淺談純電動車輛故障診斷及處理

李桉楠，季金強

（揚州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

近年來由于全球生態環境惡化與能源、資源枯竭等問題的加劇，推動了電動汽車產業發展［1］。電動汽車中最為關鍵的零部件為整車控制器 （VCU），它是汽車的大腦，協調各零部件安全高效運行，并監控各種可能存在的故障信息，根據故障信息執行控制防護措施，確保乘車人員和車輛安全［2］。此外，隨著電子行業的快速發展和汽車產業變革，越來越多的電子元器件集成在電動汽車中，如電池管理系統（Battery Management System，BMS）、電機控制系統 （Motor Control System）以及車道保持輔助 （Lane Keeping Assist，LKA）等高級駕駛輔助系統 （Advanced Driving Assistant System，ADAS）的集成應用［3］，使得電動汽車的整車故障及處理方式相比傳統車輛更加復雜［4］。同時，由于J1939 CAN網絡的廣泛使用，也為汽車診斷信息采集提供了便利性［5-7］。整車企業需根據部件的故障處理需求進行適宜的操作，保證車輛能夠安全穩定地運行［8］。

本文針對電動汽車故障可能出現的多種問題，結合整車需求，對零部件和整車故障定級處理方式進行控制，根據人身安全和車輛安全雙重標準制定故障等級及處理措施。并播報發送給儀表、遠程監控等終端設備，為車輛故障信息采集統計、故障分析、售后處理以及整車控制策略調整提供依據。

1 故障定級處理

整車故障處理一般采用分級處理方式，其有兩個顯著作用。

1）制定有限的處理方式，大大簡化VCU的故障處理方式，降低程序編寫難度，提高程序可讀性。

2）保證在發生嚴重故障之前通過報警或降功率的方式提醒駕駛員及時處理。

參照GB／T 32960.3-2016《電動汽車遠程服務與管理系統技術規范第3部分：通訊協議及數據格式》中的處理定級方式。故障包含3個等級3種建議處理方式：1級故障，指代不影響車輛正常行駛的故障；2級故障，指代影響車輛性能，需駕駛員限制行駛的故障；3級故障，指代駕駛員立即停車處理或請求支援的故障。我司對故障進行了進一步的規定，具體整車故障等級及對應處理措施如表1所示。

表1 整車故障等級及其處理措施

整車故障等級和處理措施制定之后，需要將所有故障分類納入到故障等級當中進行分類管理。整車故障來源有兩種方式：①直接來源于零部件故障，根據零部件故障對于整車安全運行的影響程度制定整車故障等級；②整車根據接收到的整車信息進行邏輯判斷得出的故障。

針對第1種來源分別用動力電池故障和輔機空調故障舉例進行說明。當動力電池出現如單體電壓嚴重過高的3級故障時，其會迅速地將最大允許充放電電流降為0A，并在一定時間后請求整車斷開其高壓繼電器，若整車不響應其請求指令，則BMS會自動切斷繼電器進行自保護。根據此時BMS的處理方式，因為其請求整車限制輸出電流，導致整車在滿足其請求的情況下無法再進行行車操作，并且在一定時間后會斷開動力電池輸出繼電器導致整車高壓電輸送完全中斷。若此時整車不響應其請求限制電流指令繼續行車可能會導致動力電池損害或者由于突然斷高壓導致轉向失效等安全風險，故認定電池1級故障需按整車1級故障處理，在30s內依據電池最大允許放電電流并將車速降為0，做停車處理。

當空調報3級最嚴重故障不能正常工作時，由于空調只關聯到整車的舒適性，并不影響整車的安全運行，可以通過1級報警的方式提醒駕駛員空調損壞需要修理。

部分零部件故障等級對應整車故障等級如表2所示。

表2 部分零部件故障等級對應整車故障等級

針對第2種來源主要是VCU根據接收的模擬量、數字量或者CAN信息進行邏輯判斷，得出整車故障等級。如對制動氣室的氣壓進行采集，低于不同的閾值設定不同的故障等級；通過對動力電池輸出電壓和電機控制器母線電壓以及預充和主繼電器狀態進行預充故障的判定。也可以通過零部件播報的故障結合整車其他數據判斷出故障等級，如DCDC控制器出現3級故障，若蓄電池電壓超過24V（商用車），則整車以1級故障報警；若電壓低于21V，則整車以2級故障限功率；若電壓低于18V，則整車以3級故障停車處理。

圖1 2級故障電機扭矩輸出修正

整車中的2級故障 （降功率降扭矩）比較特殊，根據VCU是否參與限制也有兩種處理方式，一種為VCU主動降功率，如油泵出現2級故障了，為提醒駕駛員，VCU將需求扭矩直接降為電機扭矩輸出能力的50%，其扭矩限制如圖1所示。另一種為整車被動降功率，比如動力電池出現2級故障，電池已經將最大允許放電電流限制為正常狀態下的50%，此時VCU無需再次限制電機扭矩，只需響應動力電池的放電能力請求即可達到降功率的作用。同理電機也會根據自身的故障狀態告知VCU可用驅動扭矩，VCU只需在電機故障時響應電機可用驅動扭矩，無需在電機故障時主動再次限制電機扭矩。這種故障處理方式既可以保證零部件和人身安全又可以最大化地滿足使用要求，VCU和零部件各司其職，發揮其最大功能。

2 故障播報

故障播報是駕駛員獲取實車故障信息做出正確駕駛處理操作，維修人員獲取故障原因解決故障，企業平臺獲取故障類型數量統計整車性能狀態的重要依據。CAN網絡故障播報一般有3種方式：按位播報、故障碼播報、診斷報文 （Diagnostic Message，DM）播報。以下分別介紹其優缺點及適用場景。

2.1 按位播報

按位播報是將報文信號中的每一位代表單個狀態，由0、1分別代表正常和故障狀態。我司DCDC故障播報采用此種模式，其播報方式如圖2所示。

圖2 按位播報

按位播報優點是簡單明了，當多個故障同時發生時可以同時獲得所有故障信息。缺點是因為每一位只能代表一個故障，一個字節只能代表8個故障，占用空間資源。適用于輔機這些重要度不高、故障不多、故障等級沒有明顯區分的場景。

2.2 故障碼播報

故障碼播報是零部件最常使用的播報形式，結合故障等級的播報，可以實現分等級分類型的播報方式，我司的多合一故障采用此種方式播報，其狀態如圖3所示。

圖3 故障碼播報

故障碼播報的優點是可以充分利用空間，同時播報故障等級和故障碼。缺點是由于VCU一般會設置故障播報優先等級，高等級故障會優先播報，無法實現多個不同等級故障同時播報，不利于售后分析故障問題。此種方式適用于較重要的零部件采用，有較多的故障碼并且需要區分故障等級。

2.3 診斷DM報文播報

診斷DM報文是SAE J1939-73［9］的應用層標準的故障診斷機制，DM通過診斷故障代碼 （Diagnostic Trouble Code，DTC）來傳輸具體的故障信息。DTC由可疑參數的編號（Suspect Parameter Number，SPN）、故障模式標識 （Failure Mode Identifier，FMI）、SPN轉化方式 （Conversion Method，CM）、故障發生次數 （Occurrence Count，OC）4部分組成。最常見的DM播報是DM1（傳送當時的故障診斷代碼），一旦DTC成為激活的故障，就有DM1消息被傳輸并且實時更新。DM1結合多包傳輸管理［10］，可實現多個DTC的同時播報。

DM播報的優點為其擴展能力較強，可以實現成百上千個故障碼的同時播報，且可以通過DTC將故障名稱 （SPN）、故障原因 （FMI）、故障發生次數 （OC）同時播報，更加有利于故障統計分析。缺點是解析更加繁瑣。適用于VCU需要將整車所有故障碼統一向儀表和遠程監控終端播報的場景。

3 總結

本文從純電動汽車的故障控制角度出發，介紹了一種安全的、便于人員識別、便于程序實現的故障定級處理方式，并通過多種播報形式進行傳送故障信息，為售后人員維修及平臺故障統計分析奠定了堅實的基礎。