電動汽車輪轂電機故障診斷與維修

黃彧

【摘? 要】汽車目前對我們生活來說十分關鍵，隨之而來的，生產制造技術也在不停創新中，特別是電動汽車生產越來越多，已經不再單純是研發階段，而到了量化生產的時刻。為讓電動汽車運行更加安全，應及時分析輪轂電機的普遍故障及原因，并通過有效技術診斷，最后選中一個適當的對策維護，盡快排除故障，防止出現更深入的影響，因此，論文對電動汽車輪轂電機故障診斷進行研究。

【Abstract】Automobile is very important to our life at present. Along with it， the production and manufacturing technology is constantly innovating， especially the electric automobile production is more and more， which is no longer just the stage of research and development， but the moment of quantitative production. In order to make the operation of electric automobile safer， we should analyze the common faults and causes of hub motor in time， and through effective technical diagnosis， finally select an appropriate countermeasure for maintenance， and eliminate the faults as soon as possible to prevent further impact. Therefore， this paper studies the fault diagnosis of hub motor of electric automobile.

【關鍵詞】電動汽車;輪轂電機;故障診斷;維修

【Keywords】electric automobile; hub motor; fault diagnosis; maintenance

【中圖分類號】U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0190-02

1 引言

現在市場上出現了不少新能源汽車，代表是混合動力與純電動新能源汽車，并且備受市場喜愛。對純電動汽車而言，診斷輪轂電機的故障以及選擇維護技術時，需要注意和之前的選擇不同。為確保維修效果，應該盡可能專業化，并充分考慮純電動汽車的特點，選擇可靠的技術進行維護，防止故障給汽車運行帶來阻礙。不過，由于之前的汽車維修人員缺乏深入的維修知識，在新能源汽車維修方面經驗不足，因此，希望本文中提出的診斷對策可以給該領域帶來一定的借鑒價值。

2 故障現象的分析與診斷

某輪轂驅動式純電動汽車的用途是科研，運行時忽然降低了動力，沒有需要的動力來繼續進行加速、爬坡等動作。檢查分析：通過舉升機舉起車輛后，發現掛前進擋與倒擋，用腳踩進行加速，車輛后輪中的右輪沒有反應，所以先判斷為右輪動力系統出現問題[1]。通常來講，驅動系統的構成為兩個部分，為控制器與電機。而車輛中也有獨立控制器，分別對應控制后軸的驅動輪轂。此時，車輛的左輪驅動沒有發現問題，所以，嘗試調換左邊和右邊的控制器，也就是說之前用在左輪的用在了右輪，發現還是存在問題，所以，這時可以確定是右后輪轂電機出現故障。

電機是直流的無刷電動機，在電機定子中有三組線圈，呈現星狀連接形式。而其中的磁塊材料為稀土永磁，在電機轉子內圈中，關鍵部分是三組霍爾傳感器，進行轉子磁場的變換檢測工作，還要傳輸信號給控制器。之后，控制器開始執行自己的控制作用，讓電機帶動車輪運行。回收制動能量時，磁場是不停下的，之后出現感應電動勢，可以讓電動機代替發電機來工作。同時，停止點火開關，控制器會立刻停下，定子線圈斷路，就沒有回路了，也就沒有感應電流，無法形成反力矩，此時驅動輪沒有較大的轉動阻力。在停下點火開關時，轉動后輪，發現右邊的阻力比左側的大，表示其中是有感應電流與回路的。控制器能夠照常工作，所以，可判定為電機定子線圈的短路問題。之后，通過萬能表測電機定子線圈引出線不同端子間的電阻值，發現不同端子間的阻值是一樣的，其中還有兩個端子間差不多沒有電阻值，那就說明有短路問題。同時，線束的絕緣保護層發現被破壞，實際是里面不同線路有所糾纏，這很容易導致故障[2]。可初步分析是，車輛工作了太長時間，而電機供電線由于布線等原因無法正常散熱，從而導致了絕緣層熔化，引起短路問題。此后，裝配電機并測試裝車，發現右輪電機還是有問題，不過可手動操作，表示電機定子線圈已經正常。由于電機控制器是通過傳感器傳遞信號，并給其給予電壓，如果霍爾傳感器有問題，那么控制器也會相應出現問題，所以，要通過檢測查看是否有輸出信號，能夠判定為右后輪的霍爾傳感器有故障。故障排除：更換霍爾傳感器，重新組裝電機，并通過示波器測量其中信號，當信號表示沒問題后，此刻右側電機已經恢復正常運行。

3 滑模觀測器車輪轂電機故障診斷

3.1 輪轂電機故障分析

純電動汽車的驅動系統通常構成是控制器與電機，而且兩個控制器與后驅動輪轂也是相對獨立的。只要后輪沒有故障，那么控制器也應該是沒問題的。起動開關運行后驅動輪，如果在手動用力之后才可轉動，表示里面已經有了回路，因為控制器正常運行，因此，就能確定是電機定子線圈線束的短路問題。之后開始診斷分析，此時的電機和電機驅動可以是一個整體，表示為控制增益k，k=T/u，其中T是電機輸出轉矩，而u是控制器傳輸出的控制信號[3]。在沒有任何故障時，k也是常規的數值，其中T按照k的變化而變化。一旦電機有故障，則增益k也有波動，那么電機輸出轉矩和預期會有不同，這個可以作為可靠的故障診斷依據。而電機在工作時總是會由于多方面的原因導致問題產生，而且有多種表現形式。其中，k也會因為時間問題出現正弦變化，因此要格外注意這一點。

3.2 輪轂電機故障診斷

診斷故障時，為了防止多方面因素的干擾，不僅要注意收集駕駛員的控制信息，還應利用好車輛真實的狀態信息，還要充分結合整車模型。在電機出現問題時，實際輸出轉矩和理想中的有差距，通過偏差信號特征能夠判斷故障。在現實中診斷時，應充分結合整車模型，加上恰當的觀測器，輸入如輪胎摩擦力、車輪制動力矩等關鍵的數據，時刻注意電機實際輸出轉矩和預期之間的差異，只要判斷了具體的故障類型就可及時進行維修。

3.3 輪轂電機故障維修

診斷完故障后，應按照不同的故障類型，分析產生故障的因素，并通過有效的對策進行維修處理。如果電機供電線路短路，應多方位進行檢測，對電機定子線圈引出電阻值，還要充分結合線圈的絕緣性能，有效考慮能否盡快排除該短路故障。

4 電機傳感器損壞的故障診斷

因為電機控制器需要通過霍爾傳感器來輸入信號分配電壓，所以，霍爾傳感器不能出現問題，否則，控制器是不能正常運行的，所以，對于霍爾傳感器的檢測十分重要。開啟開關，舉升車輛，并手動轉動，發現霍爾傳感器輸出的信號呈現波形，最終為零，這就表示是霍爾傳感器出現了故障。故障分析：因為輪轂電機為直流無刷電動機，其中電機定子的連接構成為不同的線圈，并通過對應的霍爾傳感器來進行工作，之后才由電機帶動車輪旋轉。在回收制動能量時，永磁鐵的產出磁場跟著一起旋轉，且出現感應電動勢。通常而言，當停下開關時，控制器也不再運行，此時，星形連接的定子線圈斷路。由于是斷路的狀態，所以即便出現感應電動勢也沒有回路，同時也沒有感應電流與反力矩，因此，轉動驅動輪沒有較大阻力[4]。而車輛因為工作時間較長，其中的電機沒有進行正常散熱，容易熔化絕緣層，導致供電線短路。此時，因為短路故障，控制器為確保正常運行，不得不關閉供電。而電機中所有霍爾傳感器都是41F雙極性的，電源電壓在4.5～24V，溫度最低是40°C，最高為150°C。因為霍爾傳感器中不同線路是一起包的，結合之前的檢查分析可知，因為其中的供電線絕緣層熔化，導致不同電壓的供電線互相接觸，這就很容易破壞霍爾傳感器。故障排除：更換所有的霍爾傳感器，重新組裝電機后，檢測信號全部恢復，且電機也可以正常運行。

5 結語

總的而言，電動機車的電驅動系統和傳統的還是有不小的差別，所以在充分結合了電機驅動系統的特點之后，應盡快確定較為恰當的技術診斷，并獲取安全可靠的故障信息，這樣維修才有依據，從而切實確保汽車運行的可靠穩定。目前，新能源汽車的熱潮是大勢所趨，那就也要加強汽車維修人員對于該類汽車維修的了解，不僅要盡量普及相關的技術理論知識，也應主動學習汽車電工電子技術，才可通過不同的診斷設施進行故障診斷。

【參考文獻】

【1】潘漢明，雷良育，王子輝.基于小波分析的電動汽車輪轂電機永磁體故障診斷[J].中國機械工程，2016（11）：1488-1492.

【2】常亮.純電動汽車輪轂電機故障診斷與維修[J].汽車維修，2017（10）：25-26.

【3】鄭丹鳳.純電動汽車輪轂電機關鍵技術綜述[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（01）：78-80.

【4】陳丹，劉良，劉福華.純電動汽車輪轂電機故障診斷與維修分析[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（05）：142-144.