薛剛 石昊天

中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司 天津市 300222

1 引言

混合電動(dòng)汽車(chē)，作為當(dāng)前新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，其在投入運(yùn)行階段，電機(jī)控制器的作用穩(wěn)定性直接決定了車(chē)輛駕駛?cè)藛T的安全性。然而，在實(shí)踐控制過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)與診斷技術(shù)尚未完善，這就降低了混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器運(yùn)行使用的安全穩(wěn)定性。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)加大電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究力度，即將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果充分利用起來(lái)，以提升電機(jī)控制器運(yùn)行使用故障的處理效率。

2 研究混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器檢測(cè)與診斷系統(tǒng)原理及故障處理的現(xiàn)實(shí)意義

據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，混合電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行使用過(guò)程，電機(jī)控制器故障的產(chǎn)生過(guò)程，就是該汽車(chē)技術(shù)運(yùn)用狀況的變化過(guò)程。此變化會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)反映出來(lái)，具有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員可通過(guò)參數(shù)變化來(lái)判斷電機(jī)的運(yùn)行控制狀態(tài)，進(jìn)而找出電機(jī)控制器的運(yùn)行使用故障。故而，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的檢測(cè)與診斷工作，就是通過(guò)實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生參數(shù)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、顯示等目標(biāo)，來(lái)提高混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器系統(tǒng)檢測(cè)與診斷工作開(kāi)展的準(zhǔn)確性與效率的。然而，在實(shí)踐過(guò)程中，僅憑工作人員的經(jīng)驗(yàn)并不能準(zhǔn)確判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律，進(jìn)而得出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的結(jié)果。為此，相關(guān)人員應(yīng)加大混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器檢測(cè)與診斷系統(tǒng)工作原理的研究力度，以從理論角度輔助工作人員明確實(shí)踐工作開(kāi)展的內(nèi)容方向，進(jìn)而促進(jìn)混合電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展[1]。

3 混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器檢測(cè)與診斷系統(tǒng)原理

研究表明，混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，是一種集成信號(hào)檢測(cè)與故障診斷為一體的信息處理系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，發(fā)揮作用的軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)，即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)汽車(chē)運(yùn)行使用的故障進(jìn)行檢測(cè)。此外，該系統(tǒng)的運(yùn)行控制由上位機(jī)，即PC機(jī)統(tǒng)一負(fù)責(zé)管理，能夠?yàn)楣收媳O(jiān)視、診斷以及保護(hù)提供管理功能。如此，系統(tǒng)的運(yùn)行控制就能在可靠性的環(huán)境下，提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行效果[2]。

對(duì)于電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制原理來(lái)說(shuō)，主要的故障檢測(cè)與診斷控制對(duì)象是直流電機(jī)。直流電機(jī)中由外部引入控制的信號(hào)包括：檔位信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以及加速踏板信號(hào)，這些信號(hào)均能實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與運(yùn)行方向的控制目標(biāo)。具體的控制過(guò)程，是利用改變PWM的占空比來(lái)調(diào)整電機(jī)兩端的電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。如圖1所示，為PWM輸出原理圖。

圖1 PWM輸出原理圖

圖1所示的PWM電路圖是從單片機(jī)輸出的，由于單邊機(jī)80C196KC的22管腳、23管腳以及39管腳所提供的3路PWM輸出周期固定，因此，無(wú)法適用于2K頻率控制回路的功率管進(jìn)行占空比的導(dǎo)通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電樞回路電流的調(diào)控目標(biāo)。因此，檢測(cè)與診斷技術(shù)人員不應(yīng)采用單片機(jī)自帶的PWM控制端，而是采用高速輸出口的HSOO（High Speed Output），來(lái)對(duì)PWM的占空比輸出進(jìn)行控制。此外，由于圖1所示采用的跳線開(kāi)關(guān)能夠?qū)WM輸出端口起到擴(kuò)展作用，因此，應(yīng)根據(jù)跳線開(kāi)關(guān)來(lái)確定單片機(jī)端口類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PWM波的輸出目標(biāo)。這里可供選擇的端口類型主要有兩種，即HSO端口與PWM端口[3]。

4 混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的故障處理目標(biāo)

在對(duì)混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，故障處理工作的開(kāi)展應(yīng)綜合考慮硬件與軟件兩方面因素，進(jìn)而提高整體工作的分工合理性。具體來(lái)說(shuō)，在硬件方面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)將低功耗、低故障率以及高抗擾能力，作為設(shè)計(jì)控制重點(diǎn)，進(jìn)而強(qiáng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件的擴(kuò)展能力。如此，就可以便捷的故障處理狀態(tài)作用于軟件程序升級(jí)與維護(hù)工作的開(kāi)展。在軟件設(shè)計(jì)方面，故障處理人員應(yīng)極可能的提升系統(tǒng)程序的通用能力與操作界面的友好程度，進(jìn)而提升系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)踐的移植能力[4]。

5 混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器故障處理的優(yōu)化控制對(duì)策

5.1 明確系統(tǒng)故障診斷重點(diǎn)

電機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，作為混合電動(dòng)汽車(chē)的中心，在電動(dòng)汽車(chē)用電設(shè)備的增加與電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)背景下，除了對(duì)供電電源提出了更高的運(yùn)行要求，還對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、可測(cè)試性以及維護(hù)性提出了新的要求。而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中故障問(wèn)題沒(méi)有得到及時(shí)的糾正，就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而改變系統(tǒng)的使用狀態(tài)，最終造成系統(tǒng)運(yùn)行功能失效。此系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，混合電動(dòng)汽車(chē)的正常運(yùn)行就會(huì)受到影響，嚴(yán)重的甚至?xí){駕駛?cè)藛T的生命財(cái)產(chǎn)安全。為此，故障診斷控制人員應(yīng)將工作開(kāi)展的重點(diǎn)集中在測(cè)試系統(tǒng)的完善上，即通過(guò)減少不必要的故障發(fā)生，以提高混合電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行使用的安全性。此過(guò)程，測(cè)試系統(tǒng)的完善對(duì)象應(yīng)集中在：控制器失效。即具體的問(wèn)題現(xiàn)象為：控制器工作時(shí)斷時(shí)續(xù)、控制器內(nèi)部供電電源損壞、功率管器件損壞以及連接線磨損與接觸不良等[5]。

5.2 故障診斷的實(shí)時(shí)控制

經(jīng)分析，在混合電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，獨(dú)立控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)間需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換。為此，系統(tǒng)控制人員可通過(guò)串行通信，來(lái)提高通信的可靠、高效以及成本控制效果。具體來(lái)說(shuō)，只要遵循統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，就可得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用。針對(duì)當(dāng)前行業(yè)市場(chǎng)環(huán)境的發(fā)展需求，故障診斷實(shí)時(shí)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)開(kāi)發(fā)單片機(jī)，將其作為故障診斷系統(tǒng)核心，以對(duì)混合電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行情況數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。當(dāng)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成了運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與電機(jī)控制的相關(guān)工作后，就可通過(guò)串行口將數(shù)據(jù)信息傳遞至上位機(jī)，以供處理與顯示。如此，系統(tǒng)，就可對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)故障診斷，以提高電流、電壓以及加速油門(mén)踏板等參數(shù)調(diào)整的適用性[6]。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行控制，應(yīng)將數(shù)據(jù)采集部分的工作劃分為兩個(gè)部門(mén)，即系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，以為系統(tǒng)運(yùn)行的性能分析與故障診斷提供可靠的信息數(shù)據(jù)。在選擇診斷參數(shù)的過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)明確系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是用來(lái)反映電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的。但在實(shí)踐過(guò)程中，結(jié)構(gòu)參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)變化存在一定聯(lián)系，即一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化很有可能導(dǎo)致多個(gè)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化，而一個(gè)狀態(tài)參數(shù)變化又會(huì)導(dǎo)致多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化。因此，具體的診斷參數(shù)選擇工作的開(kāi)展，應(yīng)遵循既定的原則，來(lái)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)診斷參數(shù)確定的科學(xué)有效性。

首先，診斷參數(shù)的選用應(yīng)能突出反映混合電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能與故障作用狀態(tài)。即能夠以正常狀態(tài)作用于故障狀態(tài)的整個(gè)工作周期內(nèi)，且相對(duì)變化率應(yīng)較大。其次，診斷參數(shù)的確定，應(yīng)易于測(cè)量且控制好參數(shù)值的離散度。再次，確定的診斷參數(shù)還應(yīng)控制在結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的范圍內(nèi)，且不可出現(xiàn)超出極限值與非單值變化的規(guī)律。此外，診斷范圍內(nèi)的參數(shù)變化應(yīng)具有某種規(guī)律性，以為故障的處理提供環(huán)境條件。最后，診斷參數(shù)的選擇，還應(yīng)遵循少而精的原則，來(lái)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行故障的優(yōu)化控制[7]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，混合電動(dòng)汽車(chē)控制器的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，應(yīng)將故障處理的重點(diǎn)放在診斷參數(shù)選擇、實(shí)時(shí)診斷數(shù)據(jù)以及控制器失效等方面，以提升系統(tǒng)運(yùn)行的效率與安全性。事實(shí)證明，只有這樣，才能將最具效用的電機(jī)控制器系統(tǒng)診斷與檢測(cè)方法運(yùn)用于混合電動(dòng)汽車(chē)，進(jìn)而促進(jìn)其所處行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展進(jìn)程。故，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果更多地作用于各種電機(jī)控制器產(chǎn)品當(dāng)中，進(jìn)而為混合電動(dòng)汽車(chē)提供安全可靠的發(fā)展運(yùn)行環(huán)境。