混動車型動力部件診斷后處理系統(tǒng)設計

[摘 要] 目前傳統(tǒng)動力汽車/純電動力汽車的故障診斷及應對技術主要針對發(fā)動機、變速器、ABS系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、電驅系統(tǒng)等，故混動車輛缺少一套把發(fā)動機、變速器、電機、電驅、電池等聯(lián)合考評的故障處理系統(tǒng)。為此，本文針對某混動車型設計一套混動車輛故障處理系統(tǒng)，統(tǒng)一協(xié)調部件故障后的整車處理方案，以確保駕駛員的行車安全。

[關鍵詞]混合動力；動力系統(tǒng)；診斷后處理；策略

中圖分類號：U469.72 " 文獻標志碼：A " " "文章編號：1003-8639（2023）07

Design of diagnostic post-processing system for power components of hybrid models

Zucheng Gao，Xingjia Man，Jian LI，MingcongLai，Zupeng Huang

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007 China）

[Abstract] At present，the fault diagnosis and response technologies of traditional power vehicles/pure electric vehicles are mainly aimed at engine，transmission，ABS system，battery system，electric drive system，etc.Hybrid vehicles lack a set of engine，gearbox，motor，electric drive，battery joint evaluation of the fault handling system.Therefore，this paper designs a set of hybrid vehicle fault handling system for a certain hybrid model，to unify and coordinate the whole vehicle handling scheme after component failure，to ensure driving safety.

Keywords：Hybrid power，powertrain，post-diagnostic processing，strategy

收稿日期：2022-11-04

作者簡介：高祖成，男，研究方向為新能源汽車整車集成開發(fā)及混合動力系統(tǒng)架構。

混合動力汽車在傳統(tǒng)動力上增加了電驅動系統(tǒng)（電機/電機控制器/動力電池/低溫冷卻系統(tǒng)）等部件，整車結構及控制邏輯上更為復雜。一個小部件問題可以引起整個混動系統(tǒng)異常（例如制動信號異常、油門異常、溫度傳感器異常等），同時多個部件的相互關系也會引起整車系統(tǒng)異常（如高壓電池異常、驅動電機異常等）。本文主要通過制定動力關鍵系統(tǒng)的故障等級定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級別，并通過總線網(wǎng)絡發(fā)出。整車控制器則通過網(wǎng)絡收取部件的故障級別，并對整車故障級別進行分類/匯總，進而以最高級別作為系統(tǒng)的最終故障響應級別。針對每一個故障級別，整車系統(tǒng)都會相應做出恰當?shù)暮筇幚怼?/p>

1 "混合動力的系統(tǒng)構架

本文重點主要以P1+P3混動車型架構（圖1）為例，混動系統(tǒng)為2.0自然發(fā)動機+DHT（混動變速器），其中發(fā)動機通過齒輪與P1電機結耦，當車速達到某值時，系統(tǒng)可通過離合器結耦，發(fā)動機直驅車輛。此結構支持多種模式：可EV行駛、混聯(lián)驅動、串聯(lián)驅動、能量回收、怠速停機等，通過智能切換實現(xiàn)各種駕駛場景下動力與油耗的完美平衡。

1）低速行駛，EV和串聯(lián)模式之間智能切換，使發(fā)動機工作在最優(yōu)經(jīng)濟區(qū)域，油耗最低。

2）急加速大負荷工況發(fā)動機、驅動電機共同全負荷輸出，提供最佳動力。

3）中速運行（某車速大于35km/h以上），發(fā)動機結耦實現(xiàn)直驅，能量效率較串聯(lián)提升5%～7%。

圖1 "某P1+P3混動車型架構

2 "混合動力關鍵系統(tǒng)部件介紹

此P1+P3架構混動車型主要由下述部件組成。

1）HCU：整車控制器，俗稱整車大腦，負責整車扭矩管理及能量管理，統(tǒng)一進行MCU、ECM、BMS、DCDC、ACU協(xié)調工作，協(xié)調電驅系統(tǒng)+發(fā)動機系統(tǒng)滿足客戶需求。整車控制器HCU通過網(wǎng)絡接收部件的故障級別，并對整車故障級別進行分類/匯總，進而以最高級別作為系統(tǒng)的最終故障響應級別。同樣，針對每一個故障級別，整車系統(tǒng)都會相應做出后處理。

2）BMS：高壓電池管理系統(tǒng)，協(xié)調電池系統(tǒng)響應HCU功率需求，并反映電池系統(tǒng)工作狀態(tài)。

3）MCU：電驅控制系統(tǒng)，控制P1/P3電機工作模式及功率輸出，響應HCU功率需求/工作模式需求，并反映電池系統(tǒng)工作狀態(tài)。

4）DCDC：直流交流轉換器，高壓轉低壓，共整車12V用電器及12V蓄電池工作。協(xié)調DCDC系統(tǒng)響應HCU工作需求，并反映工作狀態(tài)。

5）ECM：發(fā)動機管理系統(tǒng)，控制發(fā)動機工作模式及功率輸出，響應HCU功率需求/工作模式，并反映發(fā)動機系統(tǒng)工作狀態(tài)。

6）ACU：電磁離合器控制系統(tǒng)，負責協(xié)調配合整車控制器完成離合器結合和脫開，并反映離合器系統(tǒng)工作狀態(tài)。

3 "關鍵動力部件后處理系統(tǒng)框圖

整車系統(tǒng)制定動力關鍵系統(tǒng)的故障等級定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級別，并通過總線網(wǎng)絡發(fā)出。整車控制器HCU則通過網(wǎng)絡收取部件的故障級別，并對整車故障級別進行分類/匯總，進而以最高級別作為系統(tǒng)的最終故障響應級別。后處理系統(tǒng)框圖如圖2所示。

1）根據(jù)混動系統(tǒng)架構模型，整車制定《故障等級定義+動力源失效處理方式》。

2）高壓動力電池BMS、雙電機控制器MCU（P1電機及P3電機）、DC/DC變換器、發(fā)動機管理系統(tǒng)ECM、離合器控制模塊ACU根據(jù)上述文件，梳理故障類型、級別及后處理，通過網(wǎng)絡總線分別發(fā)出對應的故障級別。

3）整車控制器HCU根據(jù)上述文件，梳理故障類型、級別及后處理，再結合各零部件的故障級別，制定整車動力系統(tǒng)處理方案。

圖2 "后處理系統(tǒng)框圖

4 "故障等級定義及動力源失效處理方式

整車系統(tǒng)依據(jù)混動架構模型制定了《故障等級定義+動力源失效處理方式》，各部件根據(jù)上述定義完成梳理故障類型、級別及后處理措施。《故障等級定義+動力源失效處理方式》主要把故障等級劃分為1～6等級，根據(jù)高壓電池、發(fā)動機、發(fā)電機、驅動電機工作狀態(tài)制定故障等級及后處理方式并提供對應的處理方式，如純電模式工作狀態(tài)、串聯(lián)模式工作狀態(tài)、并聯(lián)模式工作狀態(tài).驅動及高壓連接工作方式可參考表1。

表1 "故障等級定義+動力源失效處理方式

整車控制器HCU則通過網(wǎng)絡接收部件的故障級別，并對整車故障級別進行分類/匯總，進而以最高級別作為系統(tǒng)的最終故障響應級別，并針對每一個故障級別做出相應后處理。

5 "故障等級及后處理舉例說明

1）例1：MCU檢測到P3旋變/過流故障（表2），P3已無法工作。此對應故障等級6，HCU會根據(jù)高速工況和低速工況，高速直接進并聯(lián)，降低到一定車速后停止動力輸出。

表2 "P3旋變/過流故障

2）例2：ECM檢測到發(fā)動機系統(tǒng)狀態(tài)，把發(fā)動機狀態(tài)等級列為1～3，HCU根據(jù)ECM工作狀態(tài)進行后處理。如ECM反饋故障等級4，需要立即停機。HCU會觸發(fā)整車故障等級5，系統(tǒng)執(zhí)行純電行駛，當SOC小于某值后，停止動力輸出。表3為發(fā)動機故障等級。

表3 "發(fā)動機故障等級

6 "小結

本文主要通過制定動力關鍵系統(tǒng)的故障等級定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級別，整車控制器則通過網(wǎng)絡收取部件的故障級別，并對整車故障級別進行分類/匯總，進而以最高級別作為系統(tǒng)的最終故障響應級別，并針對每一個故障級別，整車系統(tǒng)都會做出相應后處理。此系統(tǒng)能快速鎖定問題出現(xiàn)的部件，確保行車安全，提高維修效率、保證維修品質，對混動系統(tǒng)的開發(fā)有重大的作用。

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（編輯 "凌 "波）