混動(dòng)車型動(dòng)力部件診斷后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[摘 要] 目前傳統(tǒng)動(dòng)力汽車/純電動(dòng)力汽車的故障診斷及應(yīng)對(duì)技術(shù)主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、ABS系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)等，故混動(dòng)車輛缺少一套把發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電機(jī)、電驅(qū)、電池等聯(lián)合考評(píng)的故障處理系統(tǒng)。為此，本文針對(duì)某混動(dòng)車型設(shè)計(jì)一套混動(dòng)車輛故障處理系統(tǒng)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)部件故障后的整車處理方案，以確保駕駛員的行車安全。

[關(guān)鍵詞]混合動(dòng)力；動(dòng)力系統(tǒng)；診斷后處理；策略

中圖分類號(hào)：U469.72 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " "文章編號(hào)：1003-8639（2023）07

Design of diagnostic post-processing system for power components of hybrid models

Zucheng Gao，Xingjia Man，Jian LI，MingcongLai，Zupeng Huang

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007 China）

[Abstract] At present，the fault diagnosis and response technologies of traditional power vehicles/pure electric vehicles are mainly aimed at engine，transmission，ABS system，battery system，electric drive system，etc.Hybrid vehicles lack a set of engine，gearbox，motor，electric drive，battery joint evaluation of the fault handling system.Therefore，this paper designs a set of hybrid vehicle fault handling system for a certain hybrid model，to unify and coordinate the whole vehicle handling scheme after component failure，to ensure driving safety.

Keywords：Hybrid power，powertrain，post-diagnostic processing，strategy

收稿日期：2022-11-04

作者簡(jiǎn)介：高祖成，男，研究方向?yàn)樾履茉雌囌嚰砷_發(fā)及混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)。

混合動(dòng)力汽車在傳統(tǒng)動(dòng)力上增加了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)/電機(jī)控制器/動(dòng)力電池/低溫冷卻系統(tǒng)）等部件，整車結(jié)構(gòu)及控制邏輯上更為復(fù)雜。一個(gè)小部件問題可以引起整個(gè)混動(dòng)系統(tǒng)異常（例如制動(dòng)信號(hào)異常、油門異常、溫度傳感器異常等），同時(shí)多個(gè)部件的相互關(guān)系也會(huì)引起整車系統(tǒng)異常（如高壓電池異常、驅(qū)動(dòng)電機(jī)異常等）。本文主要通過制定動(dòng)力關(guān)鍵系統(tǒng)的故障等級(jí)定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級(jí)別，并通過總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。整車控制器則通過網(wǎng)絡(luò)收取部件的故障級(jí)別，并對(duì)整車故障級(jí)別進(jìn)行分類/匯總，進(jìn)而以最高級(jí)別作為系統(tǒng)的最終故障響應(yīng)級(jí)別。針對(duì)每一個(gè)故障級(jí)別，整車系統(tǒng)都會(huì)相應(yīng)做出恰當(dāng)?shù)暮筇幚怼?/p>

1 "混合動(dòng)力的系統(tǒng)構(gòu)架

本文重點(diǎn)主要以P1+P3混動(dòng)車型架構(gòu)（圖1）為例，混動(dòng)系統(tǒng)為2.0自然發(fā)動(dòng)機(jī)+DHT（混動(dòng)變速器），其中發(fā)動(dòng)機(jī)通過齒輪與P1電機(jī)結(jié)耦，當(dāng)車速達(dá)到某值時(shí)，系統(tǒng)可通過離合器結(jié)耦，發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)車輛。此結(jié)構(gòu)支持多種模式：可EV行駛、混聯(lián)驅(qū)動(dòng)、串聯(lián)驅(qū)動(dòng)、能量回收、怠速停機(jī)等，通過智能切換實(shí)現(xiàn)各種駕駛場(chǎng)景下動(dòng)力與油耗的完美平衡。

1）低速行駛，EV和串聯(lián)模式之間智能切換，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，油耗最低。

2）急加速大負(fù)荷工況發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同全負(fù)荷輸出，提供最佳動(dòng)力。

3）中速運(yùn)行（某車速大于35km/h以上），發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)耦實(shí)現(xiàn)直驅(qū)，能量效率較串聯(lián)提升5%～7%。

圖1 "某P1+P3混動(dòng)車型架構(gòu)

2 "混合動(dòng)力關(guān)鍵系統(tǒng)部件介紹

此P1+P3架構(gòu)混動(dòng)車型主要由下述部件組成。

1）HCU：整車控制器，俗稱整車大腦，負(fù)責(zé)整車扭矩管理及能量管理，統(tǒng)一進(jìn)行MCU、ECM、BMS、DCDC、ACU協(xié)調(diào)工作，協(xié)調(diào)電驅(qū)系統(tǒng)+發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)滿足客戶需求。整車控制器HCU通過網(wǎng)絡(luò)接收部件的故障級(jí)別，并對(duì)整車故障級(jí)別進(jìn)行分類/匯總，進(jìn)而以最高級(jí)別作為系統(tǒng)的最終故障響應(yīng)級(jí)別。同樣，針對(duì)每一個(gè)故障級(jí)別，整車系統(tǒng)都會(huì)相應(yīng)做出后處理。

2）BMS：高壓電池管理系統(tǒng)，協(xié)調(diào)電池系統(tǒng)響應(yīng)HCU功率需求，并反映電池系統(tǒng)工作狀態(tài)。

3）MCU：電驅(qū)控制系統(tǒng)，控制P1/P3電機(jī)工作模式及功率輸出，響應(yīng)HCU功率需求/工作模式需求，并反映電池系統(tǒng)工作狀態(tài)。

4）DCDC：直流交流轉(zhuǎn)換器，高壓轉(zhuǎn)低壓，共整車12V用電器及12V蓄電池工作。協(xié)調(diào)DCDC系統(tǒng)響應(yīng)HCU工作需求，并反映工作狀態(tài)。

5）ECM：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式及功率輸出，響應(yīng)HCU功率需求/工作模式，并反映發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)。

6）ACU：電磁離合器控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)配合整車控制器完成離合器結(jié)合和脫開，并反映離合器系統(tǒng)工作狀態(tài)。

3 "關(guān)鍵動(dòng)力部件后處理系統(tǒng)框圖

整車系統(tǒng)制定動(dòng)力關(guān)鍵系統(tǒng)的故障等級(jí)定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級(jí)別，并通過總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。整車控制器HCU則通過網(wǎng)絡(luò)收取部件的故障級(jí)別，并對(duì)整車故障級(jí)別進(jìn)行分類/匯總，進(jìn)而以最高級(jí)別作為系統(tǒng)的最終故障響應(yīng)級(jí)別。后處理系統(tǒng)框圖如圖2所示。

1）根據(jù)混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)模型，整車制定《故障等級(jí)定義+動(dòng)力源失效處理方式》。

2）高壓動(dòng)力電池BMS、雙電機(jī)控制器MCU（P1電機(jī)及P3電機(jī)）、DC/DC變換器、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECM、離合器控制模塊ACU根據(jù)上述文件，梳理故障類型、級(jí)別及后處理，通過網(wǎng)絡(luò)總線分別發(fā)出對(duì)應(yīng)的故障級(jí)別。

3）整車控制器HCU根據(jù)上述文件，梳理故障類型、級(jí)別及后處理，再結(jié)合各零部件的故障級(jí)別，制定整車動(dòng)力系統(tǒng)處理方案。

圖2 "后處理系統(tǒng)框圖

4 "故障等級(jí)定義及動(dòng)力源失效處理方式

整車系統(tǒng)依據(jù)混動(dòng)架構(gòu)模型制定了《故障等級(jí)定義+動(dòng)力源失效處理方式》，各部件根據(jù)上述定義完成梳理故障類型、級(jí)別及后處理措施。《故障等級(jí)定義+動(dòng)力源失效處理方式》主要把故障等級(jí)劃分為1～6等級(jí)，根據(jù)高壓電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作狀態(tài)制定故障等級(jí)及后處理方式并提供對(duì)應(yīng)的處理方式，如純電模式工作狀態(tài)、串聯(lián)模式工作狀態(tài)、并聯(lián)模式工作狀態(tài).驅(qū)動(dòng)及高壓連接工作方式可參考表1。

表1 "故障等級(jí)定義+動(dòng)力源失效處理方式

整車控制器HCU則通過網(wǎng)絡(luò)接收部件的故障級(jí)別，并對(duì)整車故障級(jí)別進(jìn)行分類/匯總，進(jìn)而以最高級(jí)別作為系統(tǒng)的最終故障響應(yīng)級(jí)別，并針對(duì)每一個(gè)故障級(jí)別做出相應(yīng)后處理。

5 "故障等級(jí)及后處理舉例說明

1）例1：MCU檢測(cè)到P3旋變/過流故障（表2），P3已無(wú)法工作。此對(duì)應(yīng)故障等級(jí)6，HCU會(huì)根據(jù)高速工況和低速工況，高速直接進(jìn)并聯(lián)，降低到一定車速后停止動(dòng)力輸出。

表2 "P3旋變/過流故障

2）例2：ECM檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)，把發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)等級(jí)列為1～3，HCU根據(jù)ECM工作狀態(tài)進(jìn)行后處理。如ECM反饋故障等級(jí)4，需要立即停機(jī)。HCU會(huì)觸發(fā)整車故障等級(jí)5，系統(tǒng)執(zhí)行純電行駛，當(dāng)SOC小于某值后，停止動(dòng)力輸出。表3為發(fā)動(dòng)機(jī)故障等級(jí)。

表3 "發(fā)動(dòng)機(jī)故障等級(jí)

6 "小結(jié)

本文主要通過制定動(dòng)力關(guān)鍵系統(tǒng)的故障等級(jí)定義，各零部件根據(jù)系統(tǒng)定義梳理部件故障種類及故障級(jí)別，整車控制器則通過網(wǎng)絡(luò)收取部件的故障級(jí)別，并對(duì)整車故障級(jí)別進(jìn)行分類/匯總，進(jìn)而以最高級(jí)別作為系統(tǒng)的最終故障響應(yīng)級(jí)別，并針對(duì)每一個(gè)故障級(jí)別，整車系統(tǒng)都會(huì)做出相應(yīng)后處理。此系統(tǒng)能快速鎖定問題出現(xiàn)的部件，確保行車安全，提高維修效率、保證維修品質(zhì)，對(duì)混動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)有重大的作用。

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