新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

摘 要：隨著我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模、滲透率的持續(xù)提升，新能源汽車(chē)故障診斷與維修服務(wù)的需求呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。文章首先分析了新能源汽車(chē)常見(jiàn)故障，如動(dòng)力電池故障、驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障、能量管理系統(tǒng)故障及其他常見(jiàn)故障，然后闡述了新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，包括基于智能診斷技術(shù)的新能源汽車(chē)故障診斷方法、基于故障樹(shù)的新能源汽車(chē)故障診斷方法，之后探討了新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在促進(jìn)新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)的發(fā)展，提升新能源汽車(chē)后市場(chǎng)服務(wù)品質(zhì)，助力新能源汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 故障診斷技術(shù) 智能診斷技術(shù) 故障樹(shù) 未來(lái)趨勢(shì)

1 緒論

在國(guó)家戰(zhàn)略的指引下，汽車(chē)工業(yè)以“含綠量”賦能“含金量”，我國(guó)新能源汽車(chē)已成為塑造新動(dòng)能、新優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵領(lǐng)域，并引領(lǐng)著全球新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展走向。根據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2024年，我國(guó)新能源汽車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)量高達(dá)1288.8萬(wàn)輛和1286.6萬(wàn)輛，新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量在汽車(chē)新車(chē)總銷(xiāo)量中的占比達(dá)到40.9%[1]，已連續(xù)10年位居全球第一。新能源汽車(chē)儼然成為推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要引擎[2]，給新能源汽車(chē)后市場(chǎng)提供了前所未有的廣闊發(fā)展空間。

新能源汽車(chē)的蓬勃發(fā)展給汽車(chē)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)深刻變革。與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，新能源汽車(chē)的電控系統(tǒng)更復(fù)雜[3-4]，涵蓋了電機(jī)控制單元、電池控制單元、能量回收系統(tǒng)、車(chē)輛高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等多個(gè)復(fù)雜子系統(tǒng)。這意味著新能源汽車(chē)的故障診斷不再局限于傳統(tǒng)的機(jī)械故障，更多地聚焦于電子元件的精準(zhǔn)診斷、精密電路的故障定位等。這種轉(zhuǎn)變不僅提升了維修服務(wù)的技術(shù)門(mén)檻，也對(duì)維修技師的專(zhuān)業(yè)技能提出了更高要求。新能源汽車(chē)后市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮?，傳統(tǒng)汽車(chē)企業(yè)、造車(chē)新勢(shì)力都在不斷加大研發(fā)投入，致力于創(chuàng)新和優(yōu)化新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)，以滿(mǎn)足新能源汽車(chē)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的服務(wù)需求。

2 新能源汽車(chē)常見(jiàn)故障分析

2.1 動(dòng)力電池系統(tǒng)

動(dòng)力電池故障是新能源汽車(chē)上發(fā)生頻率較高的故障。傳統(tǒng)汽車(chē)的動(dòng)力依賴(lài)于化石燃料，而新能源汽車(chē)可以利用電力驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式的改變對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的性能提出了更高的要求，其中，電池容量、電池電壓、電池內(nèi)阻、電池循環(huán)壽命、電池溫度特性等成為衡量動(dòng)力電池的性能的重要指標(biāo)[5-6]。當(dāng)動(dòng)力電池內(nèi)部的電芯損壞，會(huì)引起電池容量下降，原本能存儲(chǔ)足夠電量支持車(chē)輛行駛一定距離，故障后電量減少，導(dǎo)致續(xù)航里程縮短。當(dāng)動(dòng)力電池過(guò)充會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力變大，可能會(huì)導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)的破裂等。在實(shí)際使用中，定期檢查動(dòng)力電池狀況，可以減少故障的發(fā)生。

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車(chē)上重要的部件，確保其工作可靠非常重要。在實(shí)際使用中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的常見(jiàn)故障包括電機(jī)超速、運(yùn)行溫度失常、旋轉(zhuǎn)變壓器失靈、驅(qū)動(dòng)電機(jī)缺相等[7-8]。驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障不僅會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛動(dòng)力輸出不穩(wěn)定，還可能引發(fā)整車(chē)控制系統(tǒng)報(bào)警或車(chē)輛無(wú)法正常啟動(dòng)等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至可能危及行車(chē)安全。駕駛過(guò)程中應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行或頻繁急加速、急減速，以減少對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額外負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.3 能量管理系統(tǒng)故障

新能源汽車(chē)能量管理系統(tǒng)主要用來(lái)控制動(dòng)力電池充放電過(guò)程及整車(chē)能量利用效率優(yōu)化[9-10]。能量管理系統(tǒng)影響著新能源汽車(chē)的動(dòng)力性能和續(xù)航能力，例如，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)或減速時(shí)，能量回收系統(tǒng)將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)，以提升能量利用效率。如果能量回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響新能源汽車(chē)制動(dòng)能量回收效率，使得車(chē)輛續(xù)航里程變小，同時(shí)由于電能回收變少，動(dòng)力電池循環(huán)次數(shù)增加，頻繁的充電和放電循環(huán)加速動(dòng)力電池老化。再如，當(dāng)新能源汽車(chē)供電系統(tǒng)存在故障，無(wú)論高壓供電系統(tǒng)還是低壓供電系統(tǒng)，都可能引發(fā)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或電子設(shè)備不能正常工作，從而影響了新能源汽車(chē)動(dòng)力輸出效率和安全性。

2.4 其他常見(jiàn)故障

除動(dòng)力電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)故障外，新能源汽車(chē)常見(jiàn)故障還包括電子系統(tǒng)故障、傳感器等其他類(lèi)型故障[3]。例如，當(dāng)電子系統(tǒng)無(wú)法正常工作，如車(chē)載電子控制單元、車(chē)載通信系統(tǒng)以及信息顯示屏等出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)引起新能源汽車(chē)功能異?；蛐畔@示有誤，影響駕駛體驗(yàn)和車(chē)輛性能。此外，新能源汽車(chē)配備了多種傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)及外部環(huán)境[11]，如遇溫度傳感器、壓力傳感器等發(fā)生故障，可能導(dǎo)致車(chē)輛信息偏差，甚至影響車(chē)輛的正?？刂坪瓦\(yùn)行穩(wěn)定性。

3 新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 基于智能診斷技術(shù)的新能源汽車(chē)故障診斷方法

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，新能源汽車(chē)故障診斷領(lǐng)域正面臨著一場(chǎng)深刻的變革。傳統(tǒng)的新能源汽車(chē)故障診斷主要依賴(lài)于技師的經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)用設(shè)備，耗時(shí)且成本高昂。新能源汽車(chē)智能診斷技術(shù)可以快速識(shí)別新能源汽車(chē)故障，具體流程主要包含數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、特征提取、模型建立和診斷分析等環(huán)節(jié)[4，12]。

（1）新能源汽車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集。采集車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)是新能源汽車(chē)故障智能診斷分析的基礎(chǔ)。通過(guò)安裝于新能源汽車(chē)關(guān)鍵部件/系統(tǒng)上的多種傳感器，實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛電流、電壓、溫度、振動(dòng)等參數(shù)。（2）新能源汽車(chē)數(shù)據(jù)預(yù)處理。將所采集到的車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，如去除異常值、進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理等，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和提升可用性。（3）新能源汽車(chē)故障特征提取。降維處理預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，去除冗余信息、提取關(guān)鍵特征，如動(dòng)力電池電壓、溫度數(shù)據(jù)等，使提取的特征能更好地反映新能源汽車(chē)故障狀況。（4）新能源汽車(chē)故障診斷模型構(gòu)建。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯分類(lèi)、決策樹(shù)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立故障診斷模型，基于歷史故障數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，使之能識(shí)別不同故障類(lèi)型的特征模式。（5）新能源汽車(chē)故障診斷分析。應(yīng)用步驟（4）建立的故障診斷模型在線(xiàn)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)分析新能源汽車(chē)工況數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前車(chē)輛故障狀況及故障類(lèi)型，并形成故障診斷報(bào)告指導(dǎo)維修人員排故。新能源汽車(chē)智能診斷技術(shù)依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析，可快速分析處理海量數(shù)據(jù)，及時(shí)識(shí)別潛在故障并發(fā)出預(yù)警，極大地提升新能源汽車(chē)維修效率和用戶(hù)體驗(yàn)。

3.2 基于故障樹(shù)的新能源汽車(chē)故障診斷方法

故障樹(shù)分析常用于對(duì)系統(tǒng)可靠性的分析，具有簡(jiǎn)單明了，具體直觀(guān)，邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，它能對(duì)復(fù)雜故障事件的產(chǎn)生原因做出全面的分析[13]，將其應(yīng)用于新能源汽車(chē)故障診斷，有助于維修人員準(zhǔn)確判別故障原因。故障樹(shù)分析按照樹(shù)狀結(jié)構(gòu)對(duì)故障事件（頂事件）進(jìn)行層層分析，直到所有的原因（基本事件）都不可再分[14]。其中，介于頂事件與基本事件之間的所有事件定義為中間事件。故障樹(shù)分析主要步驟包括確定頂事件、建立故障樹(shù)、定性分析故障樹(shù)、定量分析故障樹(shù)四個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）確定頂事件是指把某種最不期望發(fā)生的故障現(xiàn)象定義為頂事件，以蓄電池電壓低故障為例，將該事件作為頂事件。（2）建立故障樹(shù)的過(guò)程是從頂事件開(kāi)始，從上往下層層分析，直到所有的原因都不可再分。在蓄電池電壓低故障中，通過(guò)分析把導(dǎo)致蓄電池電壓低的直接因素如蓄電池充電不足、自放電大等作為中間事件，中間事件的下層因素，如蓄電池放電后未充電、充電器不匹配造成電池充電不足、蓄電池內(nèi)部發(fā)生不可逆磷酸鹽化引起蓄電池容量降低等構(gòu)成蓄電池電壓低的基本事件。（3）根據(jù)故障樹(shù)定性分析引起某種故障的各種因素，了解引起該故障有哪幾種可能性。從故障樹(shù)構(gòu)建過(guò)程可知，任一基本事件發(fā)生都可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生。（4）定量分析故障樹(shù)是指針對(duì)故障性事件，定量計(jì)算定性分析環(huán)節(jié)得出的各種可能性，用數(shù)字語(yǔ)言表達(dá)出每個(gè)事件發(fā)生的概率。故障樹(shù)分析法本質(zhì)上是故障原因窮舉法。針對(duì)頂事件層層追蹤，窮舉所有可能導(dǎo)致頂事件的故障，并對(duì)每一故障進(jìn)行參數(shù)收集和判斷，最終在可靠的數(shù)據(jù)收集結(jié)果下推算出最有可能的故障。故障樹(shù)分析法以一種結(jié)構(gòu)化的方式深入解析復(fù)雜系統(tǒng)故障，因果聯(lián)系邏輯明確，可以幫助新能源汽車(chē)維修人員有條理地排查故障，使排故不再盲目，更具系統(tǒng)性和科學(xué)性，被廣泛應(yīng)用在新能源汽車(chē)故障診斷中。

4 新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 快速精準(zhǔn)定位故障位置

智能診斷技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車(chē)故障診斷領(lǐng)域前景廣闊。近年來(lái)，一些新的學(xué)科分支為新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)發(fā)展注入了新的活力。例如小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特性，可以取代傳統(tǒng)的傅里葉變換有效地從信號(hào)中提取信息，將其應(yīng)用于車(chē)輛故障特征的信號(hào)分析[15]，有助于順利檢測(cè)出新能源汽車(chē)的故障位置。此外，新理論的不斷探索和融入，人工智能算法的持續(xù)演進(jìn)，通過(guò)融合多種算法[16-17]，新能源汽車(chē)智能診斷技術(shù)必將得到進(jìn)一步突破，能夠較大程度地提升新能源汽車(chē)故障診斷的精度和速度。

4.2 遠(yuǎn)程診斷與智能升級(jí)

實(shí)現(xiàn)車(chē)輛遠(yuǎn)程診斷與智能升級(jí)是新能源汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。遠(yuǎn)程診斷技術(shù)借助車(chē)載傳感器、ECU等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新能源汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，如動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和能量管理系統(tǒng)等，維修人員在線(xiàn)獲取車(chē)輛運(yùn)行工況數(shù)據(jù)并進(jìn)行診斷，指導(dǎo)本地用戶(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)單維修，形成線(xiàn)上線(xiàn)下一體化智慧維修。例如，當(dāng)動(dòng)力電池電壓異常，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)并預(yù)警，維修人員通過(guò)連接遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，快速定位故障點(diǎn)并指導(dǎo)車(chē)主采取相應(yīng)措施，減輕車(chē)輛損傷風(fēng)險(xiǎn)。在遠(yuǎn)程升級(jí)方面，新能源汽車(chē)與云端服務(wù)器高效互聯(lián)，支持制造商遠(yuǎn)程升級(jí)軟件。隨著OTA技術(shù)的成熟應(yīng)用，新能源汽車(chē)無(wú)需到店便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更新迭代，不僅保障了汽車(chē)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛足不出戶(hù)智能“云”升級(jí)，減少了用戶(hù)的不便，提升了服務(wù)效率[18]。此外，遠(yuǎn)程技術(shù)還支撐著車(chē)輛健康管理。通過(guò)車(chē)-云信息持續(xù)交互，制造商能夠準(zhǔn)確追蹤到車(chē)輛使用狀況、維護(hù)記錄和當(dāng)前狀態(tài)等信息[17-18]，進(jìn)而給每輛新能源汽車(chē)建立健康檔案，促進(jìn)制造商了解車(chē)輛運(yùn)行狀況，有助于維修人員詳細(xì)了解車(chē)輛情況個(gè)性化制定診斷方案。

5 結(jié)論

新能源汽車(chē)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)注入新的活力，是當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)期推動(dòng)低碳化的關(guān)鍵抓手。當(dāng)前，新能源汽車(chē)后市場(chǎng)正迎來(lái)蓬勃發(fā)展期，而新能源汽車(chē)故障診斷服務(wù)作為保障車(chē)輛安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要性日益凸顯。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的持續(xù)突破，新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)正迎來(lái)革命性變革。通過(guò)不斷創(chuàng)新和優(yōu)化新能源汽車(chē)故障診斷技術(shù)，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)定位故障位置、遠(yuǎn)程維護(hù)與智能升級(jí)，為新能源汽車(chē)售后服務(wù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，最大限度地保障車(chē)輛安全運(yùn)行，為新能源汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

項(xiàng)目基金：浙江省高等學(xué)校國(guó)內(nèi)訪(fǎng)問(wèn)工程師校企合作項(xiàng)目“共享式自行車(chē)實(shí)時(shí)協(xié)同數(shù)智調(diào)度研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FG2023007）、?？萍蓟稹皵?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下兩輪微公交系統(tǒng)再平衡智能動(dòng)態(tài)決策研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2025KJ06）。

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