智能診斷技術(shù)在新能源汽車檢測與維修中的應(yīng)用

摘要：為了提高車輛檢修工作效率，以新能源汽車的檢修為切入點，了解新能源汽車的控制電路功用特點，以及智能診斷技術(shù)應(yīng)用于汽車檢修的必要性，可以降低汽車檢修工作難度，還能完成多樣化的配套設(shè)備高效維修。以新能源汽車的電路及電池系統(tǒng)故障智能診斷為例，利用智能診斷技術(shù)成功優(yōu)化控制電路的電流及電壓變化，從而監(jiān)控運行狀態(tài)信息。如今智能診斷技術(shù)已經(jīng)成為新能源汽車檢修與維修中的重要技術(shù)，對于降低新能源汽車的故障發(fā)生率，保障行車安全具有重要意義，研究結(jié)論為新能源汽車的智能診斷技術(shù)相關(guān)研究提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：智能診斷；新能源汽車；檢修；維修

中圖分類號：U472.4 ?收稿日期：2023-04-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.030

1 前言

社會發(fā)展石油需求量日益增長，引發(fā)環(huán)境污染、能源枯竭等問題，并逐漸引起社會各界的廣泛關(guān)注，為此新能源汽車應(yīng)運而生，成為汽車行業(yè)的發(fā)展方向。新能源汽車作為一項新技術(shù)，在長期駕駛過程中難免會產(chǎn)生一些故障情況，如何能對新能源汽車的故障問題進行前期監(jiān)測與預(yù)警，并采用相應(yīng)的措施，成為研究熱點。新能源汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部功能不同于傳統(tǒng)車輛，所涉及的電子元器件更多，所以也給汽車檢修維修工作帶來巨大的挑戰(zhàn)[1]。智能診斷技術(shù)的出現(xiàn)可以提高新能源汽車的檢修及維修工作效率，還能夠提高故障診斷準確率，通過掌握智能診斷技術(shù)可在第一時間排查故障，提升汽車檢修與維修的工作質(zhì)量。

2 智能診斷技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車檢修的優(yōu)勢

新能源汽車的設(shè)計不同于以往傳統(tǒng)汽車的化石能源，所采用的是電能這類新型清潔能源驅(qū)動控制方式，但是其能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)發(fā)動機控制系統(tǒng)相比，依然在技術(shù)方面有一定差距，所以傳統(tǒng)的汽車檢修方法并不適用于新能源汽車的故障診斷與維修。為此有必要利用智能診斷技術(shù)，全面提升新能源汽車的自動化診斷技術(shù)，檢修工作人員可以及時排查故障問題，降低了后續(xù)檢修工作的難度，從而提升了檢修效果，還能實時采集儀器設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)，在多樣化的處理手段下，為相關(guān)工作人員提供便捷化的處理空間及處理環(huán)境，制定更高效、針對性更強的新能源汽車檢修方案，實現(xiàn)對新能源汽車故障的高效處理[2]。

3 新能源汽車控制電路

3.1 新能源汽車控制電路的功用

新能源汽車的控制電路包括司機控制器、低壓電器、主電路、輔助電路內(nèi)的多電器電磁線圈，以及電器觸頭聯(lián)鎖等存在接點控制及電子電路。經(jīng)過間接控制實現(xiàn)了對新能源汽車的主電路及輔電路控制功能[3]。

3.2 新能源汽車控制電路的工作原理

直流電機包含直流發(fā)電機及電動機，由于直流電機具備可逆性，使用直流發(fā)電機轉(zhuǎn)變機械能為直流電能輸出，使用直流電動機則需要轉(zhuǎn)變直流電能為機械能輸出。

3.3 新能源汽車牽引電動機結(jié)構(gòu)組成

新能源汽車的牽引電動機結(jié)構(gòu)組成，基本等同于普通的直流電機，包括靜止定子及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。其中定子是作為產(chǎn)生磁場、提供磁路以及實現(xiàn)牽引電動機的機械支撐，包括機座、換向極、主磁極、軸承端。轉(zhuǎn)子作為產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢的重要組件，能實現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)換，包括電樞鐵心、轉(zhuǎn)軸、繞組以及換向器多組件。除此之外脈流牽引電動機還包括電刷裝置，換向器接觸于電刷，從而有效連接電樞電路及外電路。由于脈流牽引電動機的本身發(fā)熱就比較嚴重，因此換向比較困難結(jié)構(gòu)部件也比較特殊[4]。

4 新能源汽車控制電路的常見故障

4.1 整備控制電路故障

在新能源汽車的整備控制電路故障中，包含有受留裝置故障，該裝置在車頂安裝，且多樣化的受留裝置存在較大結(jié)構(gòu)差異。單臂式受電弓比較常見的一種，此種受電弓主要包括弓頭裝置、上下部框架、鉸鏈結(jié)構(gòu)、傳動氣缸以及升降彈簧等，主要產(chǎn)生的故障包括受電弓的弓頭部位出現(xiàn)磨損，導致受電弓離線，而機車在短時間之內(nèi)無電致使很大程度影響了電器設(shè)備。另外，還會出現(xiàn)受電弓升不起的情況，以及機械零部件產(chǎn)生嚴重的老化斷裂導致落弓和刮弓故障[5]。

4.2 調(diào)速控制電路故障

在新能源汽車的控制電路運行中，主要故障如下：a.會產(chǎn)生兩位置開關(guān)不轉(zhuǎn)換的故障，主要由于調(diào)速手輪并未回歸零，司機控制器的微動開關(guān)產(chǎn)生燒損以及中間繼電器不得電原因，所致轉(zhuǎn)換鼓無法轉(zhuǎn)換，還有牽制、前后兩架轉(zhuǎn)換鼓的不轉(zhuǎn)換引發(fā)該故障。b.預(yù)備燈不滅故障。該故障主要由于ICU故障、司機控制器的微動開關(guān)產(chǎn)生燒損，以及中間繼電器不得電，致使轉(zhuǎn)換鼓無法轉(zhuǎn)換；還有牽制、前后兩架轉(zhuǎn)換鼓的不轉(zhuǎn)換引發(fā)該故障、電空閥故障、主斷聯(lián)鎖反應(yīng)不良、輔機故障。c.整車電流上竄故障，該故障主要由于操縱端的主副臺司機產(chǎn)生控制器故障，地線不同以及電子系統(tǒng)故障，插座故障與調(diào)制解調(diào)板尚未插到位。d.某節(jié)電流出現(xiàn)上竄情況，這是因為所形成的脈沖產(chǎn)生并無同步信號，無法對電子柜的插頭到位情況加以檢查，繼電器的吸合時間較久所致工作不良，并未及時將零位信號送入至電子柜中[6]。

4.3 保護控制電路故障

主斷路器作為控制前路的總開關(guān)、保護，受電弓作為首個應(yīng)當重視的組成，其次便是主斷路器故障問題。由于斷路器的部分組件在車頂外，部分在車內(nèi)，所以在結(jié)構(gòu)上劃分了高壓及低壓，將車頂板作為主要分界線，在主要的機車運行過程中，主輔電路會產(chǎn)生過載、過流、接地、短路等故障，將新能源汽車的高壓電源迅速切除[7]。但是在保護控制電路中常見的故障包括由于閃絡(luò)引發(fā)了非線性電阻瓷瓶、滅弧室瓷瓶以及支持瓷瓶的燒損或炸裂。不僅如此，還會產(chǎn)生機械卡位與斷裂無法分合閘的情況，輔聯(lián)觸頭產(chǎn)生接觸不良所致分合閘反復(fù)，以及啟動閥與主閥門的漏風故障情況。

4.4 信號控制電路故障

主變壓器作為接觸網(wǎng)25 kV高壓電，可以降成多等級組合低電壓，為整流裝置、輔助電路、控制電源供給電源。新能源汽車的變壓器在改進后運用一體化設(shè)備，此種一體化變壓器能夠達到除了牽引變壓器除外，在箱體內(nèi)包括平波電抗器及濾波電抗器。常見故障包括內(nèi)部故障情況及局部絕緣放電降低，過流所致的變壓器產(chǎn)生高溫運行，外部的短路情況引發(fā)過電壓對內(nèi)部影響，冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障情況[8]。這主要是由于主變壓器的內(nèi)部絕緣老化降低，以及變壓器的螺栓松動，接觸電阻值較大引發(fā)了局部過熱燒損故障。

5 新能源汽車控制電路故障診斷系統(tǒng)

5.1 電路與電池智能診斷

結(jié)合上述的故障可以發(fā)現(xiàn)，新能源汽車的控制電路系統(tǒng)所涉及故障包括整備控制、調(diào)速控制、保護控制以及信號控制四種故障，劃分主要故障產(chǎn)生的線路故障包括短路、斷路以及不正常接地。產(chǎn)生如上故障主要是實際響應(yīng)及輸出均產(chǎn)生較大變化。對設(shè)備運行特征的準確提取尤為關(guān)鍵，本文提出小波變化理論提取機車控制電路的故障信號。由于篇幅限制，本節(jié)不針對小波分析理論做出過多贅述，了解到小波振動頻率衰減速度較快所產(chǎn)生的信號存在明顯的時頻類特性，可以采用小波變化狀態(tài)信號對新能源汽車的輸出數(shù)據(jù)進行故障特征精準提取，做到對控制電路的故障監(jiān)測、警報并及時診斷[9]。

5.2 底盤輸出功率智能診斷

在智能診斷汽車底盤輸出功率時，功率作為評定新能源汽車動力性能的關(guān)鍵，底盤輸出功率值越高，就證明汽車擁有越強的動力，輸入功率減去無用功率，即可提升新能源汽車的駕駛動力性能。那么對于底盤輸出功率故障檢修，主要可以針對汽車底盤輸出功率大小進行分析，例如通過能源運行、功率轉(zhuǎn)換、汽車內(nèi)部無用功檢測等，使用智能診斷技術(shù)詳細分析新能源車輛的底盤輸出功率，并對比新能源汽車的使用標準，從而全面了解所需檢修的項目內(nèi)容，確定相應(yīng)的維修方式[10]。

5.3 基于小波分析的智能檢修特征提取案例

以新能源汽車的控制電路牽引信號控制電路故障為例進行分析。運用小波理論提取故障數(shù)據(jù)，考慮到牽引變壓通常以隱性故障情況較多，多數(shù)情況下極易產(chǎn)生于變壓器的制造、運輸以及安裝過程中，常規(guī)變壓器實驗往往無法檢測到這些隱性故障。那么在變壓器所處長期的運行狀態(tài)下，便會逐漸出現(xiàn)這些故障。在運用小波提取變壓器故障特征時，由于牽引變壓器受到較大的電壓及電流的干擾，因此產(chǎn)生較大的不穩(wěn)定性。選取Haar小波規(guī)范正交基方法，劃分變壓器的故障信號為三層小波包，被分析的信號表示為（0，0），第一層分解出低頻系數(shù)，表示（1，0），第一層經(jīng)過分解所得的高頻系數(shù)表示（1，1），之后逐層分解到第三層時，最終分解得出0節(jié)點的低頻系數(shù)是（3，0），如此類推每一個節(jié)點所代表的信號特征。在系統(tǒng)故障中不同頻帶產(chǎn)生極強的干擾信號，會改變信號能量，從而構(gòu)造以能量為元素的特征向量，并對其歸一化處理，以有效避免能量值過大的問題，最終得出特征向量。此種提取故障特征的方法，可以在故障特征及故障原因中構(gòu)建非線性關(guān)系，且此種關(guān)系是無法輕易用規(guī)則推理統(tǒng)計得出的。

在智能診斷過程中，通過在線獲取故障信號來提取特征信號，在智能診斷中以輸入值作為故障征兆，輸出相應(yīng)的故障原因。主要包括兩步：a.基于一定數(shù)量的故障訓練數(shù)據(jù)集，完成對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓練，獲得與預(yù)期相符的診斷網(wǎng)絡(luò)；b.將當前診斷輸入系統(tǒng)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成前項計算，進行智能學習與診斷之前，一般需要適當處理原始數(shù)據(jù)與訓練樣本數(shù)據(jù)，包括對數(shù)值的預(yù)處理、特征提取等，這主要是為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供合適的診斷輸入及訓練樣本。此外雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及傳統(tǒng)故障診斷為不同的診斷方法，但雙方是緊密聯(lián)合的。

5.4 故障檢測維修方法

a.針對某一節(jié)控制電源故障情況，需要作出檢查處理，通過轉(zhuǎn)換該車的電源開關(guān)，如果運用另一組能夠正常運行則維持運行即可，也可檢查開關(guān)600QA跳開之后重新閉合。如果以上處理無效，需要重新聯(lián)位668QS，將666QS及667QS同時斷開即正常運行。

b.對于主斷路器跳閘故障情況，受電弓出現(xiàn)自動下落的情況，主要表現(xiàn)在列車的自然制動，以及顯示屏出現(xiàn)全部熄滅的情況，由于所受電弓的自然落下影響電壓表顯示數(shù)值為0。假若此種處理方式無效，需要將666QS及667QS同時斷開即正常運行。

c.在控制系統(tǒng)運行過程中受電弓自然落下檢查，跳開主斷路器在顯示屏產(chǎn)生“零壓”這一情況及時檢查，對于換工無效需要做兩節(jié)保護閥門，如果仍然不能吸合需要對保護閥進行人工閉合，正常運行。

d.主斷路器合不上的檢查處理，需要對調(diào)速手柄是否在零位進行檢查，如果不在零位需要將其移動回歸至零位。假若處理之后仍然無法合閘，可以采用主斷路器人工閉合措施，關(guān)掉輔機降弓“分相”使之正常運行。

e.輔電路故障包括閉合劈相機扳鈕無法起跳，顯示零壓不啟動劈相機，具體故障檢查需要將開關(guān)236QS隔離，之后維持運行。檢查無任何聲音故障情況，重新將自動開關(guān)605QA跳起時關(guān)合，之后恢復(fù)正常，假若不行則需要將相機扳鈕進行更換。

6 結(jié)語

與傳統(tǒng)發(fā)動機汽車相較，新能源汽車的檢修工作存在諸多不同，對于常見的故障有必要應(yīng)用智能診斷技術(shù)，積極對汽車故障進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)故障即可進行針對性分析，從而提高新能源汽車的檢修效果，提升對故障的維修處理能力，推動我國新能源汽車市場的良好發(fā)展。

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作者簡介：

顏國仁，男，1988年生，工程師，研究方向為汽車檢測與維修技術(shù)。