山東理工大學(xué) 費(fèi)麗東

故障現(xiàn)象一輛康迪純電動(dòng)汽車(chē)在市區(qū)正常行駛時(shí)突然減速，車(chē)速慢下來(lái)了，查看儀表，發(fā)現(xiàn)ready燈已經(jīng)熄滅且系統(tǒng)故障警告燈點(diǎn)亮；斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，重新起動(dòng)，ready燈正常，車(chē)輛可以正常行駛。

故障診斷該車(chē)為2015款康迪K10純電動(dòng)汽車(chē)，已行駛約1萬(wàn)km，已因該故障來(lái)報(bào)修多次，但因前幾次來(lái)報(bào)修時(shí)車(chē)輛均無(wú)癥狀，試車(chē)也沒(méi)有出現(xiàn)故障，無(wú)法修理。這次車(chē)主反映近期故障頻繁發(fā)生，根據(jù)車(chē)主反映的情況，與車(chē)主一起進(jìn)行試車(chē)，車(chē)輛行駛了大約10 km，車(chē)輛突然失去動(dòng)力，自動(dòng)減速，踩加速踏板無(wú)反應(yīng)，車(chē)輛慢了下來(lái)；停車(chē)檢查車(chē)輛，發(fā)現(xiàn)儀表盤(pán)上的ready燈已經(jīng)熄滅，系統(tǒng)故障警告燈點(diǎn)亮，并在儀表盤(pán)上顯示故障代碼“Err01”。斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，重新起動(dòng)，ready燈可以點(diǎn)亮，車(chē)輛恢復(fù)正常，駕駛車(chē)輛回廠(chǎng)維修。

查閱維修資料，得知故障代號(hào)Err01的含義是“IGBT故障”。該車(chē)配備的是20 kW的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩為100 N·m。IGBT（Insulate-Gate Bipolar Transisto，絕緣柵雙極型晶體管）是電動(dòng)汽車(chē)電控系統(tǒng)的核心部件，主要控制傳輸給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流和控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。該車(chē)型的IGBT裝在電動(dòng)機(jī)控制器（MCU）里，根據(jù)故障現(xiàn)象和故障代碼的提示，故障應(yīng)該為IGBT損壞直接導(dǎo)致電流無(wú)法正常傳給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)失去驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，導(dǎo)致車(chē)輛行駛途中停車(chē)。

查閱康迪K10純電動(dòng)汽車(chē)電路（圖1），動(dòng)力母線(xiàn)B+和B-給MCU提供動(dòng)力電源，駕駛?cè)说鸟{駛意圖通過(guò)加速踏板位置傳感器傳給MCU，MCU通過(guò)IGBT控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流（U、V、W線(xiàn)）頻率和電流大小，來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛?？梢钥隙ǖ氖荌GBT損壞會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不工作，并且IGBT損壞后MCU感知存在故障，通過(guò)CAN線(xiàn)（11號(hào)和34號(hào)線(xiàn)）傳輸給儀表盤(pán)報(bào)警。

圖1 MCU電路

檢查動(dòng)力母線(xiàn)連接到MCU的電路、MCU外部連接電路及MCU到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的高壓電纜，均連接正常，且沒(méi)有松動(dòng)、燒焦的痕跡，于是懷疑MCU內(nèi)部有問(wèn)題。更換MCU后試車(chē)，故障仍然存在。

分析圖1，認(rèn)為MCU工作所需要的其他重要參數(shù)會(huì)影響IGBT的正常工作，主要包括動(dòng)力電源、低壓控制電源、加速踏板位置信號(hào)、編碼器信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)等。

測(cè)量MCU各端子的工作電壓，均正常；檢測(cè)加速踏板位置傳感器的工作電壓，能隨著加速踏板行程的變化而變化；檢測(cè)編碼器的工作電源，用萬(wàn)用表測(cè)量MCU上端子29的電壓，為0 V，測(cè)量端子6的電壓，為5 V，說(shuō)明MCU的供電正常；測(cè)量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)溫度傳感器的電阻，正常。由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，維修陷入僵局。

筆者想了個(gè)簡(jiǎn)單的辦法來(lái)檢測(cè)剩下的各部件對(duì)MCU的影響：斷開(kāi)加速踏板位置傳感器導(dǎo)線(xiàn)連接器，起動(dòng)ready燈，ready燈點(diǎn)亮，掛D擋儀表盤(pán)顯示無(wú)異常，可以判斷加速踏板位置傳感器不會(huì)導(dǎo)致該故障；斷開(kāi)編碼器導(dǎo)線(xiàn)連接器，起動(dòng)ready燈，ready燈點(diǎn)亮，掛D擋儀表盤(pán)ready燈熄滅，且立即顯示系統(tǒng)故障警告燈，顯示故障代碼“Err01”，因此筆者判斷，如果編碼器有故障，則有可能會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛動(dòng)力中斷，于是決定更換編碼器。

故障排除更換編碼器后試車(chē)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試車(chē)，車(chē)輛能正常行駛，車(chē)輛再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)失去動(dòng)力的故障，交車(chē)2周后電話(huà)回訪(fǎng)車(chē)主，車(chē)主反映該車(chē)再也沒(méi)有出現(xiàn)突然失去動(dòng)力的故障，故障排除。

故障總結(jié)編碼器怎么會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛出現(xiàn)失去動(dòng)力的故障呢？下面筆者從分析電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)編碼器的工作原理來(lái)了解本次故障的原因。

編碼器安裝在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子上，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。編碼器其實(shí)就是一個(gè)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，MCU向編碼器的2根線(xiàn)提供5 V直流電，拾取到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)（信號(hào)A、信號(hào)B），通過(guò)另外2根線(xiàn)傳輸給MCU，MCU接收到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)后才能夠?qū)︱?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，編碼器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號(hào)與MCU對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制形成一個(gè)電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。MCU收集加速踏板信號(hào)和編碼器信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算把動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，MCU在控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)必須收到編碼器的轉(zhuǎn)速信號(hào)，形成閉環(huán)控制，達(dá)到對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩精確控制的目的，編碼器是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制中的重要環(huán)節(jié)，直接影響MCU對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制。MCU對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制時(shí)，如果收集到轉(zhuǎn)速信號(hào)停止或收集到編碼器的轉(zhuǎn)速信號(hào)中斷，則MCU判斷驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)卡滯，為了保護(hù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不被燒毀，MCU主動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電流。由于本故障案例中車(chē)輛的編碼器存在偶發(fā)故障，工作中偶爾中斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，觸發(fā)MCU保護(hù)，切斷驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流，導(dǎo)致車(chē)輛失去動(dòng)力，觸發(fā)故障報(bào)警。