電動(dòng)汽車整車控制器故障診斷系統(tǒng)

尤慶伸 陳信強(qiáng) 沙文瀚 劉琳 方祥建

摘要：整車控制器作為電動(dòng)汽車核心零部件，承擔(dān)了整個(gè)系統(tǒng)的能量分配、扭矩管理、故障診斷等功能;本文詳細(xì)分析整車控制器各種故障類型、故障代碼、等級(jí)分類及顯示的方法，并根據(jù)故障等級(jí)，整車控制器采取相應(yīng)故障動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 整車控制器 故障診斷

引言

由于我國電動(dòng)汽車工業(yè)起步比較晚，整車控制器控制策略相對(duì)簡單，故障診斷方面經(jīng)驗(yàn)不足，故障率非常高，但維修人員對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)知程度低，而且電動(dòng)汽車高壓危險(xiǎn)性大。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)知，故障代碼有助于維修人員準(zhǔn)確、快速找出故障點(diǎn)，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，完整的整車控制器故障診斷系統(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，形成一套完整的診斷故障系統(tǒng)，根據(jù)其性質(zhì)和危害性進(jìn)行等級(jí)分類，并且通過儀表顯示，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。根據(jù)故障信息的不同整車控制器將故障分為：模擬信號(hào)輸入故障、數(shù)字信號(hào)輸入故障、數(shù)字信號(hào)輸出故障、CAN數(shù)據(jù)故障共四類故障。當(dāng)這四類故障發(fā)生時(shí)又根據(jù)具體的診斷機(jī)制作出相應(yīng)的故障動(dòng)作并生成標(biāo)準(zhǔn)的故障碼，通過診斷設(shè)備可以快速讀取故障碼信息，便于維修人員進(jìn)行檢測維修。

1.1、整車控制器模擬信號(hào)診斷

油門踏板作為整車控制器采集駕駛員真實(shí)意圖的關(guān)鍵部件，油門踏按的安全性直接關(guān)聯(lián)到整車安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)油門踏板信號(hào)的診斷是必不可少的。

1.2、整車控制器數(shù)字信號(hào)輸入診斷

通常對(duì)于整車控制器數(shù)字信號(hào)輸入引腳來說，都存在三種狀態(tài)：高電平、低電平和懸空，即存在兩種故障狀態(tài)：短地故障、短電源故障。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。

1.3、整車控制器數(shù)字信號(hào)輸出診斷

整車控制器數(shù)字信號(hào)輸出又區(qū)分為低電平輸出、高電平輸出，針對(duì)這兩種輸出形式都會(huì)有短地、斷電源、開路三種診斷，每路輸出增加一個(gè)回采電路用于故障診斷。

1.4、整車控制器CAN數(shù)據(jù)診斷

CAN網(wǎng)絡(luò)是一種非破壞性仲裁的通信網(wǎng)絡(luò)它因具有較高的通信速率（最高可達(dá)1 Mb/s）和靈活可靠的通信方式?？刂葡到y(tǒng)之間的信息交互即可通過CAN網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)行。但如其他系統(tǒng)一樣，通信實(shí)體之間也需要進(jìn)行通信故障的診斷，例如診斷通信異常、通信丟失等故障。

控制系統(tǒng)以一定的時(shí)間周期（如10 ms）進(jìn)行一次相應(yīng)的故障監(jiān)測，檢測是否出現(xiàn)了故障。每一個(gè)控制單元中都會(huì)設(shè)定一個(gè)錯(cuò)誤監(jiān)測計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)上、下限，例如錯(cuò)誤計(jì)數(shù)上限為127，下限為-128。一個(gè)駕駛循環(huán)開始的時(shí)候，錯(cuò)誤檢測計(jì)數(shù)從0開始，監(jiān)測信號(hào)沒有錯(cuò)誤，則計(jì)數(shù)器減1，若一直累計(jì)到下限-128，則不再遞減。而一旦監(jiān)測到一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)，計(jì)數(shù)器將歸零或置于零上，若之后有連續(xù)的錯(cuò)誤幀，則計(jì)數(shù)器持續(xù)累加，直到上限127，判斷此故障為確認(rèn)故障。在一個(gè)駕駛循環(huán)內(nèi)，如果某一時(shí)段監(jiān)測停止，則計(jì)數(shù)保持不變。在一個(gè)駕駛循環(huán)結(jié)束，下一個(gè)駕駛循環(huán)開始時(shí)，計(jì)數(shù)器歸零，重新開始計(jì)數(shù)。其他位的記錄原理與此類似。整車控制器以這樣的診斷原理，將網(wǎng)絡(luò)通信丟失的故障記錄下來。

2、診斷系統(tǒng)管理

2.1、故障代碼生成

在ISO15031-6中對(duì)DTC的格式有明確的定義，該規(guī)范中定義了DTC共由三個(gè)字節(jié)組成，具體定義如下：

字節(jié)1：診斷故障代碼高字節(jié);

字節(jié)2：診斷故障代碼低字節(jié);

字節(jié)3：診斷故障代碼失效類型字節(jié)。

通過DTC格式中定義的字節(jié)1和字節(jié)2可以很方便確定記錄的DTC屬于車上的哪種系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，具體定義如下：

故障碼按照電子電器診斷系統(tǒng)分為車身（Body）、底盤（Chassis）、動(dòng)力（Powertrain）、網(wǎng)絡(luò)（Network）4大類，按照系統(tǒng)、代碼類別、十六進(jìn)制值和縮寫組成，如下：

（1）車身系統(tǒng)

代碼類別：B0xxx-B3xxx;十六進(jìn)制值：8xxx-Bxxx;縮寫：B。

（2）底盤系統(tǒng)

代碼類別：C0xxx-C3xxx;十六進(jìn)制值：4xxx-7xxx;縮寫：C。

（3）動(dòng)力系統(tǒng)

代碼類別：P0xxx-P3xxx;十六進(jìn)制值：0xxx-3xxx;縮寫：p。

（4）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

代碼類別：U0xxx-U3xxx;十六進(jìn)制值：Cxxx-Fxxx;縮寫：C。

字節(jié)3為故障代碼失效類別字節(jié)，高4位代表失效類別，共計(jì)16類，如一般電氣故障;低4位代表故障現(xiàn)象，共計(jì)16種，如電路對(duì)蓄電池短路。故障現(xiàn)象在邏輯上與失效類別相對(duì)應(yīng)。

2.2、故障分類、操作、點(diǎn)燈

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，必須及時(shí)準(zhǔn)確地判定出故障類型。整車控制器通過收集其他控制器發(fā)送的故障信息以及通過自身檢測到的故障信息，并結(jié)合車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)不同故障做出不同的響應(yīng)。本文將整車的故障分為 4 個(gè)等級(jí)，整車控制器將得到的故障信息按照故障嚴(yán)重程度對(duì)故障等級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

2.3、故障讀取

汽車故障診斷除了可以讓系統(tǒng)更加健壯，并實(shí)時(shí)處理出現(xiàn)的故障這個(gè)功能以外，還能將故障以DTC的形式記錄下來，并通過診斷通信的形式傳輸給外部診斷設(shè)備進(jìn)行分析。DTC被記錄下來以后，外部診斷設(shè)備通過診斷通信的形式去讀取這些故障信息。

3、結(jié)束語

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)問題，所以規(guī)范處理電動(dòng)汽車的故障問題對(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)汽車的核心可以通過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)，可以通過特有的通訊方式來顯示故障，并通過先進(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。

參考文獻(xiàn)

1、吳建榮.純電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及故障診斷方法研究[D].吉林大學(xué)，2011

2、白彩盛.純電動(dòng)汽車的故障診斷思路分析[J].中國設(shè)備工程，2017.07（下）