趙德銀 許中芳 王偉東 高艷 高奧

（中國第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院,長春 130013）

主題詞：P2構(gòu)型 混合動力車 分離離合器 故障診斷

1 前言

當(dāng)前全球正面臨著日益加劇的環(huán)境污染和逐漸耗盡的能源危機(jī)，而燃油汽車是二氧化碳排放和石油消耗的主要貢獻(xiàn)者，必須對其進(jìn)行變革以減輕環(huán)境和能源問題。目前新能源汽車發(fā)展已在全球形成共識，包括插電式混合動力、純電動、燃料電池技術(shù)將是新能源汽車的主要技術(shù)方向。

采用P2構(gòu)型的混合動力車，動力系統(tǒng)搭載了發(fā)動機(jī)和電機(jī)，發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間通過分離離合器連接。根據(jù)不同的行駛工況，在整車控制器HCU的控制下，通過電磁閥的開啟或關(guān)閉，及通過壓力傳感器實時獲取分離離合器結(jié)合壓力，以精確控制分離離合器的結(jié)合或分離狀態(tài)，使整車處于純電動、發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動、怠速發(fā)電、行車發(fā)電等不同的行駛模式。由分離離合器、電磁閥、壓力傳感器及HCU構(gòu)成的分離離合器系統(tǒng)對整車行駛的安全舒適非常重要，因此對分離離合器的故障診斷也很重要。在分離離合器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，HCU必須能及時檢測到故障情況，并對故障做出合理、有效的反應(yīng)。

本文針對分離離合器系統(tǒng)故障情況進(jìn)行分析，編寫測試大綱，并在整車HIL（Hardware In Loop）測試系統(tǒng)上搭建自動化測試序列，實現(xiàn)了對分離離合器系統(tǒng)故障診斷的自動化測試，以檢測在分離離合器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，HCU對故障情況的診斷功能及故障情況下控制功能是否合理。

2 P2構(gòu)型及分離離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于P2構(gòu)型的混合動力車架構(gòu)如圖1所示。

圖1 P2構(gòu)型混合動力車架構(gòu)

分離離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示，由壓力控制電磁閥、分離離合器、壓力傳感器及整車控制器HCU組成。壓力控制電磁閥的輸入油源來自于油泵的輸出油壓。電磁閥在HCU的電流控制下，通過閥芯的打開或關(guān)閉，使油泵的油壓進(jìn)入或離開分離離合器，進(jìn)而控制分離離合器結(jié)合或分離。分離離合器中的壓力傳感器將離合器結(jié)合壓力實時傳遞給HCU，以便HCU能通過反饋壓力做到對離合器結(jié)合程度的精確控制。

圖2 分離離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3 分離離合器系統(tǒng)故障診斷測試

3.1 測試環(huán)境

分離離合器系統(tǒng)故障診斷測試基于整車HIL測試系統(tǒng)進(jìn)行。該系統(tǒng)軟件部分包含動力電池模型、電機(jī)模型、離合器模型、發(fā)動機(jī)模型、變速器模型及車輛動力學(xué)實時仿真模型。實時硬件在回路系統(tǒng)由實時處理器、輸入輸出通道、信號調(diào)理、故障注入、真實/仿真負(fù)載組成。通過上位機(jī)的控制，可以實現(xiàn)模型下載、自動化測試、數(shù)據(jù)采集及保存。

圖3 整車HIL測試系統(tǒng)

3.2 測試系統(tǒng)設(shè)計

在P2構(gòu)型的混合動力車中，分離離合器連接著發(fā)動機(jī)和電機(jī)，起著動力系統(tǒng)扭矩耦合和分離的作用，實現(xiàn)了混合動力車各種行駛模式。在分離離合器系統(tǒng)中，電磁閥驅(qū)動線路故障、壓力傳感器偏移故障、壓力傳感器線路故障及分離離合器自身故障，都會影響分離離合器的結(jié)合或分離，進(jìn)而對整車的行駛狀態(tài)及行駛安全帶來影響。作為分離離合器系統(tǒng)的控制者，HCU必須能及時診斷出這些故障，并對故障做出及時、正確、有效的反應(yīng)（比如：關(guān)閉電磁閥、起動或停止發(fā)動機(jī)），以保證車輛處于安全、可控的狀態(tài)中。

針對分離離合器系統(tǒng)中各個故障點，明確測試對象和測試目的，設(shè)計分離離合器系統(tǒng)故障診斷測試大綱，如下表1所示。

表1 分離離合器系統(tǒng)故障診斷測試大綱

3.3 測試實施

基于分離離合器系統(tǒng)測試大綱，編寫測試用例，搭建自動化測試序列，完成批量運行主程序、數(shù)據(jù)字典、測試參數(shù)集和測試框架的構(gòu)建，如下圖4所示。在自動化測試過程中，自動化測試序列自動調(diào)用測試參數(shù)，完成分離離合器系統(tǒng)的自動化批量測試。

圖4 測試實施

3.4 數(shù)據(jù)處理

在自動化測試過程中，會產(chǎn)生大量的測試數(shù)據(jù)，本文采用Python腳本語言編寫數(shù)據(jù)批處理軟件，將測試過程中采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MATLAB格式，并將該數(shù)據(jù)與總線信號進(jìn)行同進(jìn)步、合并，對合并后的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析。

圖5 測試結(jié)果分析

4 典型工況測試結(jié)果分析

4.1 電磁閥驅(qū)動線路高端對電源短路故障

在車輛純電動模式行駛過程中，電機(jī)驅(qū)動車輛行駛，發(fā)動機(jī)停機(jī)，電磁閥驅(qū)動電流較小，分離離合器處于分離狀態(tài)。測試結(jié)果表明：在電磁閥驅(qū)動線路高端對電源短路時，電磁閥流過的驅(qū)動電流最大（如圖6，最大達(dá)到2 A），電磁閥全開，油泵通過電磁閥輸出壓力使分離離合器意外結(jié)合，發(fā)動機(jī)被電機(jī)拖動轉(zhuǎn)動。HCU通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測到發(fā)動機(jī)意外轉(zhuǎn)動，并通過電磁閥驅(qū)動芯片檢測到驅(qū)動線束故障。為了行駛的安全性及車輛可控性，HCU向駕駛員發(fā)送報警信息，同時關(guān)閉電磁閥低端驅(qū)動，使電磁閥驅(qū)動電流減小到為0 A，電磁閥關(guān)閉，使流過電磁閥的壓力減小，分離離合器分離，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，車輛進(jìn)入純電動跛行。在此行駛工況下，HCU能及時檢測到故障情況，并對故障做出處理，進(jìn)而保證車輛安全、可靠的行駛。

圖6 電磁閥驅(qū)動線路高端對電源短路故障測試結(jié)果

4.2 電磁閥驅(qū)動線路開路故障

在車輛混動模式行駛過程中，由發(fā)動機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輛行駛，電磁閥驅(qū)動電流較大，分離離合器處于結(jié)合狀態(tài)。測試結(jié)果表明：在電磁閥驅(qū)動線路開路時，電磁閥流過的驅(qū)動電流最?。ㄈ鐖D7，電流減小到0 A），電磁閥全關(guān)，油泵輸出油壓不能通過電磁閥進(jìn)入分離離合器，使分離離合器意外分離，發(fā)動機(jī)突然失去負(fù)載導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高。HCU通過電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測到分離離合器意外分離，并通過電磁閥驅(qū)動芯片檢測到驅(qū)動線束故障。為了行駛的安全，避免發(fā)動機(jī)無意義工作，HCU向駕駛員發(fā)送報警信息，發(fā)送發(fā)動機(jī)停機(jī)命令，車輛進(jìn)入純電動跛行。在此行駛工況下，HCU對故障檢測不夠及時，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加較多時，才發(fā)送發(fā)動機(jī)停機(jī)命令，整車舒適性、經(jīng)濟(jì)性不好。

圖7 電磁閥驅(qū)動線路開路故障測試結(jié)果

4.3 分離離合器自身故障測試

在車輛純電動模式行駛過程中，電機(jī)驅(qū)動車輛行駛，發(fā)動機(jī)停機(jī)，電磁閥驅(qū)動電流較小，分離離合器處于分離狀態(tài)。測試結(jié)果表明（圖8）：HCU在行駛過程中通過電機(jī)起動發(fā)動機(jī)時，HCU會先增大電磁閥電流，使分離離合器壓力增大，由電機(jī)將發(fā)動機(jī)拖動起動。由于分離離合器存在不能結(jié)合故障，即使分離離合器壓力增大，發(fā)動機(jī)不能被拖動轉(zhuǎn)動。HCU通過電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測到分離離合器結(jié)合失敗。為了避免發(fā)動機(jī)無意義工作，HCU向駕駛員發(fā)送報警信息，同時停止起動發(fā)動機(jī)，車輛進(jìn)入純電動跛行狀態(tài)。HCU在此行駛工況下，對故障檢測比較及時，其故障處理也是安全、可靠的。

圖8 離合器本體故障測試結(jié)果

4.4 壓力傳感器線路故障

在車輛混動模式行駛過程中，由發(fā)動機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輛行駛，電磁閥驅(qū)動電流較大，分離離合器處于結(jié)合狀態(tài)。測試結(jié)果表明（圖9）：在壓力傳感器線路出現(xiàn)對電源短路故障時，HCU檢測到壓力傳感器輸出信號電壓較大，此時HCU無法通過壓力傳感器實時獲取離合器結(jié)合壓力真實值。為了行駛的安全及離合器控制的精準(zhǔn)，提高整車舒適性和安全性，HCU發(fā)送發(fā)動機(jī)停機(jī)命令，車輛進(jìn)入純電動跛行模式。

圖9 壓力傳感器線路故障測試結(jié)果

4.5 壓力傳感器偏移故障

在車輛混動模式行駛過程中，由發(fā)動機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輛行駛，分離離合器處于結(jié)合狀態(tài)。測試結(jié)果表明（圖10）：在壓力傳感器出現(xiàn)偏移故障時，HCU檢測到當(dāng)前實際壓力與期望壓力偏差較大，此時HCU無法通過壓力傳感器實時獲取離合器結(jié)合壓力真實值。為了行駛的安全及離合器控制的精準(zhǔn)，提高整車舒適性和安全性，HCU發(fā)送發(fā)動機(jī)停機(jī)命令，車輛進(jìn)入純電動跛行模式。

圖10 壓力傳感器偏移故障測試結(jié)果

5 總結(jié)

針對P2構(gòu)型混合動力車分離離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、故障情況及故障結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)故障情況進(jìn)行針對性測試，以檢測HCU在故障發(fā)生時的故障檢測功能及故障控制功能是否合理、可靠。在自動化測試平臺上，采用測試參數(shù)和測試序列分離設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)了自動化批量測試，同時采用數(shù)據(jù)批量處理技術(shù)，實現(xiàn)了對分離離合器系統(tǒng)故障情況的快速測試、驗證，達(dá)到了很好的測試效果，降低了測試成本，縮短了驗證周期，提高了HCU的功能品質(zhì)。