混合動力汽車分離離合器故障診斷測試技術研究

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 智能網聯開發院,長春 130013）

主題詞：P2構型 混合動力車 分離離合器 故障診斷

1 前言

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

采用P2構型的混合動力車，動力系統搭載了發動機和電機，發動機和電機之間通過分離離合器連接。根據不同的行駛工況，在整車控制器HCU的控制下，通過電磁閥的開啟或關閉，及通過壓力傳感器實時獲取分離離合器結合壓力，以精確控制分離離合器的結合或分離狀態，使整車處于純電動、發動機單獨驅動、聯合驅動、怠速發電、行車發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構成的分離離合器系統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。在分離離合器系統出現故障時，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。

本文針對分離離合器系統故障情況進行分析，編寫測試大綱，并在整車HIL（Hardware In Loop）測試系統上搭建自動化測試序列，實現了對分離離合器系統故障診斷的自動化測試，以檢測在分離離合器系統出現故障時，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構型及分離離合器系統結構

基于P2構型的混合動力車架構如圖1所示。

圖1 P2構型混合動力車架構

分離離合器系統結構如下圖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閉，使油泵的油壓進入或離開分離離合器，進而控制分離離合器結合或分離。分離離合器中的壓力傳感器將離合器結合壓力實時傳遞給HCU，以便HCU能通過反饋壓力做到對離合器結合程度的精確控制。

圖2 分離離合器系統結構示意

3 分離離合器系統故障診斷測試

3.1 測試環境

分離離合器系統故障診斷測試基于整車HIL測試系統進行。該系統軟件部分包含動力電池模型、電機模型、離合器模型、發動機模型、變速器模型及車輛動力學實時仿真模型。實時硬件在回路系統由實時處理器、輸入輸出通道、信號調理、故障注入、真實/仿真負載組成。通過上位機的控制，可以實現模型下載、自動化測試、數據采集及保存。

圖3 整車HIL測試系統

3.2 測試系統設計

在P2構型的混合動力車中，分離離合器連接著發動機和電機，起著動力系統扭矩耦合和分離的作用，實現了混合動力車各種行駛模式。在分離離合器系統中，電磁閥驅動線路故障、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合或分離，進而對整車的行駛狀態及行駛安全帶來影響。作為分離離合器系統的控制者，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（比如：關閉電磁閥、起動或停止發動機），以保證車輛處于安全、可控的狀態中。

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

表1 分離離合器系統故障診斷測試大綱

3.3 測試實施

基于分離離合器系統測試大綱，編寫測試用例，搭建自動化測試序列，完成批量運行主程序、數據字典、測試參數集和測試框架的構建，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用測試參數，完成分離離合器系統的自動化批量測試。

圖4 測試實施

3.4 數據處理

在自動化測試過程中，會產生大量的測試數據，本文采用Python腳本語言編寫數據批處理軟件，將測試過程中采集的數據轉換為MATLAB格式，并將該數據與總線信號進行同進步、合并，對合并后的數據進行提取、分析。

圖5 測試結果分析

4 典型工況測試結果分析

4.1 電磁閥驅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，電機驅動車輛行駛，發動機停機，電磁閥驅動電流較小，分離離合器處于分離狀態。測試結果表明：在電磁閥驅動線路高端對電源短路時，電磁閥流過的驅動電流最大（如圖6，最大達到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合，發動機被電機拖動轉動。HCU通過發動機轉速檢測到發動機意外轉動，并通過電磁閥驅動芯片檢測到驅動線束故障。為了行駛的安全性及車輛可控性，HCU向駕駛員發送報警信息，同時關閉電磁閥低端驅動，使電磁閥驅動電流減小到為0 A，電磁閥關閉，使流過電磁閥的壓力減小，分離離合器分離，發動機轉速下降，車輛進入純電動跛行。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，進而保證車輛安全、可靠的行駛。

圖6 電磁閥驅動線路高端對電源短路故障測試結果

4.2 電磁閥驅動線路開路故障

在車輛混動模式行駛過程中，由發動機和電機聯合驅動車輛行駛，電磁閥驅動電流較大，分離離合器處于結合狀態。測試結果表明：在電磁閥驅動線路開路時，電磁閥流過的驅動電流最小（如圖7，電流減小到0 A），電磁閥全關，油泵輸出油壓不能通過電磁閥進入分離離合器，使分離離合器意外分離，發動機突然失去負載導致發動機轉速升高。HCU通過電機轉速和發動機轉速檢測到分離離合器意外分離，并通過電磁閥驅動芯片檢測到驅動線束故障。為了行駛的安全，避免發動機無意義工作，HCU向駕駛員發送報警信息，發送發動機停機命令，車輛進入純電動跛行。在此行駛工況下，HCU對故障檢測不夠及時，導致發動機轉速增加較多時，才發送發動機停機命令，整車舒適性、經濟性不好。

圖7 電磁閥驅動線路開路故障測試結果

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，電機驅動車輛行駛，發動機停機，電磁閥驅動電流較小，分離離合器處于分離狀態。測試結果表明（圖8）：HCU在行駛過程中通過電機起動發動機時，HCU會先增大電磁閥電流，使分離離合器壓力增大，由電機將發動機拖動起動。由于分離離合器存在不能結合故障，即使分離離合器壓力增大，發動機不能被拖動轉動。HCU通過電機轉速和發動機轉速檢測到分離離合器結合失敗。為了避免發動機無意義工作，HCU向駕駛員發送報警信息，同時停止起動發動機，車輛進入純電動跛行狀態。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，由發動機和電機聯合驅動車輛行駛，電磁閥驅動電流較大，分離離合器處于結合狀態。測試結果表明（圖9）：在壓力傳感器線路出現對電源短路故障時，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合壓力真實值。為了行駛的安全及離合器控制的精準，提高整車舒適性和安全性，HCU發送發動機停機命令，車輛進入純電動跛行模式。

圖9 壓力傳感器線路故障測試結果

4.5 壓力傳感器偏移故障

在車輛混動模式行駛過程中，由發動機和電機聯合驅動車輛行駛，分離離合器處于結合狀態。測試結果表明（圖10）：在壓力傳感器出現偏移故障時，HCU檢測到當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合壓力真實值。為了行駛的安全及離合器控制的精準，提高整車舒適性和安全性，HCU發送發動機停機命令，車輛進入純電動跛行模式。

圖10 壓力傳感器偏移故障測試結果

5 總結

針對P2構型混合動力車分離離合器系統結構、故障情況及故障結果進行分析，并根據故障情況進行針對性測試，以檢測HCU在故障發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，采用測試參數和測試序列分離設計技術，實現了自動化批量測試，同時采用數據批量處理技術，實現了對分離離合器系統故障情況的快速測試、驗證，達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。