故障。

2）整車控制器采集任意一路油門踏板信號(hào)后，判斷該值是否在廠家給出的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。如果超出范圍，則顯示油門故障，并且做出相應(yīng)處理。

通過(guò)以上兩種特性可以判斷油門信號(hào)會(huì)產(chǎn)生三種故障，即兩路油門關(guān)系故障、單路油門電壓超高線和超低線故障。

1.4 CAN總線數(shù)據(jù)診斷

電動(dòng)汽車大部分動(dòng)力部件都通過(guò)CAN總線通訊，所以CAN總線數(shù)據(jù)是否接收正常對(duì)整車控制器而言至關(guān)重要。如圖4所示，針對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)診斷，整車控制器預(yù)先設(shè)定接收某設(shè)備數(shù)據(jù)的周期，例如100ms接收一次，如果整車控制器在單個(gè)周期時(shí)間內(nèi)未接收到該設(shè)備發(fā)送的CAN報(bào)文數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)加1，設(shè)定num等于50，即連續(xù)50次未接收到該設(shè)備CAN報(bào)文數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生CAN報(bào)文接收超時(shí)，輸出故障碼；如果整車控制器在50次內(nèi)接收到該設(shè)備報(bào)文，即說(shuō)明整車控制器與該設(shè)備通訊正常［3］。在此過(guò)程中，周期100ms和次數(shù)50的乘積為報(bào)文超時(shí)周期，即5 s，也就是說(shuō)，如果整車控制器在5 s內(nèi)未接收到某設(shè)備的CAN報(bào)文數(shù)據(jù)時(shí)，輸出該設(shè)備CAN通訊異常故障（具體報(bào)文超時(shí)時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定）。

1.5新能源動(dòng)力系統(tǒng)部件故障診斷

電動(dòng)汽車包含純電動(dòng)和混合動(dòng)力等新能源汽車，電動(dòng)汽車包含很多新能源部件，包括電機(jī)、鋰電池、發(fā)動(dòng)機(jī)等，每個(gè)部件都有各自的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)都會(huì)為每個(gè)部件進(jìn)行故障分析，對(duì)應(yīng)生成故障列表［4-5］。例如，電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)，針對(duì)電池本身特性會(huì)產(chǎn)生電池電壓過(guò)高、電流過(guò)高、單體電壓溫度高等故障［6］。

在整車行駛過(guò)程中，整車控制器通過(guò)CAN總線與動(dòng)力系統(tǒng)部件通訊，接收故障信號(hào)報(bào)文，然后通過(guò)解析故障報(bào)文數(shù)據(jù)，集成所有故障。例如，整車控制器通過(guò)CAN總線讀取電池故障報(bào)文，解析報(bào)文數(shù)據(jù)后，對(duì)照電池故障列表，顯示故障。

2　故障代碼生成及處理

2.1故障代碼生成

整車控制器通過(guò)自檢或者讀取報(bào)文故障的方式，整理和收集所有電動(dòng)汽車故障。每個(gè)電動(dòng)汽車部件都有各自的固有故障，整車控制器把所有故障按照一定的方式進(jìn)行編號(hào)，生成故障代碼。如電池CAN通訊故障代碼BC 001，下面以此故障代碼（BC 001）來(lái)分析編號(hào)規(guī)則和故障代碼產(chǎn)生的重要信息。

1）字母“B”表示電動(dòng)汽車部件型號(hào)。電動(dòng)汽車包含整車控制器、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池等部件，其中整車控制器用V表示，電機(jī)用M表示，發(fā)動(dòng)機(jī)用E表示，電池用B表示。每個(gè)故障代碼的首字母代表發(fā)生故障的部件，所以上述例子中電池故障的首字母為B。

2）字母“C”表示電動(dòng)汽車部件的故障類型代號(hào)。電動(dòng)汽車部件故障包含CAN總線故障、信號(hào)故障、過(guò)壓、過(guò)流、絕緣、溫度等，分別為各種故障分配故障類型代號(hào)。例如CAN總線故障用C表示，信號(hào)故障用D表示，過(guò)壓用V表示，過(guò)流用A表示，絕緣故障用M表示，溫度故障用T表示等。另外，電動(dòng)汽車某些部件存在自身固有故障，可單獨(dú)為該故障分配故障類型代號(hào)，例如電池SOC故障，可用S表示。每種故障都可分配故障類型代號(hào)，所以上述故障中C代表電池CAN總線故障。

3）數(shù)字“001”表示內(nèi)部故障編號(hào)。上述例子中001可以表示為電池動(dòng)力CAN總線出現(xiàn)故障，其他順序編號(hào)故障可以存在電池內(nèi)部CAN總線故障，電池充電系統(tǒng)CAN總線故障等。

2.2故障等級(jí)及其處理措施

每種電動(dòng)汽車故障都有各自的危害程度，或輕或重。根據(jù)集成的故障代碼，為每種故障分配等級(jí)，根據(jù)故障給整車帶來(lái)的危害程度可分成一級(jí)故障、二級(jí)故障、三級(jí)故障等類別［7］。一級(jí)故障，即危害程序最大，可能造成車輛和乘客發(fā)生安全隱患，或者整車會(huì)出現(xiàn)部件嚴(yán)重?fù)p壞的情況。二級(jí)故障，車輛和乘客的安全性基本可以保障，但是正常行駛時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成部件嚴(yán)重?fù)p壞。三級(jí)故障，車輛和乘客的安全性完全可以保障，只是電動(dòng)部件出現(xiàn)了一些小故障，不影響整車運(yùn)行。

整車控制器根據(jù)故障等級(jí)做出相應(yīng)的處理措施［8］：一級(jí)故障危害性最大，整車控制器檢測(cè)到該等級(jí)故障，主動(dòng)斷掉驅(qū)動(dòng)部分，保證制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、燈光及信號(hào)部分正常工作，車輛依靠慣性緩慢行駛，并且由駕駛員采取制動(dòng)停車，汽車停穩(wěn)后，整車控制器主動(dòng)斷電；二級(jí)故障可能問(wèn)題并非嚴(yán)重，可以緩慢行駛，所以整車控制器檢測(cè)到該故障等級(jí)時(shí)，把故障代碼發(fā)送給儀表，儀表顯示報(bào)警，提醒駕駛員行車安全，并且整車控制器主動(dòng)限制主要部件的輸出功率或者限速等；三級(jí)故障危害性不大，整車控制器可以把故障代碼發(fā)送給儀表，顯示相應(yīng)故障類型（如過(guò)流、SOC過(guò)低，電池欠壓，電機(jī)扭矩過(guò)大等）。部分故障等級(jí)及整車控制器自動(dòng)采取的處理措施見(jiàn)表1。

表1　故障等級(jí)及處理措施

2.3故障顯示和查詢

雖然整車控制器能夠根據(jù)故障等級(jí)自動(dòng)采取相應(yīng)措施，但是客戶無(wú)疑更加希望了解電動(dòng)汽車的故障到底是什么，包括維修人員也希望能夠通過(guò)故障查詢來(lái)實(shí)施對(duì)電動(dòng)汽車的維修救援服務(wù)。故障顯示也有利于客戶行駛過(guò)程的安全性，通過(guò)以下兩種方式可以實(shí)施電動(dòng)汽車故障的顯示或查詢。

1）整車控制器集成所有故障后通過(guò)CAN總線發(fā)送至儀表，儀表解析整車控制器故障診斷報(bào)文數(shù)據(jù)。根據(jù)接收到的故障代碼，點(diǎn)亮相應(yīng)的故障燈［9-10］；根據(jù)故障燈了解故障情況，及時(shí)作出相應(yīng)處理。

2）開發(fā)帶有藍(lán)牙或者WiFi功能的故障診斷儀，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式接收整車控制器發(fā)出的故障代碼，自動(dòng)解析所檢測(cè)到的電動(dòng)汽車的故障信息，以便于維修人員進(jìn)行維護(hù)。

3　結(jié)束語(yǔ)

由于電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)燃油車增加了很多電力電子設(shè)備，所以很多故障都和傳統(tǒng)燃油車有差別。目前，電動(dòng)汽車在制造過(guò)程中只追求基本行駛功能，而忽視了電動(dòng)汽車的后續(xù)維護(hù)問(wèn)題，所以規(guī)范處理電動(dòng)汽車的故障問(wèn)題對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展至關(guān)重要。整車控制器作為電動(dòng)汽車的核心，如果集成了整車所有電子設(shè)備的故障，它就具有管理所有故障問(wèn)題的優(yōu)先條件。整車控制器可以通過(guò)自檢和集成的方式收集故障，從而編寫故障代碼，判斷故障等級(jí)，并通過(guò)故障等級(jí)做出相應(yīng)處理，以保證電動(dòng)汽車的安全性。同時(shí)，可以通過(guò)特有的通訊方式來(lái)顯示故障，并通過(guò)先進(jìn)的故障診斷儀可以保證維修人員高效地維修電動(dòng)汽車。

［1］李歡，何鋒，蔣雪生.基于模糊控制的氣電混合動(dòng)力客車控制策略研究［J］.客車技術(shù)與研究，2015，37（1）：7-9.

［2］秦健平，霍俊全.電子油門踏板理論計(jì)算及人機(jī)工程淺析［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2014（7）：69-72.

［3］金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司.汽車CAN通訊失效檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法：2012105173506［P］.2012-12-06.

［4］馮培燕.電機(jī)故障診斷方法綜述［J］.科學(xué)與財(cái)富，2015（16）：25-26.

［5］SAE美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì).CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：SAE J1939［S］.

［6］袁學(xué)慶，趙林，劉利，等.動(dòng)力鋰電池組與管理系統(tǒng)的故障診斷［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014，27（8）：147-148.

［7］ISO.道路車輛功能安全：ISO 26262［S］.

［8］顧振宇.純電動(dòng)汽車典型故障診斷與處理［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2015（7）：42-44.

［9］全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電動(dòng)汽車用儀表：GB/T 19836-2005［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［10］蘇州海格新能源汽車電控系統(tǒng)科技有限公司.汽車動(dòng)力管理系統(tǒng)：201110334266.6［P］.2011-10-29.

修改稿日期：2016-03-05

Diagnosis System of Electric Vehicle Fault

An Xiaofeng，Yin Lei，Chen Lijian
（Jiangsu Kawei Automotive Industry Group Co.，Ltd，Danyang212300，China）

The authors mainly introduce the importance of the fault diagnosis for the electric vehicle，and detailedly analyze each kind of fault diagnosis coding，classification and displaying methods.Last，according to the fault levels，they propose the countermeasures of the vehicle controller.

electric vehicle；vehicle controller；fault diagnosis；fault handling

U469.72；U463.6

B

1006-3331（2016）03-0048-04

安曉峰（1988-），男，軟件工程師；主要從事整車系統(tǒng)集成和整車控制器的研發(fā)工作。