基于遠程監控的純電動汽車故障分析技術

王春芳 姜朋昌 侯素禮 鐘國華 戴能紅

（南京汽車集團有限公司汽車工程研究院）

新能源汽車作為新事物，由于發展速度之快，其零部件的質量不能與之發展相適應，使得新能源車的問題比傳統汽車高，同時新能源汽車涉及的信號較多，出現問題時用相關儀器檢查，不能很快定位故障。若通過實車測試，會浪費人力、物力，同時有些故障可能不能復現。在汽車出現故障時，客戶往往希望盡快修好，因此對于維修人員要求極高[1]。這時如果能夠及時記錄當時的情況，把故障車運行的數據采集下來，就可以通過數據分析確定是什么原因引起的故障，快速定位，因此遠程監控系統應運而生[2]。利用遠程監控系統數據記錄功能通過數據分析為排查故障提供了方便，同時汽車安全穩定的運行，可靠性驗證也需大量實際運行數據作為支撐。文章針對電動汽車的安全監控需求，設計了實時監控系統，該系統可實時查看汽車運行數據，同時可以對數據進行存儲，利用下載離線數據，實現汽車的故障分析，為電動汽車運營提供技術保障。

1 遠程監控系統設計

遠程監控系統主要由遠程監控終端和監控平臺兩部分組成。遠程終端用于采集新能源汽車的GPS、時間、狀態、故障及CAN網絡數據等信息，通過GPRS網絡發送到監控平臺，監控平臺接收到數據，實時顯示汽車位置、狀態及故障等信息，并且出現故障時能夠故障彈屏，同時能夠把數據存儲下來，供離線數據分析使用。

本系統采用的遠程監控終端是一款支持2G網絡的多功能車載設備，主要用于采集GPS定位信息和新能源汽車行駛時的電機、電池電壓、電流、溫度、車速、行駛距離、行駛軌跡及CAN總線等相關參數，通過GPRS網絡發送到中心監控管理平臺。

整套系統由汽車終端、平臺服務（基礎數據平臺層+應用軟件層）、后臺數據分析軟件及服務器網絡構成。圖1示出純電動汽車遠程監控系統的構成。

圖2示出純電動汽車遠程監控平臺示意圖，通過遠程監控平臺可以看到汽車在線情況、位置信息及運行的相關參數。

2 純電動汽車的故障診斷

對于電動汽車，由于涉及高壓系統，可能會發生危害性極大的絕緣故障及損害高壓器件的故障，必須及時診斷并做合理的安全處理。為實現實時故障診斷保障人身與汽車安全，需實時監控零部件、操縱件及電附件，出現故障時需及時處理，既需考慮高壓安全又需考慮部件不被損壞，同時還需保證行車安全，導致實時診斷與安全處理策略開發難度增加。

整車控制策略對汽車的所有故障有相應的診斷策略[3]，同時針對故障，有相應的故障處理方式。對于電池和電機的故障，電池和電機控制器會通過CAN總線將故障報出，同時根據電池和電機故障，整車控制會較電池和電機控制器提前幾秒進行保護，實行下高壓、限功率、不制動能量回收及限制驅動制動扭矩等措施。

對于整車控制器和其他零部件故障，整車控制器通過響應的診斷策略，提前預警，并采取響應的措施來保護。表1示出純電動汽車故障及處理方法。

表1 純電動汽車故障及處理方法

3 利用遠程監控系統進行故障分析實例

遠程監控終端可以發送實時及歷史數據到監控服務平臺，該平臺可以對運行汽車進行定位及后臺數據分析。通過該平臺下載的汽車運行信息方便了開發人員對汽車運行狀態的監控而不必跟車測試。

通過遠程監控平臺故障彈屏功能可以實時監控汽車狀態，出現故障時，系統會自動彈屏，對于比較明確容易判斷的故障，直接看彈屏可以判斷出是哪個部件出現問題，如電池電壓不均衡、電池溫度過高、電機堵轉故障及電機相電流故障等。而對于有些整車報出來的故障，就需要現場排查，或者通過數據分析來排查故障。如：主繼電器故障和預充繼電器故障等。

還有一些汽車不報任何故障，但是汽車不能行駛，或者汽車出現一些莫名的故障。

現象1：汽車可以正常上電，不報任何故障，但是汽車不能行駛。

此問題有2種情況：

1）通過查看儀表，電機扭矩為0或者很小。此種可能是電機不響應，也可能是電機目標扭矩就為0，所以只從現象來看，不容易分析。

通過遠程監控數據查看（如圖3所示），在400～600 s時，汽車油門正常響應（0～100%），VCU發的電機目標扭矩（0～1 000 N·m）也正常發出，但電機的真實扭矩（-5～10 N·m）很小，由此判斷是電機問題，由電機生產商查找電機問題。

2）油門正常，通過儀表查看電機真實扭矩也正常發出，但汽車就是不響應。

此種情況可能是電機本身的旋變線有問題，也可能是其他原因，如果直接去查線，可能要找很久，通過遠程監控分析，熟悉控制算法，幾分鐘就可以將故障定位。通過遠程監控數據查看（如圖4所示），在140～200 s，剎車、油門同時存在。而根據整車控制策略，當剎車、油門同時存在時，為了安全，認為是踩剎車，此時的目標扭矩為0，即汽車不能行駛。根據此策略，同時能夠看到油門數據可以變化，因此判斷油門信號基本無問題，可能是剎車信號有問題，通過現場查看剎車信號，發現剎車傳感器有問題。

現象2：汽車在定遠試驗時，駕駛員突然報告說汽車行駛時會自動加速，如果派技術人員去現場，還需跟車再實車測試，至少要一天時間，因車速是VCU發出給儀表的，所以此問題可能是VCU程序問題導致，也可能是由于電機系統出問題導致。

汽車帶有遠程監控終端，通過遠程監控數據查看可知（見圖5），在3 000 s后，油門很小，甚至油門為0時，車速仍然是會自動增加到100 km/h以上，而電機轉速也不停的增加（見圖6）。車速是根據電機轉速通過一定公式換算的，因此根據電機轉速，通過數據測試，可以計算車速和實車車速一致。據此判斷不是車速換算有問題，而是電機本身有問題。后經電機控制器廠家排查，是由于換了新的電機控制器，而電機為老電機，2個不相匹配導致，換新電機后汽車正常運行。

4 結論

通過3個實例介紹了利用遠程監控平臺離線數據下載功能，分析汽車運行數據，快速定位汽車故障，大大縮短了從汽車發生故障到維修的時間，為汽車故障排查提供了一個簡單、快速及有效的方法。試驗車完成了3萬km的測試，在測試過程中，遠程監控為故障排查發揮了重要的作用。若汽車出現故障后，維修人員去試驗場，在現場檢查和測試，至少需要1天時間，而通過數據分析，簡單故障幾分鐘就能定位，復雜故障最多半天也能快速定位，此種方式大大節約了時間、人力及物力，為電動汽車故障排查提供了一個有效的方法。