智能診斷技術在新能源汽車檢測與維修中的應用

摘要：為了提高車輛檢修工作效率，以新能源汽車的檢修為切入點，了解新能源汽車的控制電路功用特點，以及智能診斷技術應用于汽車檢修的必要性，可以降低汽車檢修工作難度，還能完成多樣化的配套設備高效維修。以新能源汽車的電路及電池系統故障智能診斷為例，利用智能診斷技術成功優化控制電路的電流及電壓變化，從而監控運行狀態信息。如今智能診斷技術已經成為新能源汽車檢修與維修中的重要技術，對于降低新能源汽車的故障發生率，保障行車安全具有重要意義，研究結論為新能源汽車的智能診斷技術相關研究提供參考借鑒。

關鍵詞：智能診斷；新能源汽車；檢修；維修

中圖分類號：U472.4 ?收稿日期：2023-04-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.030

1 前言

社會發展石油需求量日益增長，引發環境污染、能源枯竭等問題，并逐漸引起社會各界的廣泛關注，為此新能源汽車應運而生，成為汽車行業的發展方向。新能源汽車作為一項新技術，在長期駕駛過程中難免會產生一些故障情況，如何能對新能源汽車的故障問題進行前期監測與預警，并采用相應的措施，成為研究熱點。新能源汽車的內部結構及內部功能不同于傳統車輛，所涉及的電子元器件更多，所以也給汽車檢修維修工作帶來巨大的挑戰[1]。智能診斷技術的出現可以提高新能源汽車的檢修及維修工作效率，還能夠提高故障診斷準確率，通過掌握智能診斷技術可在第一時間排查故障，提升汽車檢修與維修的工作質量。

2 智能診斷技術應用于新能源汽車檢修的優勢

新能源汽車的設計不同于以往傳統汽車的化石能源，所采用的是電能這類新型清潔能源驅動控制方式，但是其能源轉化系統設計與傳統發動機控制系統相比，依然在技術方面有一定差距，所以傳統的汽車檢修方法并不適用于新能源汽車的故障診斷與維修。為此有必要利用智能診斷技術，全面提升新能源汽車的自動化診斷技術，檢修工作人員可以及時排查故障問題，降低了后續檢修工作的難度，從而提升了檢修效果，還能實時采集儀器設備監控數據，在多樣化的處理手段下，為相關工作人員提供便捷化的處理空間及處理環境，制定更高效、針對性更強的新能源汽車檢修方案，實現對新能源汽車故障的高效處理[2]。

3 新能源汽車控制電路

3.1 新能源汽車控制電路的功用

新能源汽車的控制電路包括司機控制器、低壓電器、主電路、輔助電路內的多電器電磁線圈，以及電器觸頭聯鎖等存在接點控制及電子電路。經過間接控制實現了對新能源汽車的主電路及輔電路控制功能[3]。

3.2 新能源汽車控制電路的工作原理

直流電機包含直流發電機及電動機，由于直流電機具備可逆性，使用直流發電機轉變機械能為直流電能輸出，使用直流電動機則需要轉變直流電能為機械能輸出。

3.3 新能源汽車牽引電動機結構組成

新能源汽車的牽引電動機結構組成，基本等同于普通的直流電機，包括靜止定子及旋轉轉子。其中定子是作為產生磁場、提供磁路以及實現牽引電動機的機械支撐，包括機座、換向極、主磁極、軸承端。轉子作為產生電子轉矩和感應電勢的重要組件，能實現能量高效轉換，包括電樞鐵心、轉軸、繞組以及換向器多組件。除此之外脈流牽引電動機還包括電刷裝置，換向器接觸于電刷，從而有效連接電樞電路及外電路。由于脈流牽引電動機的本身發熱就比較嚴重，因此換向比較困難結構部件也比較特殊[4]。

4 新能源汽車控制電路的常見故障

4.1 整備控制電路故障

在新能源汽車的整備控制電路故障中，包含有受留裝置故障，該裝置在車頂安裝，且多樣化的受留裝置存在較大結構差異。單臂式受電弓比較常見的一種，此種受電弓主要包括弓頭裝置、上下部框架、鉸鏈結構、傳動氣缸以及升降彈簧等，主要產生的故障包括受電弓的弓頭部位出現磨損，導致受電弓離線，而機車在短時間之內無電致使很大程度影響了電器設備。另外，還會出現受電弓升不起的情況，以及機械零部件產生嚴重的老化斷裂導致落弓和刮弓故障[5]。

4.2 調速控制電路故障

在新能源汽車的控制電路運行中，主要故障如下：a.會產生兩位置開關不轉換的故障，主要由于調速手輪并未回歸零，司機控制器的微動開關產生燒損以及中間繼電器不得電原因，所致轉換鼓無法轉換，還有牽制、前后兩架轉換鼓的不轉換引發該故障。b.預備燈不滅故障。該故障主要由于ICU故障、司機控制器的微動開關產生燒損，以及中間繼電器不得電，致使轉換鼓無法轉換；還有牽制、前后兩架轉換鼓的不轉換引發該故障、電空閥故障、主斷聯鎖反應不良、輔機故障。c.整車電流上竄故障，該故障主要由于操縱端的主副臺司機產生控制器故障，地線不同以及電子系統故障，插座故障與調制解調板尚未插到位。d.某節電流出現上竄情況，這是因為所形成的脈沖產生并無同步信號，無法對電子柜的插頭到位情況加以檢查，繼電器的吸合時間較久所致工作不良，并未及時將零位信號送入至電子柜中[6]。

4.3 保護控制電路故障

主斷路器作為控制前路的總開關、保護，受電弓作為首個應當重視的組成，其次便是主斷路器故障問題。由于斷路器的部分組件在車頂外，部分在車內，所以在結構上劃分了高壓及低壓，將車頂板作為主要分界線，在主要的機車運行過程中，主輔電路會產生過載、過流、接地、短路等故障，將新能源汽車的高壓電源迅速切除[7]。但是在保護控制電路中常見的故障包括由于閃絡引發了非線性電阻瓷瓶、滅弧室瓷瓶以及支持瓷瓶的燒損或炸裂。不僅如此，還會產生機械卡位與斷裂無法分合閘的情況，輔聯觸頭產生接觸不良所致分合閘反復，以及啟動閥與主閥門的漏風故障情況。

4.4 信號控制電路故障

主變壓器作為接觸網25 kV高壓電，可以降成多等級組合低電壓，為整流裝置、輔助電路、控制電源供給電源。新能源汽車的變壓器在改進后運用一體化設備，此種一體化變壓器能夠達到除了牽引變壓器除外，在箱體內包括平波電抗器及濾波電抗器。常見故障包括內部故障情況及局部絕緣放電降低，過流所致的變壓器產生高溫運行，外部的短路情況引發過電壓對內部影響，冷卻系統發生故障情況[8]。這主要是由于主變壓器的內部絕緣老化降低，以及變壓器的螺栓松動，接觸電阻值較大引發了局部過熱燒損故障。

5 新能源汽車控制電路故障診斷系統

5.1 電路與電池智能診斷

結合上述的故障可以發現，新能源汽車的控制電路系統所涉及故障包括整備控制、調速控制、保護控制以及信號控制四種故障，劃分主要故障產生的線路故障包括短路、斷路以及不正常接地。產生如上故障主要是實際響應及輸出均產生較大變化。對設備運行特征的準確提取尤為關鍵，本文提出小波變化理論提取機車控制電路的故障信號。由于篇幅限制，本節不針對小波分析理論做出過多贅述，了解到小波振動頻率衰減速度較快所產生的信號存在明顯的時頻類特性，可以采用小波變化狀態信號對新能源汽車的輸出數據進行故障特征精準提取，做到對控制電路的故障監測、警報并及時診斷[9]。

5.2 底盤輸出功率智能診斷

在智能診斷汽車底盤輸出功率時，功率作為評定新能源汽車動力性能的關鍵，底盤輸出功率值越高，就證明汽車擁有越強的動力，輸入功率減去無用功率，即可提升新能源汽車的駕駛動力性能。那么對于底盤輸出功率故障檢修，主要可以針對汽車底盤輸出功率大小進行分析，例如通過能源運行、功率轉換、汽車內部無用功檢測等，使用智能診斷技術詳細分析新能源車輛的底盤輸出功率，并對比新能源汽車的使用標準，從而全面了解所需檢修的項目內容，確定相應的維修方式[10]。

5.3 基于小波分析的智能檢修特征提取案例

以新能源汽車的控制電路牽引信號控制電路故障為例進行分析。運用小波理論提取故障數據，考慮到牽引變壓通常以隱性故障情況較多，多數情況下極易產生于變壓器的制造、運輸以及安裝過程中，常規變壓器實驗往往無法檢測到這些隱性故障。那么在變壓器所處長期的運行狀態下，便會逐漸出現這些故障。在運用小波提取變壓器故障特征時，由于牽引變壓器受到較大的電壓及電流的干擾，因此產生較大的不穩定性。選取Haar小波規范正交基方法，劃分變壓器的故障信號為三層小波包，被分析的信號表示為（0，0），第一層分解出低頻系數，表示（1，0），第一層經過分解所得的高頻系數表示（1，1），之后逐層分解到第三層時，最終分解得出0節點的低頻系數是（3，0），如此類推每一個節點所代表的信號特征。在系統故障中不同頻帶產生極強的干擾信號，會改變信號能量，從而構造以能量為元素的特征向量，并對其歸一化處理，以有效避免能量值過大的問題，最終得出特征向量。此種提取故障特征的方法，可以在故障特征及故障原因中構建非線性關系，且此種關系是無法輕易用規則推理統計得出的。

在智能診斷過程中，通過在線獲取故障信號來提取特征信號，在智能診斷中以輸入值作為故障征兆，輸出相應的故障原因。主要包括兩步：a.基于一定數量的故障訓練數據集，完成對神經網絡的訓練，獲得與預期相符的診斷網絡；b.將當前診斷輸入系統，利用神經網絡完成前項計算，進行智能學習與診斷之前，一般需要適當處理原始數據與訓練樣本數據，包括對數值的預處理、特征提取等，這主要是為神經網絡提供合適的診斷輸入及訓練樣本。此外雖然神經網絡及傳統故障診斷為不同的診斷方法，但雙方是緊密聯合的。

5.4 故障檢測維修方法

a.針對某一節控制電源故障情況，需要作出檢查處理，通過轉換該車的電源開關，如果運用另一組能夠正常運行則維持運行即可，也可檢查開關600QA跳開之后重新閉合。如果以上處理無效，需要重新聯位668QS，將666QS及667QS同時斷開即正常運行。

b.對于主斷路器跳閘故障情況，受電弓出現自動下落的情況，主要表現在列車的自然制動，以及顯示屏出現全部熄滅的情況，由于所受電弓的自然落下影響電壓表顯示數值為0。假若此種處理方式無效，需要將666QS及667QS同時斷開即正常運行。

c.在控制系統運行過程中受電弓自然落下檢查，跳開主斷路器在顯示屏產生“零壓”這一情況及時檢查，對于換工無效需要做兩節保護閥門，如果仍然不能吸合需要對保護閥進行人工閉合，正常運行。

d.主斷路器合不上的檢查處理，需要對調速手柄是否在零位進行檢查，如果不在零位需要將其移動回歸至零位。假若處理之后仍然無法合閘，可以采用主斷路器人工閉合措施，關掉輔機降弓“分相”使之正常運行。

e.輔電路故障包括閉合劈相機扳鈕無法起跳，顯示零壓不啟動劈相機，具體故障檢查需要將開關236QS隔離，之后維持運行。檢查無任何聲音故障情況，重新將自動開關605QA跳起時關合，之后恢復正常，假若不行則需要將相機扳鈕進行更換。

6 結語

與傳統發動機汽車相較，新能源汽車的檢修工作存在諸多不同，對于常見的故障有必要應用智能診斷技術，積極對汽車故障進行實時監測，一旦發現故障即可進行針對性分析，從而提高新能源汽車的檢修效果，提升對故障的維修處理能力，推動我國新能源汽車市場的良好發展。

參考文獻：

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作者簡介：

顏國仁，男，1988年生，工程師，研究方向為汽車檢測與維修技術。