顧 曄,李溢群,張 毅
(東風商用車有限公司東風商用車技術中心,湖北 武漢 430056)
伴隨著國家對新能源車型的大力推行,現如今純電動新能源車型已經走上了逐步取代燃油車的趨勢,同時歐盟及各大發(fā)達國家紛紛發(fā)布了禁止生產燃油車的年限規(guī)定。但相較于燃油車而言,純電動新能源車發(fā)展的年限較短,其存在的故障現象與燃油車也不盡相同,因此對純電動新能源車的故障診斷和維修是目前伴隨著純電動新能源車市場發(fā)展急需解決的難題。
目前常見的故障診斷及排除方法主要分為幾類,常見的有通過診斷儀讀取控制單元的數據流、故障碼,利用示波器讀取波形,利用萬用表等進行測量,采用換件對比方法等,如表1所示。
表1 故障診斷方法對比
數據流分析法具有使用便利、分析方便、準確性高的優(yōu)點,新能源汽車專家診斷系統(tǒng)采納該方法進行開發(fā)。進一步,數據流分析方法按照研究對象和分析策略的不同可以細分為值域分析法、時域分析法、因果分析法、關聯(lián)分析法、比較分析法5種類型。
1)值域分析法通過研究數值的變化規(guī)律和范圍進行分析,從而判斷故障。
2)時域分析法是分析數值在一段時間內的變化周期和變化頻率。
3)因果分析法是分析多個數據之間的因果關系,從而判斷故障。
4)關聯(lián)分析法是分析相互聯(lián)系的數據間存在的關聯(lián)性或者相關性。
5)比較分析法是對同一車型及系統(tǒng)在相同條件下的一組或者幾組數據進行比較分析。
通常故障診斷是通過診斷儀等設備獲取故障診斷代碼,維修人員根據故障代碼表的故障描述進行維修。由于故障診斷代碼的自身局限,在某些情況下,讓維修服務人員根據代碼找到故障原因并排除故障,操作實施的難度較大。
診斷平臺基于ARM架構、Windows CE系統(tǒng)開發(fā),并通過專用適配器與車輛建立通信,如圖1所示。車輛行駛過程中,整車控制器(VCU)通過與其他控制模塊或智能傳感器進行實時數據交互,實時監(jiān)測數據是否正常和可靠。當VCU發(fā)現其發(fā)送或接收的數據出現異常時,會在內部設置相應的故障診斷碼,同時通過車輛人機界面(通常是儀表)提示駕駛員系統(tǒng)暫時不可用,該提示是否出現和以何種形式展現是根據需求來定義的。診斷平臺通過向VCU發(fā)送診斷請求服務,獲取VCU記錄的診斷信息并顯示在平臺上。維修人員通過在顯示器上查看信息可以定位問題并排除故障。
圖1 診斷平臺結構
診斷平臺的診斷指令符合國際標準ISO 15765《道路車輛 控制器局域網絡的診斷通信》規(guī)范及國家和汽車行業(yè)的相關標準和規(guī)范。售后診斷平臺的軟件設計流程如圖2所示。
圖2 售后診斷平臺的軟件設計流程
專家診斷平臺界面效果如圖3所示,控制面板劃分為3個區(qū)域,最上方是診斷儀功能選擇區(qū),左側是車型選擇區(qū),中心區(qū)域是車型包含的ECU信息,面板右下角顯示測試時間。
圖3 專家診斷平臺界面效果
以電池管理系統(tǒng)(BMS)為例,如圖4所示,診斷信號說明如下。
圖4 診斷信號說明
1)“版本信息”區(qū)域顯示電池管理系統(tǒng)的軟硬件版本信息。
2)“電池狀態(tài)信息”區(qū)域顯示當前動力電池的總電壓、電流、電池荷電狀態(tài)(SOC)等信息。
3)“電池管理系統(tǒng)信息”區(qū)域顯示電池管理系統(tǒng)各元件的狀態(tài)信息,如總正繼電器吸合狀態(tài)、總負繼電器吸合狀態(tài)、中間繼電器吸合狀態(tài)、充電繼電器吸合狀態(tài)、散熱風扇工作狀態(tài)等信息。
4)“電池管理系統(tǒng)故障記錄”區(qū)域顯示記錄在BMS內部寄存器上的當前和歷史診斷代碼,通過具體的診斷代碼可以獲取對應的維修建議。
新能源汽車專家診斷系統(tǒng)運用層次化與集成化的診斷軟件架構,覆蓋本公司新能源車型平臺,涵蓋行業(yè)主流診斷協(xié)議;引入診斷數據庫,解決診斷海量數據存儲、管理、數據之間依賴、從屬關系等問題;進行診斷功能全面設計,囊括四大診斷功能類,309個診斷功能點,1202個故障排查樹以及綜合診斷專家系統(tǒng);ECU數據安全在線刷寫,系統(tǒng)軟件安全在線升級;帶有通信、速率、供電方式自動切換的智能適配器。這些技術的應用使得該新能源汽車專家診斷系統(tǒng)能被全面開發(fā);根據研發(fā)、制造、售后等用戶的需求和用途,系統(tǒng)可裁剪、可配置、可擴展。
故障現象
本例車輛在行駛過程中出現高壓掉電現象,經服務站組織人員及廠家多輪排查,包括更換五合一控制器、BMS低壓控制盒等,均不能排除故障。
本例車輛是一款純電動清洗車型,用于市政作業(yè),該車型總質量18000kg,額定載質量8595kg,軸距5000mm,前懸1430mm,后懸2075mm,最高車速100km/h,動力電池采用寧德時代新能源科技股份有限公司的磷酸鐵鋰動力電池,電池型號MFH3L8;電機采用蘇州綠控傳動科技有限公司的TZ370XS-LKM1101電機,額定功率160kW,峰值功率217kW。該車型配有水罐總成、水路和控制系統(tǒng)等,用于清洗作業(yè);選裝前噴水架、右側工具箱、后噴霧裝置。罐體有效容積9.02m,罐體外形尺寸為2390×1310×4030(長軸×短軸×罐長,mm)。該車型有2種整備質量9210kg和9500kg,當整備質量為9500kg時,對應的罐體有效容積8.72m,罐體外形尺寸(長軸×短軸×罐長):2390×1310×3900。介質名稱:水,密度1000kg/m。選裝前噴水架時,整車長為9375mm,前伸870mm,接近角10°,質量變化可忽略不計。側防護欄的材質為鋁合金,采用螺栓連接;后防護裝置材料為Q345B,采用螺栓連接,截面尺寸為180mm×65mm,最大離地高度480mm。同時,該車安裝具有衛(wèi)星定位功能的行駛記錄儀。
故障現象1,行駛過程中掉高壓,儀表主界面STOP燈亮,儀表故障界面報DC/DC輸入欠壓、電機控制系統(tǒng)母線欠壓保護。如果在故障出現時,立即擰鑰匙至START擋,可重新上高壓。
故障現象2,行駛過程中掉高壓,儀表主界面STOP燈亮,報電池管理系統(tǒng)掉線,儀表故障界面報DC/DC輸入欠壓、電機控制系統(tǒng)母線欠壓保護。如果在故障出現時,立即擰鑰匙至START擋,車輛不能上高壓,需等待數分鐘后才能上高壓。
電氣原理分析
電池管理系統(tǒng)控制電路原理及系統(tǒng)線束圖如圖5所示。電池管理系統(tǒng)的1號腳是其低壓電源控制管腳,由繼電器通過#8210進行供電,繼電器的線圈端的正極,即控制端接點火鎖的ON擋,負極搭鐵,繼電器的觸點端的正極接常電,負極(輸出端)接電池管理系統(tǒng)的1號腳。
圖5 電池管理系統(tǒng)控制電路原理及系統(tǒng)線束圖
診斷分析
筆者攜帶新能源汽車專家診斷系統(tǒng)跟車,使用該系統(tǒng)記錄故障時的整車報文數據,診斷系統(tǒng)自帶數據回放功能,以圖形顯示的方式回放的數據如圖6所示。
圖6 回放的數據
通過分析報文數據可知:①BMS的Keyon信號在車輛運行1310s后,丟失60ms后又恢復;②電池組高壓輸出電壓丟失1.1346s后恢復,恢復后電壓596V左右。
通過檢查整車線束,發(fā)現駕駛室與車架對接端插接件的#8200端子表面存在黑色物質,造成接觸不良。如圖7所示。
圖7 線束實物及細節(jié)放大圖
檢修方法驗證
故障重現,現場通過拔插#8200端熔斷絲模擬#8200端子接觸不良現象。如圖8所示。
圖8 故障發(fā)生時BMS發(fā)出的“Keyon狀態(tài)”信號曲線
1)步驟1,模擬短時接觸不良,將#8200端熔斷絲拔插時間不超過1s,故障現象同故障1。
2)步驟2,模擬長時間接觸不良,將#8200端熔斷絲斷開時間超過5s,故障現象同故障2。
3)步驟3,截取模擬#8200端子接觸不良時整車報文,與截取的實車故障時報文進行對比,兩者BMS的Keyon信號丟失恢復時間間隔一致。
用CANoe對多次實車故障和模擬故障進行數據采集,比較實車故障和模擬故障下的Keyon狀態(tài)信號曲線,發(fā)現dt時間相同,T1/T2均不同,說明模擬故障可以很好地復現實車故障,而且與實車故障產生機理等效。
本文基于數據流分析技術,與汽車故障診斷協(xié)議相結合,設計了具有數據交互功能的、可靠性高的、易于操作的便攜式汽車專家診斷系統(tǒng),該系統(tǒng)具備診斷和排除故障、ECU軟件和數據安全在線刷寫、診斷服務軟件安全在線升級等功能。使用新能源汽車專家診斷系統(tǒng)可以幫助車輛售后維修人員發(fā)現新能源車輛產生故障的原因,進一步對車輛進行維修。