分析混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統(tǒng)原理及故障處理

薛剛 石昊天

中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津市 300222

1 引言

混合電動汽車，作為當(dāng)前新能源汽車行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，其在投入運行階段，電機控制器的作用穩(wěn)定性直接決定了車輛駕駛?cè)藛T的安全性。然而，在實踐控制過程中，驅(qū)動系統(tǒng)的檢測與診斷技術(shù)尚未完善，這就降低了混合電動汽車電機控制器運行使用的安全穩(wěn)定性。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)加大電機驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化研究力度，即將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果充分利用起來，以提升電機控制器運行使用故障的處理效率。

2 研究混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統(tǒng)原理及故障處理的現(xiàn)實意義

據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，混合電動汽車的運行使用過程，電機控制器故障的產(chǎn)生過程，就是該汽車技術(shù)運用狀況的變化過程。此變化會通過驅(qū)動電機系統(tǒng)的運行參數(shù)反映出來，具有豐富工作經(jīng)驗的技術(shù)人員可通過參數(shù)變化來判斷電機的運行控制狀態(tài)，進而找出電機控制器的運行使用故障。故而，驅(qū)動電機系統(tǒng)的檢測與診斷工作，就是通過實現(xiàn)電機運行產(chǎn)生參數(shù)的數(shù)據(jù)自動采集、顯示等目標(biāo)，來提高混合電動汽車電機控制器系統(tǒng)檢測與診斷工作開展的準(zhǔn)確性與效率的。然而，在實踐過程中，僅憑工作人員的經(jīng)驗并不能準(zhǔn)確判斷驅(qū)動電機系統(tǒng)的運行參數(shù)的變化規(guī)律，進而得出系統(tǒng)運行狀態(tài)的結(jié)果。為此，相關(guān)人員應(yīng)加大混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統(tǒng)工作原理的研究力度，以從理論角度輔助工作人員明確實踐工作開展的內(nèi)容方向，進而促進混合電動汽車行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展[1]。

3 混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統(tǒng)原理

研究表明，混合電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的檢測與診斷系統(tǒng)，是一種集成信號檢測與故障診斷為一體的信息處理系統(tǒng)。實際應(yīng)用過程，發(fā)揮作用的軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)，即利用計算機技術(shù)來對汽車運行使用的故障進行檢測。此外，該系統(tǒng)的運行控制由上位機，即PC機統(tǒng)一負(fù)責(zé)管理，能夠為故障監(jiān)視、診斷以及保護提供管理功能。如此，系統(tǒng)的運行控制就能在可靠性的環(huán)境下，提升系統(tǒng)的正常運行效果[2]。

對于電機控制器驅(qū)動電機的控制原理來說，主要的故障檢測與診斷控制對象是直流電機。直流電機中由外部引入控制的信號包括：檔位信號、電機轉(zhuǎn)速信號以及加速踏板信號，這些信號均能實現(xiàn)對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與運行方向的控制目標(biāo)。具體的控制過程，是利用改變PWM的占空比來調(diào)整電機兩端的電壓與電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。如圖1所示，為PWM輸出原理圖。

圖1 PWM輸出原理圖

圖1所示的PWM電路圖是從單片機輸出的，由于單邊機80C196KC的22管腳、23管腳以及39管腳所提供的3路PWM輸出周期固定，因此，無法適用于2K頻率控制回路的功率管進行占空比的導(dǎo)通，進而實現(xiàn)電樞回路電流的調(diào)控目標(biāo)。因此，檢測與診斷技術(shù)人員不應(yīng)采用單片機自帶的PWM控制端，而是采用高速輸出口的HSOO（High Speed Output），來對PWM的占空比輸出進行控制。此外，由于圖1所示采用的跳線開關(guān)能夠?qū)WM輸出端口起到擴展作用，因此，應(yīng)根據(jù)跳線開關(guān)來確定單片機端口類型，進而實現(xiàn)PWM波的輸出目標(biāo)。這里可供選擇的端口類型主要有兩種，即HSO端口與PWM端口[3]。

4 混合電動汽車電機控制器的故障處理目標(biāo)

在對混合電動汽車電機控制器系統(tǒng)進行總體設(shè)計過程中，故障處理工作的開展應(yīng)綜合考慮硬件與軟件兩方面因素，進而提高整體工作的分工合理性。具體來說，在硬件方面，驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的應(yīng)將低功耗、低故障率以及高抗擾能力，作為設(shè)計控制重點，進而強化系統(tǒng)計算機硬件的擴展能力。如此，就可以便捷的故障處理狀態(tài)作用于軟件程序升級與維護工作的開展。在軟件設(shè)計方面，故障處理人員應(yīng)極可能的提升系統(tǒng)程序的通用能力與操作界面的友好程度，進而提升系統(tǒng)運用實踐的移植能力[4]。

5 混合電動汽車電機控制器故障處理的優(yōu)化控制對策

5.1 明確系統(tǒng)故障診斷重點

電機與驅(qū)動系統(tǒng)，作為混合電動汽車的中心，在電動汽車用電設(shè)備的增加與電動汽車的研發(fā)背景下，除了對供電電源提出了更高的運行要求，還對驅(qū)動系統(tǒng)運行的可靠性、可測試性以及維護性提出了新的要求。而驅(qū)動系統(tǒng)中故障問題沒有得到及時的糾正，就會進一步擴大，進而改變系統(tǒng)的使用狀態(tài)，最終造成系統(tǒng)運行功能失效。此系統(tǒng)運行狀態(tài)下，混合電動汽車的正常運行就會受到影響，嚴(yán)重的甚至?xí){駕駛?cè)藛T的生命財產(chǎn)安全。為此，故障診斷控制人員應(yīng)將工作開展的重點集中在測試系統(tǒng)的完善上，即通過減少不必要的故障發(fā)生，以提高混合電動汽車運行使用的安全性。此過程，測試系統(tǒng)的完善對象應(yīng)集中在：控制器失效。即具體的問題現(xiàn)象為：控制器工作時斷時續(xù)、控制器內(nèi)部供電電源損壞、功率管器件損壞以及連接線磨損與接觸不良等[5]。

5.2 故障診斷的實時控制

經(jīng)分析，在混合電動汽車電機控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，獨立控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)間需要進行必要的數(shù)據(jù)交換。為此，系統(tǒng)控制人員可通過串行通信，來提高通信的可靠、高效以及成本控制效果。具體來說，只要遵循統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，就可得到相對廣泛的應(yīng)用。針對當(dāng)前行業(yè)市場環(huán)境的發(fā)展需求，故障診斷實時控制目標(biāo)的實現(xiàn)，可通過開發(fā)單片機，將其作為故障診斷系統(tǒng)核心，以對混合電動汽車的運行情況數(shù)據(jù)進行實時采集。當(dāng)電機控制器驅(qū)動系統(tǒng)完成了運行數(shù)據(jù)的采集與電機控制的相關(guān)工作后，就可通過串行口將數(shù)據(jù)信息傳遞至上位機，以供處理與顯示。如此，系統(tǒng)，就可對整個驅(qū)動系統(tǒng)的運行參數(shù)進行實時故障診斷，以提高電流、電壓以及加速油門踏板等參數(shù)調(diào)整的適用性[6]。

對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行控制，應(yīng)將數(shù)據(jù)采集部分的工作劃分為兩個部門，即系統(tǒng)運行參數(shù)檢測與診斷系統(tǒng)，以為系統(tǒng)運行的性能分析與故障診斷提供可靠的信息數(shù)據(jù)。在選擇診斷參數(shù)的過程中，相關(guān)人員應(yīng)明確系統(tǒng)運行參數(shù)是用來反映電機運行狀態(tài)的。但在實踐過程中，結(jié)構(gòu)參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)變化存在一定聯(lián)系，即一個結(jié)構(gòu)參數(shù)變化很有可能導(dǎo)致多個狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化，而一個狀態(tài)參數(shù)變化又會導(dǎo)致多個結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化。因此，具體的診斷參數(shù)選擇工作的開展，應(yīng)遵循既定的原則，來提高驅(qū)動系統(tǒng)診斷參數(shù)確定的科學(xué)有效性。

首先，診斷參數(shù)的選用應(yīng)能突出反映混合電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的性能與故障作用狀態(tài)。即能夠以正常狀態(tài)作用于故障狀態(tài)的整個工作周期內(nèi)，且相對變化率應(yīng)較大。其次，診斷參數(shù)的確定，應(yīng)易于測量且控制好參數(shù)值的離散度。再次，確定的診斷參數(shù)還應(yīng)控制在結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的范圍內(nèi)，且不可出現(xiàn)超出極限值與非單值變化的規(guī)律。此外，診斷范圍內(nèi)的參數(shù)變化應(yīng)具有某種規(guī)律性，以為故障的處理提供環(huán)境條件。最后，診斷參數(shù)的選擇，還應(yīng)遵循少而精的原則，來提高驅(qū)動系統(tǒng)運行故障的優(yōu)化控制[7]。

6 結(jié)語

綜上所述，混合電動汽車控制器的檢測與診斷系統(tǒng)，應(yīng)將故障處理的重點放在診斷參數(shù)選擇、實時診斷數(shù)據(jù)以及控制器失效等方面，以提升系統(tǒng)運行的效率與安全性。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的電機控制器系統(tǒng)診斷與檢測方法運用于混合電動汽車，進而促進其所處行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展進程。故，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果更多地作用于各種電機控制器產(chǎn)品當(dāng)中，進而為混合電動汽車提供安全可靠的發(fā)展運行環(huán)境。