分析混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統原理及故障處理

薛剛 石昊天

中國汽車技術研究中心有限公司 天津市 300222

1 引言

混合電動汽車，作為當前新能源汽車行業發展的重要組成部分，其在投入運行階段，電機控制器的作用穩定性直接決定了車輛駕駛人員的安全性。然而，在實踐控制過程中，驅動系統的檢測與診斷技術尚未完善，這就降低了混合電動汽車電機控制器運行使用的安全穩定性。為此，相關建設人員應加大電機驅動系統的優化研究力度，即將現有的科學技術成果充分利用起來，以提升電機控制器運行使用故障的處理效率。

2 研究混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統原理及故障處理的現實意義

據權威數據統計，混合電動汽車的運行使用過程，電機控制器故障的產生過程，就是該汽車技術運用狀況的變化過程。此變化會通過驅動電機系統的運行參數反映出來，具有豐富工作經驗的技術人員可通過參數變化來判斷電機的運行控制狀態，進而找出電機控制器的運行使用故障。故而，驅動電機系統的檢測與診斷工作，就是通過實現電機運行產生參數的數據自動采集、顯示等目標，來提高混合電動汽車電機控制器系統檢測與診斷工作開展的準確性與效率的。然而，在實踐過程中，僅憑工作人員的經驗并不能準確判斷驅動電機系統的運行參數的變化規律，進而得出系統運行狀態的結果。為此，相關人員應加大混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統工作原理的研究力度，以從理論角度輔助工作人員明確實踐工作開展的內容方向，進而促進混合電動汽車行業的快速穩定發展[1]。

3 混合電動汽車電機控制器檢測與診斷系統原理

研究表明，混合電動汽車電機驅動系統的檢測與診斷系統，是一種集成信號檢測與故障診斷為一體的信息處理系統。實際應用過程，發揮作用的軟件系統與硬件系統，即利用計算機技術來對汽車運行使用的故障進行檢測。此外，該系統的運行控制由上位機，即PC機統一負責管理，能夠為故障監視、診斷以及保護提供管理功能。如此，系統的運行控制就能在可靠性的環境下，提升系統的正常運行效果[2]。

對于電機控制器驅動電機的控制原理來說，主要的故障檢測與診斷控制對象是直流電機。直流電機中由外部引入控制的信號包括：檔位信號、電機轉速信號以及加速踏板信號，這些信號均能實現對驅動電機轉速與運行方向的控制目標。具體的控制過程，是利用改變PWM的占空比來調整電機兩端的電壓與電機轉速調節的。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電路圖是從單片機輸出的，由于單邊機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，無法適用于2K頻率控制回路的功率管進行占空比的導通，進而實現電樞回路電流的調控目標。因此，檢測與診斷技術人員不應采用單片機自帶的PWM控制端，而是采用高速輸出口的HSOO（High Speed Output），來對PWM的占空比輸出進行控制。此外，由于圖1所示采用的跳線開關能夠對PWM輸出端口起到擴展作用，因此，應根據跳線開關來確定單片機端口類型，進而實現PWM波的輸出目標。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 混合電動汽車電機控制器的故障處理目標

在對混合電動汽車電機控制器系統進行總體設計過程中，故障處理工作的開展應綜合考慮硬件與軟件兩方面因素，進而提高整體工作的分工合理性。具體來說，在硬件方面，驅動電機控制系統的應將低功耗、低故障率以及高抗擾能力，作為設計控制重點，進而強化系統計算機硬件的擴展能力。如此，就可以便捷的故障處理狀態作用于軟件程序升級與維護工作的開展。在軟件設計方面，故障處理人員應極可能的提升系統程序的通用能力與操作界面的友好程度，進而提升系統運用實踐的移植能力[4]。

5 混合電動汽車電機控制器故障處理的優化控制對策

5.1 明確系統故障診斷重點

電機與驅動系統，作為混合電動汽車的中心，在電動汽車用電設備的增加與電動汽車的研發背景下，除了對供電電源提出了更高的運行要求，還對驅動系統運行的可靠性、可測試性以及維護性提出了新的要求。而驅動系統中故障問題沒有得到及時的糾正，就會進一步擴大，進而改變系統的使用狀態，最終造成系統運行功能失效。此系統運行狀態下，混合電動汽車的正常運行就會受到影響，嚴重的甚至會威脅駕駛人員的生命財產安全。為此，故障診斷控制人員應將工作開展的重點集中在測試系統的完善上，即通過減少不必要的故障發生，以提高混合電動汽車運行使用的安全性。此過程，測試系統的完善對象應集中在：控制器失效。即具體的問題現象為：控制器工作時斷時續、控制器內部供電電源損壞、功率管器件損壞以及連接線磨損與接觸不良等[5]。

5.2 故障診斷的實時控制

經分析，在混合電動汽車電機控制系統與數據采集系統中，獨立控制系統和計算機控制系統間需要進行必要的數據交換。為此，系統控制人員可通過串行通信，來提高通信的可靠、高效以及成本控制效果。具體來說，只要遵循統一的規范標準，就可得到相對廣泛的應用。針對當前行業市場環境的發展需求，故障診斷實時控制目標的實現，可通過開發單片機，將其作為故障診斷系統核心，以對混合電動汽車的運行情況數據進行實時采集。當電機控制器驅動系統完成了運行數據的采集與電機控制的相關工作后，就可通過串行口將數據信息傳遞至上位機，以供處理與顯示。如此，系統，就可對整個驅動系統的運行參數進行實時故障診斷，以提高電流、電壓以及加速油門踏板等參數調整的適用性[6]。

對于數據采集系統的運行控制，應將數據采集部分的工作劃分為兩個部門，即系統運行參數檢測與診斷系統，以為系統運行的性能分析與故障診斷提供可靠的信息數據。在選擇診斷參數的過程中，相關人員應明確系統運行參數是用來反映電機運行狀態的。但在實踐過程中，結構參數與狀態參數變化存在一定聯系，即一個結構參數變化很有可能導致多個狀態參數發生變化，而一個狀態參數變化又會導致多個結構參數發生變化。因此，具體的診斷參數選擇工作的開展，應遵循既定的原則，來提高驅動系統診斷參數確定的科學有效性。

首先，診斷參數的選用應能突出反映混合電動汽車驅動系統的性能與故障作用狀態。即能夠以正常狀態作用于故障狀態的整個工作周期內，且相對變化率應較大。其次，診斷參數的確定，應易于測量且控制好參數值的離散度。再次，確定的診斷參數還應控制在結構參數變化的范圍內，且不可出現超出極限值與非單值變化的規律。此外，診斷范圍內的參數變化應具有某種規律性，以為故障的處理提供環境條件。最后，診斷參數的選擇，還應遵循少而精的原則，來提高驅動系統運行故障的優化控制[7]。

6 結語

綜上所述，混合電動汽車控制器的檢測與診斷系統，應將故障處理的重點放在診斷參數選擇、實時診斷數據以及控制器失效等方面，以提升系統運行的效率與安全性。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的電機控制器系統診斷與檢測方法運用于混合電動汽車，進而促進其所處行業的快速穩定發展進程。故，研究人員應將上述分析內容與科研成果更多地作用于各種電機控制器產品當中，進而為混合電動汽車提供安全可靠的發展運行環境。