混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷

王震 解埡嶺

摘要：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)采用了兩種動(dòng)力裝置，兼?zhèn)淞藘?nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)，既能充分發(fā)揮燃料發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)力性能好的特點(diǎn)，又能發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車；電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；故障診斷

1.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車及電機(jī)的基本認(rèn)識(shí)

1.1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的含義及特點(diǎn)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指配置兩種或多種不同動(dòng)力能源的汽車，常見汽車可裝載提供動(dòng)力的動(dòng)力源有蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池板、內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)電機(jī)組等。我國(guó)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車通常是通過(guò)內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)輔之以車載蓄電池的電動(dòng)汽車，在汽車起步、加速、勻速、減速、剎車等工況下兩種能源能進(jìn)行有效的分工合作，減少了燃油消耗并降低尾氣排放，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最終目標(biāo)?，F(xiàn)階段我國(guó)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車大多使用小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，較好地控制了燃油的消耗，能夠讓發(fā)動(dòng)機(jī)在行駛過(guò)程中常處于高效低排放的工作區(qū)域，降低了廢氣排放量，確保能量轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)最大化，且在交通擁擠的城市商業(yè)區(qū)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，從而實(shí)現(xiàn)城市零排放。不僅如此，電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)共同驅(qū)動(dòng)極大地提高了車輛動(dòng)力性。以豐田混合動(dòng)力汽車為例，該車有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電池兩種動(dòng)力源，在汽車起動(dòng)及時(shí)速低于 24 公里時(shí)，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)不工作；當(dāng)汽車行駛時(shí)速超過(guò) 24 公里及突然加速時(shí)，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作；當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，電池為空調(diào)、音響、尾燈等汽車輔助設(shè)施提供能量，從而減少燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷；而當(dāng)汽車減速和剎車時(shí)，汽車的制動(dòng)能量為電池充電，最大限度地提高了能源的利用率。

1.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類

在混合動(dòng)力的電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是特別重要的，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主要有直流電機(jī)、交流電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)等。目前在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用方式比較多的是差速驅(qū)動(dòng)和單電機(jī)減速驅(qū)動(dòng)，但是由于目前許多地區(qū)的環(huán)境和地形的不同，對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制方式也應(yīng)該是不同的，對(duì)于這種情況需要進(jìn)行系統(tǒng)建模、電氣仿真等，這樣才能更好的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)置，對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速、壽命等這些都是和環(huán)境緊密相關(guān)的，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類、驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)置都是非常重要的。

2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的概念

2.1 汽車故障診斷技術(shù)的定義與發(fā)展

汽車故障診斷是指當(dāng)汽車行駛技術(shù)狀況變差，部分或完全喪失工作能力，在汽車不解體或者僅拆下部分零部件條件下，為確定汽車技術(shù)狀況、查明故障部位及原因而進(jìn)行的檢測(cè)，最終給出分析和判斷。汽車構(gòu)造隨科技發(fā)展愈來(lái)愈復(fù)雜，對(duì)汽車故障診斷技術(shù)的要求亦越來(lái)越高。早期汽車診斷依靠人工診斷，僅憑經(jīng)驗(yàn)豐富的工人對(duì)汽車耳聽手摸來(lái)尋找故障。萬(wàn)用表等專用儀器的使用，為汽車故障診斷提供了一定的依據(jù)。汽車帶有故障自診斷系統(tǒng)，人們通過(guò)故障解碼儀讀出汽車各個(gè)部位的故障，對(duì)汽車故障的診斷更加便捷?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)水平突飛猛進(jìn)，人工智能的發(fā)展促使汽車故障診斷向更智能的方向發(fā)展。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的任務(wù)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷的依據(jù)就是要建立系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型，要按照先驗(yàn)信息和輸入與輸出的關(guān)系來(lái)建立，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)是從可檢測(cè)和不可檢測(cè)的估量中來(lái)判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障。故障的估量，是在檢測(cè)到故障發(fā)生的性質(zhì)后估算出故障發(fā)生的大小程度與發(fā)生時(shí)間等參數(shù)，根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的類別，評(píng)估與決策判斷出故障的嚴(yán)重程度，以及故障對(duì)系統(tǒng)造成的影響，根據(jù)不同的狀況采取不同的解決措施，其中包括系統(tǒng)重新構(gòu)建和保護(hù)系統(tǒng)的啟動(dòng)等。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的意義

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)故障檢測(cè)的主要任務(wù)就是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且發(fā)出警報(bào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞對(duì)整個(gè)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的影響至關(guān)重要，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的診斷則更為棘手。在串聯(lián)混合動(dòng)力汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，用于車用蓄電池充電，而電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)車輪的全部扭矩。在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)通常工作于燃燒效率最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，由電動(dòng)機(jī)來(lái)補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)與駕駛意圖之間所產(chǎn)生的扭矩差。在低速、加速、高速、制動(dòng)、爬坡等工況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需提供安全可靠的所需動(dòng)力，故對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷十分重要。一般而言，無(wú)論是什么樣的檢測(cè)系統(tǒng)都不會(huì)百分之百地檢測(cè)出系統(tǒng)的每一個(gè)故障，故能夠提高系統(tǒng)故障的檢測(cè)率及降低系統(tǒng)檢測(cè)故障的錯(cuò)誤率一直是診斷領(lǐng)域和故障檢測(cè)系統(tǒng)的研究課題，對(duì)混動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的主要內(nèi)容是正確分析出電機(jī)系統(tǒng)故障所發(fā)生的位置，判斷出該故障發(fā)生的類別，并且預(yù)算出故障發(fā)生的大小程度及發(fā)生時(shí)間，從而進(jìn)行決策與評(píng)價(jià)。

3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的過(guò)程

3.1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的診斷流程

與內(nèi)燃機(jī)汽車不同，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中有高壓線路，在對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車檢查前，要帶好絕緣手套。待車輛駛?cè)刖S修車間，問(wèn)詢客戶關(guān)于車輛出現(xiàn)的問(wèn)題，將智能測(cè)試儀連接到數(shù)據(jù)鏈路插接口，若測(cè)試儀器顯示通信故障，則檢查數(shù)據(jù)鏈路插接口。檢查同時(shí)記錄故障診斷碼與定格數(shù)據(jù)。若輸出和 CAN 通信系統(tǒng)有關(guān)故障的故障診斷碼，那么應(yīng)先檢查并修理 CAN 通信。將故障診斷碼清除，若故障未出現(xiàn)則進(jìn)行癥狀模擬，若故障出現(xiàn)，檢查故障診斷碼并查表，進(jìn)行電路檢查、識(shí)別故障、調(diào)整或修理。

3.2 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的原因分析

電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)是機(jī)械部件與電子部件結(jié)合并運(yùn)行的系統(tǒng)，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，其與電能存儲(chǔ)器、電源變換器等的結(jié)合使系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的原因較多，可能出現(xiàn)的故障有電機(jī)本體故障、電機(jī)控制器故障、電機(jī)系統(tǒng)供電電源故障或電機(jī)系統(tǒng) CAN 通信故障等。電機(jī)的定子鐵心或繞組出現(xiàn)問(wèn)題、轉(zhuǎn)子不平衡、軸承帶電或震動(dòng)等將會(huì)引起電機(jī)本體故障，逆變單元與控制單元故障會(huì)造成電機(jī)控制器故障，電機(jī)系統(tǒng)供電電源故障可能為高壓直流電源故障和低壓直流電源故障，CAN 傳輸線路的短路或斷路、CAN 傳輸信號(hào)被干擾或信號(hào)錯(cuò)誤等會(huì)引起電機(jī)系統(tǒng) CAN 通信故障。若電機(jī)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)溫情況，較大的電流流經(jīng)電機(jī)、電機(jī)的鐵心短路、軸承出現(xiàn)問(wèn)題或冷卻水路不暢等都可能是造成諸多過(guò)溫故障情況的直接原因。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的方法

模擬仿真軟件的發(fā)展使得各個(gè)領(lǐng)域的研究變得更為直觀快捷，目前，一般采用模擬仿真的方法對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的研究。建立電動(dòng)機(jī)故障診斷的模型（如：選用神經(jīng)元模型），較傳統(tǒng)的故障診斷方法而言，基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法更為行之有效。亦可借助 LabVIEW（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）軟件，設(shè)計(jì)故障診斷模塊的界面，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的實(shí)時(shí)仿真。

總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，我國(guó)的工業(yè)化水平也得到了很大的提升，混合動(dòng)力電動(dòng)車也得到了廣泛的應(yīng)用，但驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作效率是人們特別關(guān)心的問(wèn)題，在使用前也要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，排查各種潛在的危險(xiǎn)因素，采取一些預(yù)防策略，預(yù)防事故的發(fā)生，保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常、安全工作。即使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障，也要能夠快速檢查出故障的原因，保證在運(yùn)行中不會(huì)影響人們的生命健康安全。為了能夠提高故障檢測(cè)效率，必須要與我們新的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，做好日常的維護(hù)工作，要符合社會(huì)發(fā)展和滿足人們交通正常使用的需求，這樣才可保證我們交通運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：長(zhǎng)城汽車股份有限公司 股份品質(zhì)管理部）