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混合动力电动汽车电机驱动系统的故障诊断

作者：王震 解垭岭

来源：《科学与技术》2018年第27期

摘要：混合动力电动汽车的动力系统采用了两种动力装置，兼备了内燃机汽车和电动汽车优点，既能充分发挥燃料发动机持续工作时间长、动力性能好的特点，又能发挥电动机无污染、低噪声的好处。

关键词：混合动力电动汽车；电机驱动系统；故障诊断 1.混合动力电动汽车及电机的基本认识 1.1 混合动力电动汽车的含义及特点

混合动力电動汽车是指配置两种或多种不同动力能源的汽车，常见汽车可装载提供动力的动力源有蓄电池、燃料电池、太阳能电池板、内燃机汽车的发电机组等。我国的混合动力电动汽车通常是通过内燃机车发电机辅之以车载蓄电池的电动汽车，在汽车起步、加速、匀速、减速、刹车等工况下两种能源能进行有效的分工合作，减少了燃油消耗并降低尾气排放，从而实现节能减排的最终目标。现阶段我国的混合动力电动汽车大多使用小排量发动机，较好地控制了燃油的消耗，能够让发动机在行驶过程中常处于高效低排放的工作区域，降低了废气排放量，确保能量转换效率实现最大化，且在交通拥挤的城市商业区，汽车发动机停止工作，从而实现城市零排放。不仅如此，电机和内燃机共同驱动极大地提高了车辆动力性。以丰田混合动力汽车为例，该车有燃油发动机和电池两种动力源，在汽车起动及时速低于 24 公里时，燃油发动机不工作；当汽车行驶时速超过 24 公里及突然加速时，燃油发动机开始工作；当汽车高速行驶时，电池为空调、音响、尾灯等汽车辅助设施提供能量，从而减少燃油发动机的负荷；而当汽车减速和刹车时，汽车的制动能量为电池充电，最大限度地提高了能源的利用率。 1.2混合动力电动汽车的电机驱动系统的种类

在混合动力的电动汽车中驱动系统是特别重要的，在驱动系统中主要有直流电机、交流电机和交流感应电机等。目前在电机驱动系统中应用方式比较多的是差速驱动和单电机减速驱动，但是由于目前许多地区的环境和地形的不同，对于电机驱动的控制方式也应该是不同的，对于这种情况需要进行系统建模、电气仿真等，这样才能更好的进行驱动方式的设置，对于电机的转速、寿命等这些都是和环境紧密相关的，所以电机驱动系统的种类、驱动方式的设置都是非常重要的。

2. 电机驱动系统故障诊断的概念 2.1 汽车故障诊断技术的定义与发展

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汽车故障诊断是指当汽车行驶技术状况变差，部分或完全丧失工作能力，在汽车不解体或者仅拆下部分零部件条件下，为确定汽车技术状况、查明故障部位及原因而进行的检测，最终给出分析和判断。汽车构造随科技发展愈来愈复杂，对汽车故障诊断技术的要求亦越来越高。早期汽车诊断依靠人工诊断，仅凭经验丰富的工人对汽车耳听手摸来寻找故障。万用表等专用仪器的使用，为汽车故障诊断提供了一定的依据。汽车带有故障自诊断系统，人们通过故障解码仪读出汽车各个部位的故障，对汽车故障的诊断更加便捷。现在，计算机水平突飞猛进，人工智能的发展促使汽车故障诊断向更智能的方向发展。 2.2 电机驱动系统故障诊断的任务

混合动力电动汽车电机驱动系统故障检测与诊断的依据就是要建立系统故障的数学模型，要按照先验信息和输入与输出的关系来建立，电机驱动系统故障检测是从可检测和不可检测的估量中来判断系统是否发生故障。故障的估量，是在检测到故障发生的性质后估算出故障发生的大小程度与发生时间等参数，根据混合动力电动汽车电机驱动系统故障的类别，评估与决策判断出故障的严重程度，以及故障对系统造成的影响，根据不同的状况采取不同的解决措施，其中包括系统重新构建和保护系统的启动等。 2.3 电机驱动系统故障诊断的意义

混合动力电动汽车电机控制系统故障检测的主要任务就是当系统发生故障时能够及时发现并且发出警报。电机驱动系统性能的好坏对整个混合驱动系统的影响至关重要，对电机驱动系统故障的诊断则更为棘手。在串联混合动力汽车中，发动机带动发电机产生电能，用于车用蓄电池充电，而电动机提供驱动车轮的全部扭矩。在并联混合动力汽车中，发动机通常工作于燃烧效率最佳的稳定状态，由电动机来补偿发动机与驾驶意图之间所产生的扭矩差。在低速、加速、高速、制动、爬坡等工况下电机驱动系统需提供安全可靠的所需动力，故对电驱动系统及时准确地进行故障诊断十分重要。一般而言，无论是什么样的检测系统都不会百分之百地检测出系统的每一个故障，故能够提高系统故障的检测率及降低系统检测故障的错误率一直是诊断领域和故障检测系统的研究课题，对混动汽车电机驱动系统故障诊断的主要内容是正确分析出电机系统故障所发生的位置，判断出该故障发生的类别，并且预算出故障发生的大小程度及发生时间，从而进行决策与评价。

3 混合动力电动汽车电机驱动系统故障诊断的过程 3.1 混合动力电动汽车的诊断流程

与内燃机汽车不同，混合动力电动汽车中有高压线路，在对混合动力电动汽车检查前，要带好绝缘手套。待车辆驶入维修车间，问询客户关于车辆出现的问题，将智能测试仪连接到数据链路插接口，若测试仪器显示通信故障，则检查数据链路插接口。检查同时记录故障诊断码与定格数据。若输出和 CAN 通信系统有关故障的故障诊断码，那么应先检查并修理 CAN 通

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信。将故障诊断码清除，若故障未出现则进行症状模拟，若故障出现，检查故障诊断码并查表，进行电路检查、识别故障、调整或修理。 3.2 电机运转不正常的原因分析

电动机及其控制系统是机械部件与电子部件结合并运行的系统，在混合动力电动汽车驱动系统中，其与电能存储器、电源变换器等的结合使系统变得更加复杂。电机运转不正常的原因较多，可能出现的故障有电机本体故障、电机控制器故障、电机系统供电电源故障或电机系统 CAN 通信故障等。电机的定子铁心或绕组出现问题、转子不平衡、轴承带电或震动等将会引起电机本体故障，逆变单元与控制单元故障会造成电机控制器故障，电机系统供电电源故障可能为高压直流电源故障和低压直流电源故障，CAN 传输线路的短路或断路、CAN 传输信号被干扰或信号错误等会引起电机系统 CAN 通信故障。若电机出现运转过温情况，较大的电流流经电机、电机的铁心短路、轴承出现问题或冷却水路不畅等都可能是造成诸多过温故障情况的直接原因。

3.3 电机驱动系统故障的方法

模拟仿真软件的发展使得各个领域的研究变得更为直观快捷，目前，一般采用模拟仿真的方法对电机驱动系统进行故障诊断的研究。建立电动机故障诊断的模型（如：选用神经元模型），较传统的故障诊断方法而言，基于神经元网络的故障诊断方法更为行之有效。亦可借助 LabVIEW（实验室虚拟仪器工作平台）软件，设计故障诊断模块的界面，能够实现电机驱动系统故障的实时仿真。 总结

随着科学技术水平的提升，我国的工业化水平也得到了很大的提升，混合动力电动车也得到了广泛的应用，但驱动系统的工作效率是人们特别关心的问题，在使用前也要对该系统进行严格的检查，排查各种潜在的危险因素，采取一些预防策略，预防事故的发生，保证驱动系统的正常、安全工作。即使驱动系统发生故障，也要能够快速检查出故障的原因，保证在运行中不会影响人们的生命健康安全。为了能够提高故障检测效率，必须要与我们新的科学技术相结合，做好日常的维护工作，要符合社会发展和满足人们交通正常使用的需求，这样才可保证我们交通运输行业的可持续发展。 参考文献

[1]吴刚.电控发动机智能混合故障诊断系统的研究与开发[D].广 州：广东工业大学，2016. [2]张金柱.新能源汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2017 （作者单位：长城汽车股份有限公司 股份品质管理部）