電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)失效情況分析

高超

摘 要：電動汽車的動力列車主要由4個輪轂馬達(dá)構(gòu)成。每個輪轂都配備有輪轂馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)。與當(dāng)前燃料車的發(fā)動機(jī)相比，輪轂馬達(dá)可以更快、更準(zhǔn)確地產(chǎn)生扭矩。扭矩控制更準(zhǔn)確，車輛整體控制速度更快，更穩(wěn)定。功率和控制單元通過電纜向驅(qū)動馬達(dá)發(fā)送電能和控制信號。車輛的機(jī)械部分發(fā)生故障時，傳統(tǒng)汽車不會顯示異常噪音和振動等警告信息，電動汽車也是如此，這就是安全隱患之一。因此，為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的故障控制系統(tǒng)是非常必要的。

關(guān)鍵詞：電動汽車 驅(qū)動系統(tǒng) 輪內(nèi)電機(jī) 故障

1 引言

電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、繞組、外殼等組件構(gòu)成。由于輪轂電機(jī)的構(gòu)造復(fù)雜，工作環(huán)境往往處于潮濕、灰塵、高溫等環(huán)境中。因此，馬達(dá)本身可能受到軸承損傷、馬達(dá)相位損失、永久磁鐵弱化的影響。例如，由于致動器和控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，會發(fā)生各種機(jī)械故障和控制器相關(guān)的故障，獨立驅(qū)動電動汽車的動力傳動系統(tǒng)容易發(fā)生故障。獨立駕駛的電動汽車和傳統(tǒng)燃料汽車的另一個區(qū)別是使用更多的遙控傳輸系統(tǒng)。功率銀行和控制單元通過電纜向驅(qū)動馬達(dá)發(fā)送電能和控制信號。車輛的機(jī)械部分發(fā)生故障時，以往的車不會顯示異響或振動等警告信息。這也是獨立驅(qū)動電動汽車安全上的危險之一。因此，設(shè)計用于獨立驅(qū)動的電動車推進(jìn)系統(tǒng)的相關(guān)故障控制系統(tǒng)的必要性非常高[1]。

2 驅(qū)動系統(tǒng)失效的定義

獨立驅(qū)動電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)可能會由于任何部件的故障，導(dǎo)致電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能達(dá)到所需的轉(zhuǎn)矩，或者驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩卡在某個值上，無法連續(xù)輸出。導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)部分或全部故障的類似故障，將直接影響車輛的橫擺角速度和質(zhì)心的側(cè)滑角，從而影響車輛的穩(wěn)定性。故障發(fā)生時的車速高的話，車輛會瞬間失去控制，導(dǎo)致悲慘的結(jié)果。車輛旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生故障的話，由于驅(qū)動系統(tǒng)失效引起的偏航時刻會影響車輛的轉(zhuǎn)向精度，成為轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足，車輛的危險性會大幅度提高[2]。

3 失效直接置零分析

3.1 失效-行駛模式

如果故障只涉及同一軸上的一個驅(qū)動馬達(dá)或兩個驅(qū)動馬達(dá)，則會與零調(diào)整測量的結(jié)果相同。也就是說，有故障的軸上兩個驅(qū)動馬達(dá)的輸出扭矩為零，輸出數(shù)據(jù)會丟失，發(fā)生失效情況?？梢源_定軸上的兩個牽引馬達(dá)所提供的扭矩，在這種情況下，車輛能夠保持一定的功率，但是如果將失去的驅(qū)動力施加到通常的驅(qū)動引擎上，則有可能超過引擎的最大輸出扭矩。此時，驅(qū)動馬達(dá)只能降低最大扭矩輸出。此時，驅(qū)動結(jié)構(gòu)由驅(qū)動變?yōu)閮奢嗱?qū)動。因此，這種類型的障礙被分類，有16種障礙。根據(jù)與故障相關(guān)的驅(qū)動馬達(dá)數(shù)量，故障可以分為以下兩種。

（1）故障與單個驅(qū)動馬達(dá)有關(guān)：左前輪驅(qū)動馬達(dá)、右前輪驅(qū)動馬達(dá)、左后輪驅(qū)動馬達(dá)、右后輪驅(qū)動馬達(dá)。此時，驅(qū)動馬達(dá)的故障可能是部分故障或完全故障。因此，總共有8個故障。

（2）故障涉及兩臺同軸電機(jī)：前橋兩臺驅(qū)動電機(jī)均部分故障，前橋一臺驅(qū)動電機(jī)部分故障，后橋一臺驅(qū)動電機(jī)完全故障，前橋兩臺驅(qū)動電機(jī)完全故障，后橋兩臺驅(qū)動電機(jī)部分故障。一個后橋驅(qū)動電機(jī)部分故障，另一個完全故障，兩個后橋驅(qū)動電機(jī)全部故障。

進(jìn)行零設(shè)定測定后，上述兩種故障的影響相同。同一軸上的一個驅(qū)動馬達(dá)或兩個驅(qū)動馬達(dá)發(fā)生故障時，所產(chǎn)生的故障是部分故障或完全故障中的一個，最終剩余正常的驅(qū)動軸。兩個驅(qū)動馬達(dá)提供必要的驅(qū)動力，車輛在特定條件下也能保持動力輸出。

3.2 失效-停車模式

與前一節(jié)的故障不同的是，故障涉及兩個驅(qū)動軸時，在進(jìn)行零起動測量后，所有驅(qū)動馬達(dá)的扭矩輸出變?yōu)榱?，車輛的輸出完全丟失，車輛的輸出完全丟失。停止。這樣的失敗有很多。考慮到驅(qū)動馬達(dá)的部分或整體故障，以及故障馬達(dá)的配置和組合，共計算出64種可能情況。因為故障很多，所以我列舉幾個有代表性的問題。根據(jù)有缺陷的馬達(dá)數(shù)量進(jìn)行分類。

（1）故障與兩個不同的驅(qū)動馬達(dá)有關(guān)：左前部驅(qū)動馬達(dá)和左后部驅(qū)動馬達(dá)、左前部驅(qū)動馬達(dá)和右后輪驅(qū)動馬達(dá)、右前部驅(qū)動馬達(dá)和左后輪驅(qū)動馬達(dá)、左后輪驅(qū)動馬達(dá)。將部分故障和完全故障這兩個原因相加，通過排列、組合法合計計算16例。

（2） 故障涉及三臺驅(qū)動電機(jī)：兩臺前橋驅(qū)動電機(jī)和一臺后橋驅(qū)動電機(jī)，兩臺后橋驅(qū)動電機(jī)和一臺前橋驅(qū)動電機(jī)，加上部分故障和完全故障兩個因素。（3） 故障涉及四臺驅(qū)動電機(jī)：四臺電機(jī)部分故障，一臺電機(jī)完全故障，另外三臺電機(jī)部分故障，兩臺電機(jī)完全故障，另外兩臺電機(jī)部分故障，三臺電機(jī)完全故障，其余一臺電機(jī)部分故障，四臺電機(jī)全部故障。經(jīng)過排列組合計算，共有16種情況。

驅(qū)動馬達(dá)發(fā)生故障，驅(qū)動馬達(dá)無法提供所需的輸出扭矩時，無論因故障驅(qū)動馬達(dá)的輸出容量是否完全丟失，均將故障驅(qū)動馬達(dá)的輸出扭矩直接設(shè)定為零，僅兩個結(jié)果。一個是，車輛可以繼續(xù)駕駛，但故障之前不能保證能源性能。第二，車輛停止，車輛失去動力。實際上，這種方法可以起到控制牽引馬達(dá)發(fā)生故障時車輛的容錯運行的作用，但是在上述分類中，可以通過使用獨立駕駛的優(yōu)點來達(dá)到穩(wěn)定車輛的目的。

4 部分失效分析

4.1 車輛的前驅(qū)動軸

獨立驅(qū)動車的前驅(qū)動程序不僅提供輸出扭矩，還負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，如果前輪軸發(fā)生故障，則前輪軸左右的驅(qū)動馬達(dá)會產(chǎn)生不必要的扭矩差。車輛直行時，司機(jī)首先期待左右前輪驅(qū)動馬達(dá)的輸出扭矩相等，期待扭矩差為零。但是，2個變速電動機(jī)的1個或2個發(fā)生故障時，2個變速電動機(jī)的輸出扭矩不同，扭矩差不是0。車輛旋轉(zhuǎn)時，前動力驅(qū)動馬達(dá)在轉(zhuǎn)向半徑上會產(chǎn)生差異。與此對應(yīng)的輸出扭矩的不同。發(fā)生故障時會產(chǎn)生扭矩差。這是不期望的扭矩差，使旋轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，成為車輛偏離目的路線的原因。因此，根據(jù)這兩個動作條件所產(chǎn)生的不需要的扭矩不同，車輛的方向也會發(fā)生變化。接著，故障模式的扭矩再分配控制戰(zhàn)略是，在有無故障或輕微故障的情況下模擬驅(qū)動馬達(dá)的故障，因此兩個前置驅(qū)動電動機(jī)處于相同的故障狀態(tài)保證前面驅(qū)動的輸出扭矩差為期望值。速度。扭矩差和功率損失由后軸驅(qū)動馬達(dá)補償，車輛方向不變，保持車輛動力。

4.2 車輛的后驅(qū)動軸

后輪軸雖然不能繼承轉(zhuǎn)向功能，但是其力量的損失必須由前輪軸補償。因此，故障只會影響后輪軸，但轉(zhuǎn)矩的再分配會影響前輪軸的牽引馬達(dá)。后軸驅(qū)動馬達(dá)發(fā)生故障時，驅(qū)動力的損失由同一側(cè)的前軸驅(qū)動馬達(dá)補充，但前軸驅(qū)動馬達(dá)繼承了轉(zhuǎn)向功能，仍然需要保持必要的扭矩差。因此，兩個前置驅(qū)動馬達(dá)必須增加相同的扭矩。

與前款相同，后輪軸驅(qū)動馬達(dá)發(fā)生故障時，比較后輪軸驅(qū)動馬達(dá)的故障原因，選擇故障原因最小的，即變速器最重要的發(fā)動機(jī)故障原因，比較后輪的2個故障。動力驅(qū)動馬達(dá)，這些因素都被設(shè)定為更小的故障因素，增加了兩個氟利昂丙烯醇發(fā)動機(jī)的故障因素來補償后車軸驅(qū)動馬達(dá)的損失功率。

4.3 車輛的前軸和后軸

由于前輪軸和后輪軸同時發(fā)生故障，可能涉及2個驅(qū)動馬達(dá)或3個或4個驅(qū)動馬達(dá)。與前兩種模式不同，如果故障與兩個驅(qū)動軸相關(guān)，則沒有其他正常的驅(qū)動軸提供補償驅(qū)動力。因此，在這種故障模式下，主要的目的是確保車輛的穩(wěn)定性。也就是說，必須確認(rèn)車輛在不錯誤旋轉(zhuǎn)的方向上，后車軸驅(qū)動馬達(dá)必須保持偏航力矩。車輛當(dāng)兩個以上的前驅(qū)動程序和后部驅(qū)動馬達(dá)發(fā)生故障時，為了確保前驅(qū)動電動機(jī)的預(yù)想扭矩差需要將兩個前驅(qū)動馬達(dá)的故障系數(shù)調(diào)整為兩個中最小的值。故障原因：后輪驅(qū)動馬達(dá)無法補償前輪驅(qū)動馬達(dá)的驅(qū)動力，但由于輸出扭矩左右不同，無法影響車輛的偏航力矩，因此兩者的輸出扭矩必須保持相同狀態(tài)。因此，兩個后丙烯醇驅(qū)動馬達(dá)也必須設(shè)定為兩個值中的較小值。

4.4 異軸雙驅(qū)動電機(jī)完全失效

其他輪轂正常工作或部分或完全有缺陷。根據(jù)以上的指導(dǎo)方針，最初是在前Acurs和后Acurs中發(fā)生故障，之后，為了彌補失去的驅(qū)動力，沒有正常的驅(qū)動驅(qū)動程序。第二，理想的轉(zhuǎn)矩是保持車輛的偏航力矩和前油門的轉(zhuǎn)矩之間的差異。因此，前車軸和后車軸都有完全故障的驅(qū)動馬達(dá)，故障率最小的兩個車軸是正常的，因此必須采用前車軸故障率最小的兩個車軸。此時，復(fù)位失敗的主要原因需要更低的失敗因素值。

5 結(jié)語

本文將說明傳輸系統(tǒng)故障控制的原理和傳輸系統(tǒng)故障控制的理論基礎(chǔ)。接著，設(shè)計了輸電系統(tǒng)故障控制的具體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)說明了控制邏輯和控制結(jié)構(gòu)。模型和上級水平的控制器被說明，理論性地被構(gòu)筑，上位水平計算車輛的穩(wěn)定位置必要的追加的偏向力矩。最后，提供了基于故障原因復(fù)位規(guī)則、故障原因復(fù)位規(guī)則和故障原因復(fù)位的扭矩再分配控制戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊文榮，孫亞男，王子龍，等.電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾分析與實驗[J].實驗技術(shù)與管理，2020，037（003）：120-124.

[2]郭金剛，董昊軒.轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車動力系統(tǒng)優(yōu)化匹配[J].公路交通科技，2019，v.36;No.295（07）：154-162.