電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)故障診斷與維修

黃彧

【摘? 要】汽車目前對(duì)我們生活來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵，隨之而來(lái)的，生產(chǎn)制造技術(shù)也在不停創(chuàng)新中，特別是電動(dòng)汽車生產(chǎn)越來(lái)越多，已經(jīng)不再單純是研發(fā)階段，而到了量化生產(chǎn)的時(shí)刻。為讓電動(dòng)汽車運(yùn)行更加安全，應(yīng)及時(shí)分析輪轂電機(jī)的普遍故障及原因，并通過(guò)有效技術(shù)診斷，最后選中一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?duì)策維護(hù)，盡快排除故障，防止出現(xiàn)更深入的影響，因此，論文對(duì)電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)故障診斷進(jìn)行研究。

【Abstract】Automobile is very important to our life at present. Along with it， the production and manufacturing technology is constantly innovating， especially the electric automobile production is more and more， which is no longer just the stage of research and development， but the moment of quantitative production. In order to make the operation of electric automobile safer， we should analyze the common faults and causes of hub motor in time， and through effective technical diagnosis， finally select an appropriate countermeasure for maintenance， and eliminate the faults as soon as possible to prevent further impact. Therefore， this paper studies the fault diagnosis of hub motor of electric automobile.

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車;輪轂電機(jī);故障診斷;維修

【Keywords】electric automobile; hub motor; fault diagnosis; maintenance

【中圖分類號(hào)】U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0190-02

1 引言

現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少新能源汽車，代表是混合動(dòng)力與純電動(dòng)新能源汽車，并且備受市場(chǎng)喜愛(ài)。對(duì)純電動(dòng)汽車而言，診斷輪轂電機(jī)的故障以及選擇維護(hù)技術(shù)時(shí)，需要注意和之前的選擇不同。為確保維修效果，應(yīng)該盡可能專業(yè)化，并充分考慮純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，選擇可靠的技術(shù)進(jìn)行維護(hù)，防止故障給汽車運(yùn)行帶來(lái)阻礙。不過(guò)，由于之前的汽車維修人員缺乏深入的維修知識(shí)，在新能源汽車維修方面經(jīng)驗(yàn)不足，因此，希望本文中提出的診斷對(duì)策可以給該領(lǐng)域帶來(lái)一定的借鑒價(jià)值。

2 故障現(xiàn)象的分析與診斷

某輪轂驅(qū)動(dòng)式純電動(dòng)汽車的用途是科研，運(yùn)行時(shí)忽然降低了動(dòng)力，沒(méi)有需要的動(dòng)力來(lái)繼續(xù)進(jìn)行加速、爬坡等動(dòng)作。檢查分析：通過(guò)舉升機(jī)舉起車輛后，發(fā)現(xiàn)掛前進(jìn)擋與倒擋，用腳踩進(jìn)行加速，車輛后輪中的右輪沒(méi)有反應(yīng)，所以先判斷為右輪動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題[1]。通常來(lái)講，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成為兩個(gè)部分，為控制器與電機(jī)。而車輛中也有獨(dú)立控制器，分別對(duì)應(yīng)控制后軸的驅(qū)動(dòng)輪轂。此時(shí)，車輛的左輪驅(qū)動(dòng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，所以，嘗試調(diào)換左邊和右邊的控制器，也就是說(shuō)之前用在左輪的用在了右輪，發(fā)現(xiàn)還是存在問(wèn)題，所以，這時(shí)可以確定是右后輪轂電機(jī)出現(xiàn)故障。

電機(jī)是直流的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，在電機(jī)定子中有三組線圈，呈現(xiàn)星狀連接形式。而其中的磁塊材料為稀土永磁，在電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)圈中，關(guān)鍵部分是三組霍爾傳感器，進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的變換檢測(cè)工作，還要傳輸信號(hào)給控制器。之后，控制器開(kāi)始執(zhí)行自己的控制作用，讓電機(jī)帶動(dòng)車輪運(yùn)行?；厥罩苿?dòng)能量時(shí)，磁場(chǎng)是不停下的，之后出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可以讓電動(dòng)機(jī)代替發(fā)電機(jī)來(lái)工作。同時(shí)，停止點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，控制器會(huì)立刻停下，定子線圈斷路，就沒(méi)有回路了，也就沒(méi)有感應(yīng)電流，無(wú)法形成反力矩，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪沒(méi)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。在停下點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)后輪，發(fā)現(xiàn)右邊的阻力比左側(cè)的大，表示其中是有感應(yīng)電流與回路的?？刂破髂軌蛘粘９ぷ?，所以，可判定為電機(jī)定子線圈的短路問(wèn)題。之后，通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)電機(jī)定子線圈引出線不同端子間的電阻值，發(fā)現(xiàn)不同端子間的阻值是一樣的，其中還有兩個(gè)端子間差不多沒(méi)有電阻值，那就說(shuō)明有短路問(wèn)題。同時(shí)，線束的絕緣保護(hù)層發(fā)現(xiàn)被破壞，實(shí)際是里面不同線路有所糾纏，這很容易導(dǎo)致故障[2]?？沙醪椒治鍪?，車輛工作了太長(zhǎng)時(shí)間，而電機(jī)供電線由于布線等原因無(wú)法正常散熱，從而導(dǎo)致了絕緣層熔化，引起短路問(wèn)題。此后，裝配電機(jī)并測(cè)試裝車，發(fā)現(xiàn)右輪電機(jī)還是有問(wèn)題，不過(guò)可手動(dòng)操作，表示電機(jī)定子線圈已經(jīng)正常。由于電機(jī)控制器是通過(guò)傳感器傳遞信號(hào)，并給其給予電壓，如果霍爾傳感器有問(wèn)題，那么控制器也會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)問(wèn)題，所以，要通過(guò)檢測(cè)查看是否有輸出信號(hào)，能夠判定為右后輪的霍爾傳感器有故障。故障排除：更換霍爾傳感器，重新組裝電機(jī)，并通過(guò)示波器測(cè)量其中信號(hào)，當(dāng)信號(hào)表示沒(méi)問(wèn)題后，此刻右側(cè)電機(jī)已經(jīng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 滑模觀測(cè)器車輪轂電機(jī)故障診斷

3.1 輪轂電機(jī)故障分析

純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常構(gòu)成是控制器與電機(jī)，而且兩個(gè)控制器與后驅(qū)動(dòng)輪轂也是相對(duì)獨(dú)立的。只要后輪沒(méi)有故障，那么控制器也應(yīng)該是沒(méi)問(wèn)題的。起動(dòng)開(kāi)關(guān)運(yùn)行后驅(qū)動(dòng)輪，如果在手動(dòng)用力之后才可轉(zhuǎn)動(dòng)，表示里面已經(jīng)有了回路，因?yàn)榭刂破髡＿\(yùn)行，因此，就能確定是電機(jī)定子線圈線束的短路問(wèn)題。之后開(kāi)始診斷分析，此時(shí)的電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以是一個(gè)整體，表示為控制增益k，k=T/u，其中T是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，而u是控制器傳輸出的控制信號(hào)[3]。在沒(méi)有任何故障時(shí)，k也是常規(guī)的數(shù)值，其中T按照k的變化而變化。一旦電機(jī)有故障，則增益k也有波動(dòng)，那么電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和預(yù)期會(huì)有不同，這個(gè)可以作為可靠的故障診斷依據(jù)。而電機(jī)在工作時(shí)總是會(huì)由于多方面的原因?qū)е聠?wèn)題產(chǎn)生，而且有多種表現(xiàn)形式。其中，k也會(huì)因?yàn)闀r(shí)間問(wèn)題出現(xiàn)正弦變化，因此要格外注意這一點(diǎn)。

3.2 輪轂電機(jī)故障診斷

診斷故障時(shí)，為了防止多方面因素的干擾，不僅要注意收集駕駛員的控制信息，還應(yīng)利用好車輛真實(shí)的狀態(tài)信息，還要充分結(jié)合整車模型。在電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和理想中的有差距，通過(guò)偏差信號(hào)特征能夠判斷故障。在現(xiàn)實(shí)中診斷時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合整車模型，加上恰當(dāng)?shù)挠^測(cè)器，輸入如輪胎摩擦力、車輪制動(dòng)力矩等關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，時(shí)刻注意電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和預(yù)期之間的差異，只要判斷了具體的故障類型就可及時(shí)進(jìn)行維修。

3.3 輪轂電機(jī)故障維修

診斷完故障后，應(yīng)按照不同的故障類型，分析產(chǎn)生故障的因素，并通過(guò)有效的對(duì)策進(jìn)行維修處理。如果電機(jī)供電線路短路，應(yīng)多方位進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)電機(jī)定子線圈引出電阻值，還要充分結(jié)合線圈的絕緣性能，有效考慮能否盡快排除該短路故障。

4 電機(jī)傳感器損壞的故障診斷

因?yàn)殡姍C(jī)控制器需要通過(guò)霍爾傳感器來(lái)輸入信號(hào)分配電壓，所以，霍爾傳感器不能出現(xiàn)問(wèn)題，否則，控制器是不能正常運(yùn)行的，所以，對(duì)于霍爾傳感器的檢測(cè)十分重要。開(kāi)啟開(kāi)關(guān)，舉升車輛，并手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)霍爾傳感器輸出的信號(hào)呈現(xiàn)波形，最終為零，這就表示是霍爾傳感器出現(xiàn)了故障。故障分析：因?yàn)檩嗇炿姍C(jī)為直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其中電機(jī)定子的連接構(gòu)成為不同的線圈，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器來(lái)進(jìn)行工作，之后才由電機(jī)帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。在回收制動(dòng)能量時(shí)，永磁鐵的產(chǎn)出磁場(chǎng)跟著一起旋轉(zhuǎn)，且出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。通常而言，當(dāng)停下開(kāi)關(guān)時(shí)，控制器也不再運(yùn)行，此時(shí)，星形連接的定子線圈斷路。由于是斷路的狀態(tài)，所以即便出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也沒(méi)有回路，同時(shí)也沒(méi)有感應(yīng)電流與反力矩，因此，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪沒(méi)有較大阻力[4]。而車輛因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間較長(zhǎng)，其中的電機(jī)沒(méi)有進(jìn)行正常散熱，容易熔化絕緣層，導(dǎo)致供電線短路。此時(shí)，因?yàn)槎搪饭收?，控制器為確保正常運(yùn)行，不得不關(guān)閉供電。而電機(jī)中所有霍爾傳感器都是41F雙極性的，電源電壓在4.5～24V，溫度最低是40°C，最高為150°C。因?yàn)榛魻杺鞲衅髦胁煌€路是一起包的，結(jié)合之前的檢查分析可知，因?yàn)槠渲械墓╇娋€絕緣層熔化，導(dǎo)致不同電壓的供電線互相接觸，這就很容易破壞霍爾傳感器。故障排除：更換所有的霍爾傳感器，重新組裝電機(jī)后，檢測(cè)信號(hào)全部恢復(fù)，且電機(jī)也可以正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

總的而言，電動(dòng)機(jī)車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的還是有不小的差別，所以在充分結(jié)合了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)之后，應(yīng)盡快確定較為恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)診斷，并獲取安全可靠的故障信息，這樣維修才有依據(jù)，從而切實(shí)確保汽車運(yùn)行的可靠穩(wěn)定。目前，新能源汽車的熱潮是大勢(shì)所趨，那就也要加強(qiáng)汽車維修人員對(duì)于該類汽車維修的了解，不僅要盡量普及相關(guān)的技術(shù)理論知識(shí)，也應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)汽車電工電子技術(shù)，才可通過(guò)不同的診斷設(shè)施進(jìn)行故障診斷。

【參考文獻(xiàn)】

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【4】陳丹，劉良，劉福華.純電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)故障診斷與維修分析[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（05）：142-144.