薛紅華

摘 要：近些年，空氣污染和能源危機(jī)狀況逐漸顯現(xiàn)，各國(guó)逐漸注重發(fā)展清潔綠色環(huán)保能源，特別是針對(duì)汽車業(yè)。新能源車以綠色環(huán)保和低能耗的觀念很快被各國(guó)接納，并且投進(jìn)充足的資金推動(dòng)產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)，使之變成未來交通工具發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)。但因目前已使用地方法不下開展電動(dòng)汽車電機(jī)系統(tǒng)故障診斷的手段。依據(jù)電機(jī)問題，在PLC技術(shù)下，結(jié)合核方法和主成分分析法，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障狀態(tài)參數(shù)非線性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線性化內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù) 新能源汽車 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 故障檢測(cè)

1 引言

汽車是人們出行的重要工具，大家對(duì)車輛駕駛的安全性與平穩(wěn)性的要求很高侗時(shí)車輛的關(guān)鍵動(dòng)力源一電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，假如系統(tǒng)出現(xiàn)問題，汽車的總體均會(huì)遭到或多或少的影響，還可能會(huì)發(fā)生機(jī)毀人亡的狀況。因此，發(fā)展新能源車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障測(cè)試技術(shù)是迫在眉睫。

2 試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的選型

汽車供電系統(tǒng)能通過燃料電池電堆或燃料發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)送電，能量存儲(chǔ)體系能夠運(yùn)用化學(xué)儲(chǔ)電池或超級(jí)電容器。永磁體為無限期磁體，不必激磁能夠在很低轉(zhuǎn)動(dòng)速度下維持同步運(yùn)作，低速檔時(shí)輸出扭矩大，另外永磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電流頻率維持同步關(guān)聯(lián)，操控電流頻率就可操控電機(jī)轉(zhuǎn)速[1]。永磁電機(jī)有運(yùn)作效率高、轉(zhuǎn)矩密度高及其轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性強(qiáng)的特性，振動(dòng)與噪聲偏小，幾乎可忽視。因而，永磁電機(jī)在新能源汽車行業(yè)獲得了普遍使用。

2.1 永磁電機(jī)的構(gòu)造

永磁電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)相同，主要包括定子轉(zhuǎn)子兩部分組成。永磁電機(jī)構(gòu)造等同于其他的一些電動(dòng)機(jī)，都是有著兩個(gè)部件：電樞繞組與。轉(zhuǎn)子通常由永磁材料，轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成。永磁電機(jī)有項(xiàng)獨(dú)特性，無非就是把控好該電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，得先根據(jù)管控電樞的工作電流，但是必須處理的問題在于要隨時(shí)直至轉(zhuǎn)子的部位。因?yàn)橐话愕挠来烹妱?dòng)機(jī)都是會(huì)另裝轉(zhuǎn)子相位傳感器，即時(shí)掌握轉(zhuǎn)子的部位。

2.2 永磁電機(jī)工作原理與特點(diǎn)

永磁電動(dòng)機(jī)的原理與三相馬達(dá)類似。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器里的逆變電源將供電電源所提供的直流電源調(diào)配為三相正弦波形電流電壓，輸進(jìn)永磁電動(dòng)機(jī)三相繞組后，形成三相對(duì)稱工作電流。在正弦波形工作電流和永磁感生電動(dòng)勢(shì)影響下形成電磁轉(zhuǎn)矩，拉動(dòng)轉(zhuǎn)子伴隨電磁振蕩以同樣的運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：N=N1=60fi/Np

N：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度（r/min）N1：同步轉(zhuǎn)動(dòng)速度fi：三相正弦波形電流電壓頻率

車用永磁電動(dòng)機(jī)的把控由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成。通常采用閉環(huán)控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。閉環(huán)控制將定子電流分解成正交的兩大矢量，一種與磁鏈同向，表示定子電流激磁矢量，另外一個(gè)與磁鏈角度正交和，表示定子電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩矢量，各自加以控制就可以操控永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電流頻率同步操作，配有轉(zhuǎn)差，不會(huì)受到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度干擾，在永磁電動(dòng)機(jī)上比較容易完成閉環(huán)控制[2]。直接轉(zhuǎn)矩控制不用操控轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)更換與轉(zhuǎn)子磁性鏈接變向，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩替代工作電流變成受控目標(biāo)，電壓是操控系統(tǒng)唯一導(dǎo)入，直接操作起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的提高或減少，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的把控。

2.3 優(yōu)勢(shì)之處

永磁電動(dòng)機(jī)為直流無刷電機(jī)，其體型輕便、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)作靠譜、功率大、控速性好這類優(yōu)點(diǎn)，更有工作噪音小，控制參數(shù)強(qiáng)的特點(diǎn)，另外不用無功功率勵(lì)磁電便可以明顯功率因數(shù)補(bǔ)償，降低了定子電流和定子銅耗，并且在平穩(wěn)運(yùn)行中沒轉(zhuǎn)子銅耗，從而能夠因總消耗減少而降低風(fēng)機(jī)和對(duì)應(yīng)的風(fēng)摩消耗，進(jìn)而使其效果比同型號(hào)感應(yīng)電機(jī)可提升2-8個(gè)基點(diǎn)，在用以新能源電動(dòng)車當(dāng)做驅(qū)動(dòng)工作上算很合適考量的目標(biāo)。

3 電機(jī)的故障問題

3.1 電機(jī)線圈的絕緣故障

電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，過電流、過電壓或因自身的電力電子器件衰老導(dǎo)致毀壞，太高的溫度與高負(fù)荷機(jī)械振動(dòng)這類型的極端的工作狀態(tài)，都會(huì)造成焊錫絲接觸不良，所引發(fā)的就是繞組的絕緣故障。當(dāng)絕緣故障發(fā)生的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的各交流電流大小不一，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩降低而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起伏顯著增加。在汽車行駛流程中，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩的異常波動(dòng)就會(huì)影響乘車人舒適度，緊急狀況下有可能造成車輛側(cè)翻，進(jìn)而危害車?yán)锍塑嚾思捌渌说陌踩?/p>

3.2 電機(jī)線圈的短路故障問題

短路故障問題是永磁電動(dòng)機(jī)中非常嚴(yán)重的故障其一。依據(jù)出現(xiàn)短路的故障機(jī)制研究得出，引發(fā)出現(xiàn)短路的原因很多，較為常見的是由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作繞組溫度太高以后導(dǎo)致的絕緣層材料簡(jiǎn)短乃至無限期毀壞，假如檢測(cè)出絕緣無效的情況下，電機(jī)可能會(huì)停用；還有是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)自身部件衰老，加之外界因素濕冷情況，可能會(huì)出現(xiàn)突然的過壓狀況[3]。內(nèi)部原因去分析便是電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期高強(qiáng)度工作導(dǎo)致的提早衰老，外部原因乃是外界因素的惡劣情況引發(fā)的部件功能降低。

新能源汽車的工作方式與燃油汽車基本相同，這種永磁電動(dòng)機(jī)便要經(jīng)常開啟、反復(fù)起停、還有承擔(dān)高溫與外界低溫環(huán)境。依據(jù)探究電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境發(fā)覺，一般點(diǎn)開真實(shí)運(yùn)行中的負(fù)載都是會(huì)超出規(guī)定值，而且有些電動(dòng)機(jī)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最高值，如果總是過載狀況下長(zhǎng)期運(yùn)作，難以避免的便是形成各種問題，特別是最頻頻出現(xiàn)的相間短路狀況。當(dāng)前對(duì)短路故障問題的研究?jī)?nèi)容為3個(gè)方位：短路故障問題的檢查，短路故障問題對(duì)系統(tǒng)電流電壓、工作電流等參數(shù)值干擾還有短路故障問題出現(xiàn)后要采取的容錯(cuò)操控對(duì)策。

在考慮到輸電線并繞及其電導(dǎo)體在槽中具體劃分的情況下，對(duì)同一電動(dòng)機(jī)定子繞組的短路故障問題大概可以分為下列幾種，依次是：（a）電機(jī)繞組相間短路；（b）同兩色電機(jī)繞組出現(xiàn)短路；（c）不一樣兩色電機(jī)繞組出現(xiàn)短路；（d）電機(jī)繞組局部短路。如下圖所示。在這當(dāng)中，當(dāng)電機(jī)繞組相間短路故障發(fā)生的時(shí)候，因?yàn)橛来挪牧纤拇嬖冢霈F(xiàn)短路匝時(shí)會(huì)一下子形成相當(dāng)大的短路容量，進(jìn)而出現(xiàn)短路匝處快速起熱，造成絕緣層毀壞，最后可引起相間短路或電機(jī)繞組局部短路等[4]。因而，電機(jī)繞組相間短路能夠稱之為所有短路故障問題的根源，具體發(fā)生的時(shí)候可以說是這幾點(diǎn)短路故障問題中一類或多種的搭配。

3.3 電動(dòng)機(jī)的溫度情況

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率對(duì)新能源電動(dòng)車而言有著巨大的意義，為了提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率，應(yīng)用時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁感應(yīng)負(fù)荷一般選擇的非常高，相繼而來的自然就是電動(dòng)機(jī)的溫度升高和冷卻情況。溫度若不能得到控制，繼續(xù)升溫能讓我們的永磁材料磁力降低，工作效能極大降低，若不能及早發(fā)現(xiàn)并給出合理的解決，今后造成的便是去磁狀況，它是無法恢復(fù)的，就是檢修過程中遇到只有及時(shí)更換，而難以重回正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此可見，對(duì)電動(dòng)機(jī)的溫度情況要進(jìn)行探討。

4 電機(jī)系統(tǒng)故障歸納

一級(jí)故障問題，這是新能源汽車非常嚴(yán)重的故障級(jí)別。發(fā)生此故障不但車子沒法行駛，還可能會(huì)威脅人身生命安全同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境帶來一定的傷害，發(fā)生后關(guān)鍵零配件通常存在損毀。該類故障被稱作致命的故障，比較常見的故障原因?yàn)椋弘姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器功率單元過電壓?jiǎn)栴}和BMS問題。

二級(jí)故障，這一問題的發(fā)生算不上最重的，但假如未能及早發(fā)現(xiàn)并解決，很容易發(fā)生更深層次故障。發(fā)生該故障會(huì)先干擾安全駕駛，然后車子未能行駛，另外就是全車功能會(huì)存在比較明顯的衰弱，另外就是造成全車和相關(guān)關(guān)鍵零件的嚴(yán)重受損，比如電動(dòng)機(jī)或是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。通常稱作嚴(yán)重的故障，比較常見的故障原因?yàn)椋弘姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器相電流過電壓、電動(dòng)機(jī)連接點(diǎn)遺失、汽車檔位傳感器故障、IGBT問題和旋轉(zhuǎn)變壓器出現(xiàn)異常等。

三級(jí)故障問題，這一問題發(fā)生會(huì)引發(fā)電動(dòng)機(jī)發(fā)生異常，可是并不能出現(xiàn)嚴(yán)重危害。發(fā)生此類問題通常不會(huì)干擾安全駕駛，車子能夠繼續(xù)駕駛，固然會(huì)造成一定的零配件毀壞，但并不是關(guān)鍵零部件，解決辦法也比較簡(jiǎn)單。通常也稱為一般故障，易出現(xiàn)的故障原因?yàn)椋河烷T踏板傳感器故障、低電壓欠電壓保護(hù)問題、BMS單個(gè)欠電壓保護(hù)、電動(dòng)機(jī)發(fā)生超速行駛控制板出現(xiàn)緩沖作用。

四級(jí)故障問題，此類問題一般不影響正常地駕駛，是一些零部件發(fā)生異常，在能夠容錯(cuò)機(jī)制的范圍之內(nèi)，通常當(dāng)做檢修提醒。發(fā)生此類問題車子正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一般也并不需換零配件，在引導(dǎo)下能夠進(jìn)行高質(zhì)量簡(jiǎn)單解決[5]。這個(gè)人們通常稱之為輕度問題，常見的現(xiàn)象有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)溫度感應(yīng)器問題、VCU不正常或是直流欠電壓保護(hù)問題。

這里對(duì)其中一部分問題開展簡(jiǎn)易闡述，以及問題發(fā)生的初始條件，更簡(jiǎn)潔明了的了解其問題。

過電流問題，這兒涵蓋了提速過電流、降速過電流和穩(wěn)速過電流三類過電流。這個(gè)問題通常是對(duì)應(yīng)的在工作流程（提速、降速、穩(wěn)速）中，驅(qū)動(dòng)程序傳遞的工作電流超出過流點(diǎn)，通常以交流輸出電壓暫態(tài)值當(dāng)做問題判定標(biāo)準(zhǔn)。

過電壓?jiǎn)栴}，這兒涵蓋了提速過電壓、降速過電壓和穩(wěn)速過電壓三類過電壓。這個(gè)問題通常是指提速、降速或是穩(wěn)速環(huán)節(jié)中，電容電壓超出過壓值，以直流母線電壓暫態(tài)值當(dāng)做問題判定標(biāo)準(zhǔn)。

電機(jī)過載問題，電機(jī)電流超出設(shè)置的超負(fù)荷曲線，以交流輸出電壓一段時(shí)間里超出值域當(dāng)做問題判定標(biāo)準(zhǔn)。

驅(qū)動(dòng)器熱管散熱器超溫，驅(qū)動(dòng)程序的排熱溫度太高，以溫度感應(yīng)器檢驗(yàn)的暫態(tài)值當(dāng)做問題判定標(biāo)準(zhǔn)。

電機(jī)過熱問題，這兒主要是指電動(dòng)機(jī)溫度太高，以溫度感應(yīng)器檢測(cè)出的暫態(tài)值當(dāng)做問題判定標(biāo)準(zhǔn)。

速度偏離太大，電動(dòng)機(jī)現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與預(yù)設(shè)值間偏離超過限定值一段時(shí)間，這類檢測(cè)只在速度調(diào)整模式中開展。

二級(jí)問題的發(fā)生，這種問題為嚴(yán)重的問題，當(dāng)遇到此類故障，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較好的處理方法便是馬上關(guān)掉電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作電流導(dǎo)出，排故后才可以運(yùn)作。三級(jí)問題的發(fā)生，這種問題為一般故障，當(dāng)遇到此類故障，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的處理方法便是能夠繼續(xù)運(yùn)作，等候VCU的今后解決。四級(jí)問題的發(fā)生，這種問題為輕度問題，當(dāng)遇到此類故障，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的處理方法便是繼續(xù)運(yùn)作，等候VCU的今后解決，而大多數(shù)將進(jìn)行降電功率。

5 PLC技術(shù)下電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷

在PLC技術(shù)之下，把核方法與主成分分析法二者融合，將空間離散系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線性內(nèi)容，對(duì)之前獲取的電機(jī)系統(tǒng)故障參量開展化簡(jiǎn)操控，以實(shí)現(xiàn)新能源車電機(jī)系統(tǒng)的故障診斷。下面提供詳細(xì)的操作步驟：

開展主成分分析法的關(guān)鍵目的在于實(shí)現(xiàn)故障參量化簡(jiǎn)，主要是對(duì)映射信息所有開展中心化解決，確切的公式是：

公式里：n-基本參數(shù)選值;k-元素總量。

在PLC技術(shù)下，融合核方法和主成分分析法開展空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，確切的交換過程，以下式表達(dá)：

k（x，z）=（x·z+1）

根據(jù)模糊核聚類分析開展故障診斷，聚類分析法在故障特征匹配中占有非常關(guān)鍵的位置。在沒有先驗(yàn)的情況下，將信息樣本分成好幾個(gè)不同類型的子集或是類，此方法被廣泛應(yīng)用在不同研究行業(yè)中[6]。模糊控制通常是建立模糊聚集，根據(jù)數(shù)組元素，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)語言撰寫，獲得最后的策略方案。

模糊控制器一般是由知識(shí)庫系統(tǒng)與規(guī)則引擎二者所組成的，模糊控制歸類便是在以上所述環(huán)境中產(chǎn)生的，以優(yōu)異的原理及其特性被廣泛應(yīng)用在不同類型的研究行業(yè)中。

設(shè)置必須分門別類的樣本量為X=[X1，X2，

...，xn]T，樣本是Xi，提取的特點(diǎn)矢量矢量是fi，當(dāng)中fij表示第i個(gè)樣本的第j個(gè)特征向量。

在相關(guān)剖析的前提下，選用模糊核聚類分析法法對(duì)新能源車電機(jī)系統(tǒng)故障信息進(jìn)行聚類，聚類結(jié)果就是故障診斷結(jié)論。實(shí)際公式是：

公式中：uy聚類源項(xiàng)，依照聚類計(jì)算總結(jié)，進(jìn)行新能源車電機(jī)系統(tǒng)故障診斷。

6 模擬實(shí)驗(yàn)

為了能檢驗(yàn)不同故障診斷辦法檢測(cè)特性，設(shè)置檢測(cè)指標(biāo)為誤識(shí)率和漏診率。在這當(dāng)中兩個(gè)參數(shù)的選值越小，表明檢驗(yàn)結(jié)果精確性越大。

伴隨測(cè)試頻率的不斷增加，漏診率和誤識(shí)率均呈大增趨向，因?yàn)樗徂k法在故障診斷的環(huán)節(jié)中加上PLC技術(shù)，使得整體方式的兩個(gè)檢測(cè)指標(biāo)獲得大幅降低，可以更精確的檢驗(yàn)出問題，及早得出相應(yīng)的治理方案。

在PLC技術(shù)下，結(jié)合核方法和主成分分析法方法，合理聚類電機(jī)系統(tǒng)故障信息，獲得故障診斷結(jié)論。檢測(cè)表明：

（1）所提辦法可以精準(zhǔn)診斷出新能源車電機(jī)系統(tǒng)中存在的問題，誤識(shí)率與漏診率的最大值都未超出0.05%。

（2）所提辦法可以最高機(jī)率檢測(cè)到新能源車電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的問題，問題發(fā)現(xiàn)率持續(xù)保持在95%之上。

7 結(jié)束語

總的來說。對(duì)電動(dòng)機(jī)探詳細(xì)的了解，進(jìn)而對(duì)于其出現(xiàn)問題后的表面現(xiàn)象、各部位隨后出現(xiàn)的改變、乃至可能會(huì)造成的進(jìn)一步狀況開展探究，同時(shí)依據(jù)這類剖析形成原因和出現(xiàn)時(shí)準(zhǔn)確的處理辦法，如此在以后的探索和運(yùn)維工作過程中遇到這類問題，就能夠精確地剖析、高效的處理，為故障處理構(gòu)建高效體系，避免發(fā)生更嚴(yán)重的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]林燕霞.PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2023，54（01）：81-83.

[2]金鑫.簡(jiǎn)析PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2022（24）：14-16.

[3]韋昌有.智能制造時(shí)代背景下PLC技術(shù)在機(jī)械工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)設(shè)備工程，2022（24）：219-221.

[4]相象文.新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中速度傳感器故障檢測(cè)及控制方法研究[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，37（01）：19-21.

[5]王良成，汪源，張永輝.PLC技術(shù)下新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2022（06）：199-202.

[6]于姝娜.基于新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障處理方式探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（11）：169-170.