基于故障類型統計的插電式混合動力汽車運行安全特性研究

范志翔 孫巍 秦征驍 穆文浩

摘 要：針對插電式混合動力汽車運行安全特性分析需求，本文通過采集插電式混合動力汽車的質量故障投訴信息，并對插電式混合動力汽車用戶質量投訴案例進行分類分析，梳理了當前插電式混合動力汽車的主要故障類型，并分析統計了各故障類型的投訴頻次與累積積分發展趨勢。依據故障影響程度，確定了4類故障等級，探究了插電式混合動力汽車主要的故障模式，分析了其運行安全特性，并從生產設計、使用維護、定期檢驗等三個維度提出優化建議。

關鍵詞：插電式混合動力汽車，故障類型，故障等級，故障模式，運行安全特性

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.17.028

基金項目：本文受公安部科技計劃項目（項目編號：2021JC27）資助。

Study on Safety Characteristics of Plug-in Hybrid Electric Vehicle Operation Based on Fault Type Statistics

FAN Zhi-xiang SUN Wei* QIN Zheng-xiao MU Wen-hao

（Traffi c Management Research Institute of the Ministry of Public Security）

Abstract： Catering to the demand analyze the operational safety characteristics of plug-in hybrid electric vehicles， this paper collects information on quality fault complaints of plug-in hybrid electric vehicles， and conduct classifi ed analysis on cases of quality complaints from users. This paper summarizes the main fault types of plug-in hybrid electric vehicle and analyzes the frequency and trend of cumulative score of fault complaint. Based on the severity of faults， the paper determines four fault grades， and explores the main fault modes of plug-in hybrid electric vehicles. Also， the paper analyzes the operational safety characteristics of plug-in hybrid electric vehicles， and proposes optimization suggestions from the three dimensions of production design， use and maintenance， and regular inspection.

Keywords： plug-in hybrid electric vehicles， fault types， failure levels， fault modes， operational safety characteristics

0 引 言

自2012年國務院發布《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》以來，我國汽車產業朝著電氣化快速發展。2022年，我國新能源汽車產銷量分別為705.8萬輛和688.7萬輛，同比增長 96.9%和93.4%；新能源汽車新車銷量占比汽車新車總銷量的25.6%，呈現快速增長的趨勢[1]。插電式混合動力汽車作為新能源汽車的一種類別，其功能介于純電動汽車與燃油車之間，具備純電與燃油這兩種車輛的特點，是現階段新能源汽車發展的趨勢之一。

當前，新能源汽車產品按照《新能源汽車生產企業及產品準入管理規定》進行準入管理，在滿足傳統動力汽車產品相關標準的同時，還需符合專項檢驗要求。但由于新能源汽車的發展應用時間較短，相關可靠性研究還處于發展階段，相對于傳統動力車輛，新能源汽車運行安全特性、檢驗檢測技術的研究與積淀還不夠完善[2]。同時，作為新能源汽車的一種類型，插電式混合動力汽車具備兩套動力單元，進一步增加了汽車控制系統的復雜度，提高了系統發生失效的可能性[3]。本文通過對已公布的插電式混合動力汽車部分質量投訴案例進行采集分析，梳理常見的插電式混合動力汽車故障特征，分析故障原因，明晰各類故障對插電式混合動力汽車運行安全的影響，進而提出插電式混合動力汽車在生產、維修及年檢等環節所需標準化工作的建議。

1 運行安全特性分析需求

機動車運行安全管理是道路交通安全管理的關鍵環節，旨在促進交通安全向著更好的方向發展。同時《機動車安全技術檢驗項目和方法》（GB 38900-2020）規定了機動車安全技術檢驗的檢驗項目、檢驗方法、檢驗要求，以及檢驗結果判定、處置和資料存檔[4]，并適用于具備檢驗檢測的機構對機動車開展安全技術檢驗。但當前，插電式混合動力汽車等新興車輛蓬勃發展，由于其動力系統較傳統動力車輛存在差異，且現行標準尚未對插電混合動力汽車的運行特性規定針對性的檢驗方法，為了有效分析插電式混合動力汽車的運行安全特性，提升插電混合動力汽車運行安全水平。本文基于插電式混合動力汽車質量投訴案例，通過分類統計分析的方法開展了插電式混合動力汽車的運行安全特性研究。經采集分析的故障數據以插電混合動力乘用車為主，包含轎車、運動型多用途汽車等車輛類型；采集的相關信息包括投訴品牌、投訴車型、問題描述、問題類別、投訴事件及當前投訴狀態等。

2 數據統計

2.1 分類統計

本文以插電式混合動力汽車為研究對象，通過收集相關故障案例，進行插電式混合動力汽車的故障類別分析。現累計收集插電式混合動力汽車相關故障投訴案例650余起，依據汽車構造對各故障案例進行分類，可分為發動機（電動機）、車身（包含儀表、照明及附屬裝置）、制動系統、傳動系統、轉向系統、行駛系統6類。如圖1所示，發動機（電動機）故障的發生占比最高，發動機（電動機）、車身（包含儀表、照明及附屬裝置）、制動系統三類故障發生頻率約為0.95。考慮到這三類故障為插電式混合動力汽車的主要故障類型，同時，發動機（電動機）工作模式的改變，汽車電氣復雜程度的提升，以及兩套動力驅動模式對制動系統的影響是插電式混合動力汽車等新能源汽車與傳統車輛的主要差異，故本文聚焦這三類故障的成因與影響進行分析，探究影響插電式混合動力汽車運行安全的主要特征，并提出針對插電式混合動力運行安全檢驗查驗的優化方法。

2.2 故障等級

結合插電式混合動力汽車的故障統計，對發動機（電動機）、車身以及制動系統等三類故障進行研究分析。考慮到不同故障的出現對插電式混合動力汽車運行安全的影響程度略有差異，根據各故障描述及產生的影響，對故障等級進行分類。如表1所示，分類原則依據故障直接影響運行安全、故障間接影響運行安全、故障對運行安全存在潛在風險以及故障不影響運行安全等四個等級，并分別標注為A類故障、B類故障、C類故障以及D類故障[5]。

2.3 故障類型分析

為保證數據分析的有效性，對發動機（電動機）、車身、制動系統等三類插電式混合動力汽車故障數據進行預處理。預處理基于客觀性原則，篩除非正常使用、外界破壞等導致的車輛故障。并依據故障的表現形式，對不同類別故障等級進行了統計分析。

如圖2所示，發動機（電動機）故障類型中，C類故障占比最高，約占故障總數的37%。可能的原因是插電式混合動力汽車具備兩套動力系統，較燃油汽車、純電動汽車等單動力源車輛更為復雜，且插電式混合動力技術處于發展階段，潛在的安全技術風險還未完全明晰，存在一些可能影響但未充分顯現的運行安全故障風險。其次為D類故障（約占27%）以及B類故障（21%）。其中，對插電式混合動力汽車運行安全產生直接影響或間接影響的A類故障與B類故障約占36%，C類與D類故障約占64%。

如圖3所示，車身故障中D類故障占比最高，約占故障總數的35%。可能的原因是車身類故障主要以車身附件及電器影音故障為主，多為娛樂系統、車載互聯等輔助功能故障，對車輛運行安全的影響較小。其次為C類故障（約占32%）以及B類故障（19%）。其中，對插電式混合動力汽車運行安全產生直接影響或間接影響的A類故障與B類故障約占33%，C類與D類故障約占67%。

如圖4所示，剎車系統故障中A類故障占比最高，約占故障總數的31%。可能的原因是剎車系統直接影響車輛的正常行駛，制動力失效、剎車失靈等故障將直接影響車輛的有效制動，對車輛的運行安全影響程度較大，故剎車系統的故障類型中A類故障的占比最高。其次為D類故障（約占30%）以及B類故障（26%）。其中，對插電式混合動力汽車運行安全產生直接影響或間接影響的A類故障與B類故障約占57%，C類與D類故障約占43%。

如表2所示，本文對影響插電式混合動力汽車運行安全的A、B、C類故障類型的具體故障模式進行了統計，分析了各故障類型中出現頻率較高的故障模式。A類故障類型中，行駛過程中動力中斷出現的頻率最高，約為0.65，其次為行駛過程中熄火（約為0.19）與剎車失靈（約為0.10）；B類故障類型中，混合驅動模式轉換故障出現的頻率最高，約為0.58，其次為電機及高壓系統故障（約為0.29）與發動機部件損壞（約為0.07）；C類故障類型中，部件故障燈點亮出現頻率最高，約為0.53，其次為部件漏油（約為0.19）與車輛無法正常啟動/熄火（約為0.14）。

3 運行安全特性分析

3.1 驅動模式轉換故障特征顯著

結合故障模式統計數據，與傳統燃油機動車相比，插電式混合動力汽車的差異性故障模式為混合驅動模式轉換故障、電機及高壓系統故障、電驅控制器故障等類別。考慮到插電式混合動力汽車具有兩套動力總成，具備傳統燃油車與純電動汽車的兩類特征，并存在純電驅動、純燃油驅動以及混合驅動等運行模式，提升了動力輸出的復雜程度。同時，從故障模式的統計結論也可以看出，B類故障中混合驅動模式轉換故障、電機及高壓系統故障的累計頻率為0.87，遠高于其他故障模式，為間接影響插電式混合動力汽車運行安全的主要故障。

3.2 動力失效為主要故障

結合統計數據，發動機（電動機）故障為插電式混合動力汽車的主要故障類型，主要表現為車輛運行過程中動力中斷、運行過程中熄火、運行過程中掉電失速度等。道路通行過程中，保持相對穩定的運行狀態有助于提升車輛整體的運行安全水平，考慮到此類故障會影響車輛動力的有效輸出，改變車運行的瞬時狀態，進而打破車輛保持的相對穩定運行狀態，提升了道路交通事故發生的可能性。

3.3 制動系統故障危險程度高

結合故障類別分析，插電式混合動力汽車發動機（電動機）故障與車身故障主要為C類故障與D類故障，這兩類故障的累計占比分別為64%與67%。而插電混合動力汽車的制動系統故障主要以A類故障與B類故障為主，累計占比為57%，直接或間接影響車輛的運行安全。從制動系統的故障模式分析，主要故障包括A類故障剎車失靈、B類故障部件損壞、C類故障部件漏油與駐車系統故障。與傳統燃油車輛相似，制動系統可以改變車輛的運行速度，實現緊急狀態下的有效避讓，對車輛的運行安全水平產生影響。

4 對策建議

結合插電式混合動力汽車與傳統汽車故障差異，從保障此類車輛運行安全需求的角度出發，有關環節還需結合插電式混合動力汽車的技術特點，分析插電式混合動力汽車主要性能和關鍵部件的安全技術要求，進一步提升插電式混合動力汽車的運行安全。

（1）加強設計、生產、出廠環節質量管控。提升車輛源頭運行安全性水平，充分結合車輛質量投訴與召回事件，關注插電式混合動力汽車的主要故障部件與故障模式，提升插電式混合動力汽車發動機、電動機、車身附件及電器系統、動力電池、電控系統等的設計水平，嚴格核心部件出廠檢驗，提升整車生產制造工藝，確保出廠產品質量一致性。

（2）加強使用、保養、維修環節隱患排查。提升車輛在用過程中的運行安全性維護水平，強化車輛所有人維護保養意識，提高整車售后、維修企業專業能力，優化插電式混合動力汽車維護保養方式，培養專業人才隊伍，提升維保人員專業素養，健全插電式混合動力汽車維修保養體系，降低在用車輛發生故障的風險。

（3）加強定期安全技術檢驗環節風險防控。結合插電式混合動力汽車結構特點，進一步優化底盤動態檢驗方法，強化燃油驅動、純電驅動與混合驅動等不同模式的底盤動態檢驗分析能力，探究不同模式下的安全性能表現差異，并關注線控技術等新興技術應用后對車輛運行安全的影響，優化車輛安全技術檢驗方法，提升插電式混合動力汽車等新能源汽車的檢驗效能，落實定期安全檢驗風險防控效能。

5 結 語

通過對插電式混合動力汽車用戶的質量投訴案例的分析，本文梳理了插電式混合動力汽車的主要故障類型與常見故障模式，得出了3類插電式混合動力汽車主要故障，分析了插電式混合動力汽車與傳統汽車的故障模式差異，提出了優化檢驗檢測的對策建議，但如何確定不同故障模式的分析權重并形成有效的運行安全特性分析模型還有待進一步深入研究。

參考文獻

[1]中華人民共和國工業和信息化部.2022年12月汽車工業經濟運行情況[EB/OL]. （2023-01-12）[2023-03-30]. https：//www.miit.gov.cn/jgsj/zbys/qcgy/art/2023/art_ff136c2 c686a4728a4905e62a7e991d6.html.

[2]楊小娟，陽冬波，賈紅，等.新能源汽車可靠性大數據分析技術研究[J].公路交通科技，2017，35（12）：123-127.

[3]楊小榮.新能源汽車的故障分析與對策[J].內燃機與配件，2022（4）：170-172.

[4]機動車安全技術檢驗項目和方法（GB 38900-2020）發布要點說明[J].汽車與安全，2021（3）：60.

[5]閻巖，戴汝泉.ST5100TCZ型道路除障車的使用與可靠性評價[J].機械工程，2006（5）：33-35.

作者簡介

范志翔，碩士，工程師，研究方向為車輛安全相關標準化。

孫巍，通信作者，碩士，研究員，研究方向為車輛安全相關標準化。

（責任編輯：袁文靜）