鄒利寧，胡艷峰，王保平，徐 峰

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

電動(dòng)汽車發(fā)展到現(xiàn)在，已是一個(gè)眾所周知且不過(guò)時(shí)的話題。電動(dòng)汽車具有勝過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的許多優(yōu)點(diǎn)，例如零排放、高效率、與石油無(wú)關(guān)，以及安靜、平穩(wěn)運(yùn)行等。在廣泛呼吁環(huán)境保護(hù)的大環(huán)境下，號(hào)稱零排放的電動(dòng)汽車更是受到極大的關(guān)注。電動(dòng)汽車采用電動(dòng)機(jī)為牽引裝置，并應(yīng)用化學(xué)蓄電池組、燃料電池組、超級(jí)電容組和飛輪組為其提供相應(yīng)的能源。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的兩大要素是內(nèi)燃機(jī)和汽油箱；而電動(dòng)汽車的兩大要素：一是采用電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，二是要配備相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置。由于電驅(qū)動(dòng)特性和能源方面的多樣性，電動(dòng)汽車可能有的形式是比較多的。本文將根據(jù)自身在工作中的經(jīng)驗(yàn)，以純電動(dòng)汽車為原型，闡述電動(dòng)汽車的電氣調(diào)試過(guò)程。

1 調(diào)試概述

電動(dòng)汽車試制車輛裝車完成后，就要開始進(jìn)行整車調(diào)試了。對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛來(lái)說(shuō)，整車調(diào)試首先要做發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤調(diào)試，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后才進(jìn)行電氣調(diào)試。但對(duì)于電動(dòng)汽車而言，電氣調(diào)試要早于整車調(diào)試，尤其是電氣調(diào)試中還包括安全性要求高的高壓系統(tǒng)調(diào)試。電動(dòng)汽車電氣調(diào)試一般分3個(gè)步驟進(jìn)行：首先進(jìn)行低壓上電測(cè)試，其次進(jìn)行總線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，最后進(jìn)行高壓上電測(cè)試。在這些測(cè)試都準(zhǔn)備好后，最后一步要進(jìn)行的就是電控調(diào)試。下面就從這4個(gè)方面詳細(xì)闡述電動(dòng)汽車的電氣調(diào)試。

2 低壓上電測(cè)試

電動(dòng)汽車裝車完成后，首先要進(jìn)行的就是低壓上電測(cè)試。低壓上電測(cè)試的目的在于保證線束對(duì)接的正確性，這和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車電氣測(cè)試是相同的。低壓上電測(cè)試，主要測(cè)試用電設(shè)備供電是否正常。汽車電源一般分為接蓄電池正極的常電、受電源總開關(guān)控制的30電、鑰匙ON擋電、鑰匙ACC電，電動(dòng)汽車上常見(jiàn)節(jié)點(diǎn)的低壓供電情況見(jiàn)表1。

表1 電動(dòng)汽車節(jié)點(diǎn)供電

低壓上電測(cè)試可從兩方面著手：首先是從實(shí)現(xiàn)功能的角度初步判斷接線的正確性，如整車低壓上電后，儀表將點(diǎn)亮，可以通過(guò)儀表上顯示的符號(hào)或其它顯示信息初步判斷是否有明顯的接線錯(cuò)誤；或動(dòng)作相應(yīng)的開關(guān)按鈕，如按燈光按鈕要點(diǎn)亮相應(yīng)的燈光照明等。其次是利用萬(wàn)用表通過(guò)測(cè)量接線的通斷來(lái)確定是否存在接線錯(cuò)誤，這主要應(yīng)用于當(dāng)通過(guò)功能排查出現(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能時(shí)，用來(lái)檢查排除故障。

2.1 常供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1）電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)BMS是動(dòng)力電池系統(tǒng)能量管理的控制中樞，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度、SOC及單體電池的均衡性，與整車的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)。同時(shí)，在車輛充電時(shí)，BMS與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)交互，實(shí)時(shí)上報(bào)車輛充電狀態(tài)，如充電電流（倍率）、充電時(shí)間等重要參數(shù)，為車輛售后服務(wù)人員提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的技術(shù)數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，需要給BMS提供低壓（24V或12V）常電。

2）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T32960的要求，新能源車輛必須配備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般包括監(jiān)控終端、GPRS天線、GPS或北斗定位天線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。監(jiān)控終端是整車CAN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，與整車控制器VCU、BMS等節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采集車輛的運(yùn)行參數(shù)，將車速、續(xù)駛里程、動(dòng)力電池SOC、溫度等發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。通過(guò)GPS模塊，可實(shí)時(shí)獲取車輛定位信息。除車輛正常行駛可實(shí)時(shí)監(jiān)控外，車輛充電時(shí)也可以監(jiān)控充電狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必須供常電。

3）組合儀表

組合儀表是人和汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的汽車運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。組合儀表的部分故障指示燈（如危險(xiǎn)報(bào)警指示燈）需要常電工作；組合儀表需要存儲(chǔ)車輛運(yùn)行里程和故障等重要參數(shù)，也需要常供電。不論常規(guī)燃油車還是新能源車，都需要給組合儀表提供低壓常電。

2.2 低壓上電測(cè)試的常見(jiàn)問(wèn)題

1）常供電設(shè)備休眠功耗較高。電動(dòng)汽車較常規(guī)燃油車常供電設(shè)備較多，部分常供電設(shè)備休眠功耗較高，低壓蓄電池容易出現(xiàn)虧電。解決這種問(wèn)題的辦法是從設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格控制常供電設(shè)備的靜態(tài)功耗，一般要求靜態(tài)功耗≤5 mA，整車靜態(tài)功耗≤50 mA（按照電池容量50Ah、DOD取80%、車輛靜置30天計(jì)算）。

2）誤將鑰匙開關(guān)ACC擋信號(hào)接入整車控制器ON擋喚醒針腳。在車輛上高壓時(shí)（鑰匙開關(guān)打到START擋），由于ACC瞬間切斷，ON擋喚醒針腳失電，整車控制器判斷為故障狀態(tài)，無(wú)法正常上高壓電。

3）誤將重要控制器的電源繼電器30端接ON擋電，造成鑰匙斷電后，電機(jī)控制器無(wú)法延時(shí)下電，造成高壓端母線電容無(wú)法快速放電，對(duì)車輛運(yùn)行和檢修存在安全隱患。

3 總線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

低壓上電后，電動(dòng)汽車上的電控ECU就會(huì)有通信，如整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)等。各零部件的單節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試應(yīng)在整車集成前完成，因此這里的總線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試指的是系統(tǒng)集成測(cè)試。在整車環(huán)境下，應(yīng)用CANoe來(lái)進(jìn)行總線殘余仿真功能測(cè)試?？偩€網(wǎng)絡(luò)測(cè)試包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層測(cè)試等。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試部分本身就涉及很多測(cè)試內(nèi)容，相關(guān)方面的文獻(xiàn)較多，本文將不再贅述，在此僅闡述調(diào)試車輛過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題。

1）總線終端電阻配置錯(cuò)誤。較為常見(jiàn)的是配置冗余。正常情況下，一個(gè)CAN子網(wǎng)應(yīng)當(dāng)配置2個(gè)120Ω終端電阻，分布在總線線束兩端，通過(guò)OBD診斷口測(cè)量電阻應(yīng)為60Ω。但實(shí)際情況是，經(jīng)常會(huì)測(cè)得40Ω甚至30Ω的電阻值，這樣的阻值，很難保證總線通信品質(zhì)。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象是因?yàn)殡妱?dòng)汽車的總線節(jié)點(diǎn)較之常規(guī)燃油車多了不止一倍，有些供應(yīng)商為了方便測(cè)試，減少產(chǎn)品型號(hào)，會(huì)在控制器內(nèi)部集成終端電阻，這樣一來(lái)，總線上出現(xiàn)3個(gè)甚至更多的120Ω電阻也就不足為奇。如何化解這個(gè)難題呢？有兩個(gè)辦法：①如果車型已經(jīng)成熟并量產(chǎn)，可以在處于總線兩端的控制器節(jié)點(diǎn)內(nèi)集成電阻；②如果車輛處于樣車驗(yàn)證階段，最好將終端電阻布置在線束兩端，所有節(jié)點(diǎn)不帶電阻，以便于進(jìn)行布置位置的優(yōu)化。

2）通過(guò)CANoe觀測(cè)不到某個(gè)或者幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的總線報(bào)文信息。出現(xiàn)這種現(xiàn)象有以下幾個(gè)原因：①某個(gè)節(jié)點(diǎn)的波特率設(shè)置錯(cuò)誤，比如動(dòng)力CAN一般波特率為500kb/s，如果設(shè)置為250kb/s就無(wú)法正常通信；②總線線束制作問(wèn)題，CAN高和CAN低同時(shí)與屏蔽層接觸造成短路；③CAN控制器模塊或收發(fā)器模塊故障。

3）總線通信品質(zhì)差，負(fù)載率高，錯(cuò)誤幀較多。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因大都與干擾有關(guān)。如將CAN通信線束與驅(qū)動(dòng)電機(jī)交流電纜布置過(guò)近，如果交流電纜屏蔽不到位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)通過(guò)電纜發(fā)射電磁干擾。解決辦法是：①通信線束與交流電纜隔離布置，如果不能完全隔離，一定保持足夠的距離；②加強(qiáng)交流電纜的屏蔽，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼采取等電位搭鐵；③CAN總線線束采用帶屏蔽層的雙絞線。

4 高壓上電測(cè)試

目前，重型載貨電動(dòng)汽車產(chǎn)品的高壓電平臺(tái)一般在600V左右，這對(duì)人體來(lái)講是致命電壓，因此電動(dòng)汽車在低壓上電正常后，整車在上高壓電以前，必須先進(jìn)行高壓上電測(cè)試。

測(cè)試的第1步是絕緣電阻檢測(cè)。絕緣電阻檢測(cè)是整車裝配后，在第1次上高壓電之前，用兆歐表測(cè)量整車高壓電氣系統(tǒng)各個(gè)組件的正負(fù)極母線端對(duì)搭鐵的絕緣電阻值，主要是動(dòng)力電池輸出母線端。絕緣電阻阻值必須符合國(guó)標(biāo)GB/T18384.3的要求，分為兩級(jí)絕緣故障報(bào)警，即：小于500kΩ為二級(jí)故障（車輛仍可運(yùn)行），回庫(kù)后檢查；小于100kΩ為一級(jí)故障（需立即停車），立即檢查。

高壓上電測(cè)試有以下幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。

1）整車絕緣電阻偏低。這主要有以下幾種原因：①高壓電氣設(shè)備或連接器防水等級(jí)不夠，進(jìn)水或者有濕氣，導(dǎo)致絕緣電阻偏低；②高壓線纜制作品質(zhì)問(wèn)題，線纜屏蔽層與連接器導(dǎo)電部分絕緣不佳，甚至有屏蔽層銅絲與連接器導(dǎo)電部分接觸，相當(dāng)于高壓接口與車身短路，此時(shí)，車輛絕緣電阻極低，報(bào)一級(jí)絕緣故障，車輛無(wú)法行駛；③絕緣電阻檢測(cè)模塊由于程序或設(shè)置的問(wèn)題，出現(xiàn)誤報(bào)絕緣故障。

2）高壓線纜屏蔽不佳。高壓線纜，尤其是驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相交流線纜屏蔽不到位，對(duì)信號(hào)線和CAN總線容易造成干擾，影響總線通信品質(zhì)。避免這種問(wèn)題的辦法有：①將信號(hào)線和高壓線纜隔離布置；②加強(qiáng)高壓線纜的屏蔽，尤其是交流高壓線纜，保證線纜屏蔽層與電機(jī)或控制器外殼屏蔽點(diǎn)連接良好。

3）直流接觸器觸點(diǎn)粘連。直流接觸器是電動(dòng)汽車高壓主回路的主要通斷控制器件，一般布置在高壓配電箱或BMS中。觸點(diǎn)粘連是非常嚴(yán)重的故障，會(huì)造成車輛無(wú)法切斷高壓電，輕則影響車輛正常運(yùn)行，重則可能造成人身安全危害。觸點(diǎn)粘連的故障原因：①接觸器容量偏小，觸點(diǎn)負(fù)載過(guò)重；②接觸器動(dòng)作過(guò)于頻繁；③線圈驅(qū)動(dòng)功率不足，電磁吸力偏低，觸點(diǎn)接觸電阻過(guò)大。

5 電控調(diào)試

電動(dòng)汽車的核心控制功能部件是整車控制器，整車控制器負(fù)責(zé)整車的協(xié)調(diào)控制。電控調(diào)試一方面是整車控制策略的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，另一方面是整車功能測(cè)試。在試制車輛裝車完成后，需要整車進(jìn)行功能測(cè)試。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常利用CANoe的總線殘余仿真功能，在整車上模擬整車控制器節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。首先驗(yàn)證其它節(jié)點(diǎn)功能；除整車控制器外的其它仿真節(jié)點(diǎn)（圖1中呈灰色）將被整車上的真實(shí)節(jié)點(diǎn)代替；然后應(yīng)用CANoe的人機(jī)交互界面Penal Editor或Penal Designer制作整車控制器控制界面，如圖2所示。

圖1 整車控制器節(jié)點(diǎn)模擬

圖2 整車控制器控制面板

5.1 調(diào)試準(zhǔn)備

電控調(diào)試僅僅從車輛反饋的狀態(tài)來(lái)看，看到的往往只是冰山一角，因此需要借助工具設(shè)備來(lái)進(jìn)行。常用的工具是Vector的CANoe及CANape，主要有兩種方式，一是利用CANoe直接監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)，或利用CANoe的數(shù)據(jù)記錄功能先記錄數(shù)據(jù)，然后利用CANape分析記錄的數(shù)據(jù)。離線分析數(shù)據(jù)主要用于對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，分為3步：即場(chǎng)景再現(xiàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。二是利用CANape直接進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)然，除此之外，CANape的一個(gè)主要功能就是標(biāo)定。

本文中采用先記錄數(shù)據(jù)再分析數(shù)據(jù)的方法，這樣的好處是便于離線后仔細(xì)分析。這個(gè)過(guò)程可分為3步。

1）首先，設(shè)置CANoe記錄數(shù)據(jù)，如圖3所示。在Measurement Setup中激活Logging模塊，即雙擊該模塊前面的灰方框。通過(guò)雙擊設(shè)置Logging模塊后面的文件夾圖案，設(shè)置記錄數(shù)據(jù)的文件格式及路徑。

圖3 設(shè)置記錄數(shù)據(jù)

這里推薦記錄數(shù)據(jù)的格式為.asc格式。記錄.asc格式的數(shù)據(jù)有一個(gè)好處，就是當(dāng)沒(méi)有CANape使用時(shí)，.asc文件可以用記事本打開，如圖4所示。

圖4 用記事本打開.asc文件

2）其次，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。上面提到記錄的數(shù)據(jù)格式是.asc文件，但是.asc文件在CANape中卻不能直接應(yīng)用，需要將.asc文件轉(zhuǎn)化成.MDF文件。.asc文件轉(zhuǎn)化成.MDF文件的方式如下：①打開CANape軟件，F(xiàn)ile—conventer option—Vector Logging option，選擇Add，然后添加具體車型的DBC文件；②File-Import—Vector Logging converter，選擇要轉(zhuǎn)換的.asc文件打開，確定后即可以將.asc文件轉(zhuǎn)換成.MDF文件。

3）最后，在CANape中分析得到的.MDF數(shù)據(jù)。

5.2 調(diào)試內(nèi)容

電控系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，要關(guān)注的點(diǎn)有高壓上電過(guò)程、高壓下電過(guò)程、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、反饋狀態(tài)、故障處理機(jī)制等，是基于整車控制器的功能進(jìn)行的電控調(diào)試。電控系統(tǒng)調(diào)試的過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題有：節(jié)點(diǎn)狀態(tài)反饋與通信協(xié)議定義不符，高壓上電過(guò)程、下電過(guò)程與通信協(xié)議定義不符，以及硬線輸入輸出有誤等。

5.3 電控調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題

下面以一款純電動(dòng)面包車為原型，該車型CAN節(jié)點(diǎn)有整車控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)3個(gè)，電控調(diào)試常見(jiàn)的問(wèn)題有以下幾個(gè)。

1）高壓上電過(guò)程中電池狀態(tài)反饋有誤

問(wèn)題描述：低壓上電時(shí)電池反饋63狀態(tài)后，在還沒(méi)開始預(yù)充電的時(shí)候就開始反饋65狀態(tài)，如圖5所示。正常情況應(yīng)該是低壓上電后，電池反饋63狀態(tài)，然后在預(yù)充電過(guò)程中反饋65狀態(tài)，預(yù)充電完成后反饋95狀態(tài)。

圖5 未進(jìn)行預(yù)充電時(shí)電池反饋65狀態(tài)

2）高壓下電時(shí)無(wú)電機(jī)快速放電功能

電機(jī)快速放電功能是出于車輛安全以及操作便利的考慮，指在車輛下高壓后，即鑰匙回到OFF擋（此時(shí)整車控制器會(huì)控制電池使能關(guān)閉）時(shí)，電機(jī)應(yīng)接收整車控制器的控制指令，通過(guò)一定的措施使得母線端電壓在短時(shí)間內(nèi)下降到36V以下，一般要求2 s內(nèi)完成快速放電。

問(wèn)題描述：高壓下電時(shí)電池使能切斷后，還出現(xiàn)電機(jī)使能約2 s，且整車控制器沒(méi)有給出電機(jī)快速放電信號(hào)，如圖6所示。正常的高壓下電流程是：斷負(fù)載，斷電池使能，最后快速放電。因此電池使能切斷后，不應(yīng)出現(xiàn)電機(jī)使能的情況，且應(yīng)該執(zhí)行快速放電功能。

3）電機(jī)、電池狀態(tài)反饋異常

問(wèn)題描述：在整車控制器給定“正向驅(qū)動(dòng)”命令時(shí)，電機(jī)應(yīng)該反饋97狀態(tài)。但反饋中會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)，出現(xiàn)97、98交替的狀態(tài)反饋，如圖7所示。還出現(xiàn)給定“正向驅(qū)動(dòng)”命令時(shí)，出現(xiàn)反饋95、97、98三個(gè)狀態(tài)，且狀態(tài)反饋不穩(wěn)定。另外，電池狀態(tài)反饋波動(dòng)很大，如圖8所示。

圖6 高壓下電過(guò)程無(wú)快速放電功能且電機(jī)反饋有誤

圖7 給定“正向驅(qū)動(dòng)”命令時(shí)，97、98狀態(tài)交替反饋

圖8 給定“正向驅(qū)動(dòng)”命令時(shí)，電機(jī)電池狀態(tài)反饋異常

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的4個(gè)調(diào)試方面，這是本人在設(shè)計(jì)及車輛調(diào)試過(guò)程中的淺見(jiàn)，希望專業(yè)人士提出寶貴意見(jiàn)。