全電驅(qū)動(dòng)工程車輛故障診斷與處理策略研究

江和耀　劉家勝　陸銀

摘要：針對(duì)電動(dòng)汽車電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高的問(wèn)題，為了提高電動(dòng)汽車行駛的安全性，以及幫助維修人員準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，以某型采用全電力驅(qū)動(dòng)的大型工程車輛為例，設(shè)計(jì)了整車控制器的故障診斷及處理策略，采用分級(jí)式故障診斷及處理方法，設(shè)計(jì)了每個(gè)故障等級(jí)下的處理軟件算法，最后進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：故障診斷，故障分級(jí)，故障處理

Abstract： The electric structure of electric vehicle is complex and the filure rate is high. Designing fault diagnosis and processing strategy（FDPT） of vehicle controller unit（VCU） can not only improve the safety of electric vehicle， but also help maintenance engineer to find fault points accurately. In this paper， a FDPT of VCU is designed for a large engineering vehicle driven by electric power. The hierarchical method of FDPT is adopted， and a software algorithm for each fault level is designed. Finally， the simulation is carried out.

Key words： Fault Diagnosis; Fault Grading; Fault Processing

1? 概述

我國(guó)電動(dòng)汽車工業(yè)起步較晚，電動(dòng)汽車技術(shù)處于快速發(fā)展期。電動(dòng)汽車相對(duì)傳統(tǒng)燃油動(dòng)力汽車，機(jī)械結(jié)構(gòu)方面較為簡(jiǎn)單，傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)較少，但電氣結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，故障率升高[1]，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與處理可以提高客戶對(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)故障的分級(jí)和處理能夠提高電動(dòng)汽車行駛的安全性[2-3]。

現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面[4]：（1）檢測(cè)設(shè)備智能化，特點(diǎn)是虛擬儀器與信號(hào)處理技術(shù)的廣泛使用;（2）資料數(shù)據(jù)在線化，特點(diǎn)是交互式電子技術(shù)手冊(cè)的使用;（3）故障診斷信息的網(wǎng)絡(luò)化，表現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)診斷和遠(yuǎn)程診斷相結(jié)合;（4）數(shù)據(jù)反饋實(shí)時(shí)化，可以把診斷過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件回傳到汽車生產(chǎn)商指定的數(shù)據(jù)庫(kù);（5）故障診斷專家系統(tǒng)，特點(diǎn)就是在必要時(shí)呼出存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中專家們的知識(shí)，使初學(xué)者也能得出接近專家們的判斷。

2? 分級(jí)式故障診斷及處理策略

某大型工程車輛采用全電力驅(qū)動(dòng)，底盤(pán)動(dòng)力總成部分主要包括柴油發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器等，整車電氣子系統(tǒng)較多，發(fā)生故障的點(diǎn)位及概率增加。柴油發(fā)電機(jī)組和各個(gè)驅(qū)動(dòng)器將各自的故障信息通過(guò)CAN通信上報(bào)給整車控制器，由整車控制器進(jìn)行故障診斷及處理，采用分級(jí)式故障處理策略，診斷方式及診斷操作過(guò)程如下：

（1）一級(jí)故障：該等級(jí)故障為切斷驅(qū)動(dòng)器高壓故障。整車控制器接收到四個(gè)驅(qū)動(dòng)器或發(fā)電機(jī)組之中任何一個(gè)子系統(tǒng)上傳的一級(jí)故障后，整車控制器通過(guò)控制信號(hào)的輸出關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)器使能并切斷驅(qū)動(dòng)器高壓供電。

（2）二級(jí)故障：該等級(jí)故障為請(qǐng)求關(guān)機(jī)故障。當(dāng)整車控制器接收到四個(gè)驅(qū)動(dòng)器和發(fā)電機(jī)組任何一個(gè)子系統(tǒng)上傳的二級(jí)故障以及整車控制器檢測(cè)到發(fā)電機(jī)組和任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的通訊故障后，將控制四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)轉(zhuǎn)矩輸出，車輛將不能行駛。駕駛員或技術(shù)人員可根據(jù)具體的故障情況來(lái)選擇關(guān)機(jī)與否。

（3）三級(jí)故障：該等級(jí)故障為降功率故障。當(dāng)整車控制器接收到四個(gè)驅(qū)動(dòng)器或發(fā)電機(jī)組上傳的三級(jí)故障，將限制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出為原來(lái)的一半，從而達(dá)到限制系統(tǒng)功率輸出。當(dāng)車輛出現(xiàn)該等級(jí)故障時(shí)駕駛員可繼續(xù)低速行駛，跛行返回。

分級(jí)式故障處理實(shí)現(xiàn)功能如圖1所示，分級(jí)式故障處理控制策略如圖2所示

3? 故障處理軟件設(shè)計(jì)

按照網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議要求，動(dòng)力系統(tǒng)各零部件ECU當(dāng)前狀態(tài)碼及故障碼定義如表1。

3.1? 一級(jí)故障

在驅(qū)動(dòng)器1（MC1）、驅(qū)動(dòng)器2（MC2）、驅(qū)動(dòng)器3（MC3）、驅(qū)動(dòng)器4（MC4）、發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）、發(fā)電機(jī)（Genarator）當(dāng)中任何一個(gè)零部件出現(xiàn)一級(jí)故障，都會(huì)關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)器使能并切斷高壓。由表1可知，ECU狀態(tài)碼中基本狀態(tài)位為101同時(shí)故障級(jí)別位為10，則該狀態(tài)為一級(jí)故障，具體處理如下所示：

3.2? 二級(jí)故障

在驅(qū)動(dòng)器1（MC1）、驅(qū)動(dòng)器2（MC2）、驅(qū)動(dòng)器3（MC3）、驅(qū)動(dòng)器4（MC4）、發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）、發(fā)電機(jī)（Genarator）當(dāng)中任何一個(gè)零部件出現(xiàn)二級(jí)故障或整車控制器檢測(cè)到以上任一零部件的通訊故障，都會(huì)控制電機(jī)無(wú)轉(zhuǎn)矩輸出。由表1可知，ECU狀態(tài)碼中基本狀態(tài)位為101同時(shí)故障級(jí)別位為01，則該狀態(tài)為二級(jí)故障，具體處理如下所示：

CAN通信檢測(cè)流程如下：

（1）當(dāng)CAN消息觸發(fā)時(shí)，進(jìn)入到流程圖，此時(shí)CAN通訊正常，并設(shè)有一變量，按MATLAB計(jì)算周期執(zhí)行變量累計(jì);

（2）當(dāng)變量達(dá)到一定數(shù)值（5個(gè)周期）時(shí)進(jìn)入CAN通訊故障狀態(tài)，此時(shí)將上報(bào)CAN通訊狀態(tài)為異常，直到有消息觸發(fā)后，才返回CAN通訊正常狀態(tài)，此時(shí)變量清0并且執(zhí)行變量累計(jì);

（3）若在變量處于一定數(shù)值范圍以內(nèi)期間，有CAN消息觸發(fā)，將再次進(jìn)入CAN通訊正常狀態(tài)，此時(shí)變量清0并且執(zhí)行變量累計(jì)。

3.3? 三級(jí)故障

在驅(qū)動(dòng)器1（MC1）、驅(qū)動(dòng)器2（MC2）、驅(qū)動(dòng)器3（MC3）、驅(qū)動(dòng)器4（MC4）、發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）、發(fā)電機(jī)（Genarator）當(dāng)中任何一個(gè)零部件出現(xiàn)三級(jí)故障，都會(huì)限制電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出為原先的一半。由表1可知，ECU狀態(tài)碼中基本狀態(tài)位為非101同時(shí)故障級(jí)別位為10，則該狀態(tài)為三級(jí)故障，具體處理如下所示：

4? 仿真驗(yàn)證

以MC1出現(xiàn)一級(jí)故障為例，模型仿真如圖7所示，當(dāng)MC1 Status為176時(shí)，MC1定義為一級(jí)故障。

此時(shí)一級(jí)故障信號(hào)Err_for_EV_off為 1，系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使能，切斷高壓。

圖中第一條曲線為MC1狀態(tài)碼，第二、第三條曲線分別是Engine_enable和 Genarator_enable，當(dāng)MC1狀態(tài)碼為176時(shí)Engine_enable和 Genarator_enable關(guān)閉。

5? 結(jié)論

本文針對(duì)某型采用全電力驅(qū)動(dòng)的大型工程車輛，設(shè)計(jì)了整車控制器的故障診斷及處理策略，采用分級(jí)式故障診斷及處理方法，將柴電機(jī)組及各個(gè)驅(qū)動(dòng)器上傳的故障分為三個(gè)等級(jí)，并設(shè)計(jì)了每個(gè)故障等級(jí)下的處理軟件算法，最后進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。從仿真結(jié)果可以看出，故障分級(jí)診斷與處理方法正確合理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張文強(qiáng)，陳晨，劉文軍，李大鵬.基于CAN總線的電動(dòng)車故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信， 2018（5）： 101-102.

[2] 安曉峰，尹磊，陳立建.電動(dòng)汽車的故障診斷系統(tǒng)[J].客車技術(shù)與研究， 2016（3）： 48-51.

[3] 姜明昌，戴能紅，王春芳，于海燕，孫飛.電動(dòng)汽車整車控制器開(kāi)發(fā)[J].汽車工程師， 2015（7）： 21-23.

[4] 鮑健.汽車故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)技術(shù)， 2012（5）： 110-111.

作者簡(jiǎn)介：

江和耀，1984年生，男，漢族，2011年畢業(yè)于吉林大學(xué)，研究生學(xué)歷（碩士），中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，工程師，研究方向：自動(dòng)控制，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，分布式驅(qū)動(dòng)控制算法研究。（聯(lián)系電話：13733891015）

劉家勝，1979年生，男，漢族，2004年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，研究生學(xué)歷（碩士），中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，高級(jí)工程師，研究方向：動(dòng)力與傳動(dòng)。

陸銀，1987年生，女，漢族，2011年畢業(yè)于浙江大學(xué)，研究生學(xué)歷（碩士），中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，高級(jí)工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。