電動(dòng)汽車核心部件檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

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摘要：近年來(lái)，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)發(fā)展迅速。在新能源汽車市場(chǎng)中，電動(dòng)汽車由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，目前市場(chǎng)占有率最高。但由于電動(dòng)汽車屬于較新的汽車產(chǎn)品，其售后檢測(cè)及故障診斷工作中存在先進(jìn)檢測(cè)方法、診斷設(shè)備相對(duì)缺乏的情況。鑒于以上背景，本文結(jié)合電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，基于LabVIEW對(duì)其核心部件BMS、MCU、VCU進(jìn)行線束外部信號(hào)的檢測(cè)，將虛擬儀器技術(shù)與電動(dòng)汽車進(jìn)行良好地結(jié)合，分析各核心部件的線束數(shù)據(jù)以獲取較為完整的參數(shù)信息，并進(jìn)行自動(dòng)分析判斷，能夠達(dá)到快速定位故障點(diǎn)的效果。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；電動(dòng)汽車；檢測(cè)診斷

0引言

傳統(tǒng)的燃油汽車帶來(lái)了環(huán)境污染以及能源匱乏的問(wèn)題，催生了電動(dòng)汽車這個(gè)新能源汽車產(chǎn)品的出現(xiàn)和快速發(fā)展。在電動(dòng)汽車的售后市場(chǎng)方面，新的產(chǎn)品也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，目前電動(dòng)汽車發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短，售后服務(wù)人員普遍缺乏相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高。更重要的是，在電動(dòng)汽車售后檢測(cè)診斷的過(guò)程中，缺少先進(jìn)的檢測(cè)儀器和設(shè)備。因此，研究電動(dòng)汽車檢測(cè)技術(shù)，使其檢測(cè)診斷過(guò)程向智能化、便捷化的方向發(fā)展，通過(guò)快速檢測(cè)，精準(zhǔn)診斷，能夠提高電動(dòng)汽車售后檢測(cè)診斷的工作效率，具有一定的研究意義。

1電動(dòng)汽車核心部件信號(hào)分析

電動(dòng)汽車核心部件主要包含了與驅(qū)動(dòng)相關(guān)的動(dòng)力電池系統(tǒng)（BMS），電機(jī)控制系統(tǒng)（MCU），整車控制器（VCU）等，這些系統(tǒng)或部件是電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)汽車的主要差異。目前市場(chǎng)上對(duì)于這些核心部件的檢測(cè)主要運(yùn)用了基于OBD的診斷儀器，具有一定的智能化優(yōu)點(diǎn)。但是此類儀器主要針對(duì)控制單元的內(nèi)部數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，導(dǎo)致該儀器具有一定的局限性，包括：在某些特定情況下（控制單元電源故障、內(nèi)部硬件故障和通信故障等），無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)診斷；檢測(cè)的范圍只能涵蓋所有信號(hào)參數(shù)的70~80%，無(wú)法涵蓋100%的信號(hào)參數(shù)，比如供電狀態(tài)、CAN總線通信狀態(tài)等基本參數(shù)，無(wú)法有效地進(jìn)行檢測(cè)。本文研究的電動(dòng)汽車核心部件檢測(cè)信號(hào)主要針對(duì)ECU的原始外部信號(hào)參數(shù)，即ECU外部低壓連接線束上的所有信號(hào)參數(shù)。按照控制單元的功能劃分，其主要信號(hào)包括以下幾個(gè)方面：

1.1動(dòng)力電池系統(tǒng)

BMS該部件為電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的控制ECU，其對(duì)外主要搜集相應(yīng)的整車信息，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后給出指令，對(duì)高壓繼電器進(jìn)行控制，從而對(duì)動(dòng)力電池組的電能進(jìn)行管理。其外部低壓連接線束上的信號(hào)參數(shù)主要包括ECU供電正負(fù)極、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)、CAN總線信號(hào)等。

1.2電機(jī)控制系統(tǒng)

MCU該部件為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的控制ECU，主要搜集相應(yīng)的整車信息，同時(shí)參考電機(jī)的繞組溫度、位置信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行配電，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。其外部低壓連接線束上的信號(hào)參數(shù)主要包括ECU供電正負(fù)極、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)、CAN總線信號(hào)、電機(jī)溫度及位置傳感器電源輸出及反饋信號(hào)輸入等。

1.3整車控制器

VCU該控制器的主要作用是搜集駕駛員駕駛動(dòng)作相關(guān)的控制信號(hào)及車輛運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后，通過(guò)CAN總線向BMS及MCU發(fā)送整車控制需求，作為BMS對(duì)電能管理及MCU對(duì)電機(jī)控制的重要依據(jù)。其外部低壓連接線束上的信號(hào)參數(shù)主要包括ECU供電正負(fù)極、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)、CAN總線信號(hào)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)、加速踏板位置傳感器信號(hào)、制動(dòng)主缸壓力傳感器信號(hào)、制動(dòng)真空助力器真空度傳感器信號(hào)、換擋桿擋位開(kāi)關(guān)信號(hào)及駕駛模式開(kāi)關(guān)位置信號(hào)等，同時(shí)VCU也對(duì)外輸出提供部分傳感器的供電正負(fù)極。通過(guò)對(duì)以上電動(dòng)汽車核心部件控制ECU的分析，其外部低壓線束的信號(hào)按照相似程度可劃分為四類，即電源供電電壓類、CAN總線信號(hào)類、開(kāi)關(guān)信號(hào)類、傳感器信號(hào)類。

2檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析結(jié)果，本檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路為：首先對(duì)這些核心部件的主控制單元（BMS/MCU/VCU）外部低壓連接線束進(jìn)行硬件接入，以獲取線束上的信號(hào)參數(shù)，并通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)檢測(cè)軟件，在計(jì)算機(jī)上顯示相應(yīng)參數(shù)，最后按照不同類別信號(hào)的特點(diǎn)對(duì)照其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，自動(dòng)給出信號(hào)是否異常的結(jié)果，以達(dá)到快速定位故障點(diǎn)的目的。檢測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)示意如圖1所示。

2.1檢測(cè)硬件

針對(duì)指定車型，設(shè)計(jì)專用檢測(cè)板，串聯(lián)在ECU線束與待檢測(cè)系統(tǒng)ECU（BMS/MCU/VCU）之間，在保持車輛正常運(yùn)行的情況下將各核心部件信號(hào)參數(shù)不失真、不缺失地進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)硬件面板上預(yù)留了檢測(cè)口，可使用萬(wàn)用表、示波器等工具進(jìn)行手動(dòng)快捷檢測(cè)，同時(shí)也設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集卡連接口，方便將信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路傳送至計(jì)算機(jī)上的檢測(cè)軟件。

2.2檢測(cè)軟件

本系統(tǒng)中的檢測(cè)軟件基于LabVIEW進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其為一種虛擬儀器技術(shù)（Virtualinstrument）軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，可結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)圖形管理、數(shù)據(jù)處理和在線幫助等功能，建立友好的人機(jī)交互虛擬儀器軟件面板，完成對(duì)各類信號(hào)參數(shù)的分析、處理與顯示，并可實(shí)現(xiàn)適合不同應(yīng)用環(huán)境和完全由用戶自己定義的各種功能。其對(duì)信號(hào)是否異常的評(píng)價(jià)方法及故障診斷思路如下：2.2.1電源供電正負(fù)極的評(píng)價(jià)方法及故障診斷思路。通?？刂茊卧腂+供電可直接采集信號(hào)電壓值來(lái)進(jìn)行判斷，一般在12V左右，當(dāng)電壓值低于10.5V或高于15V時(shí)，BMS/MCU/VCU可能無(wú)法正常工作，軟件評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可參考此范圍進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)該電壓不正常時(shí)，可能存在12V蓄電池電量不足，保險(xiǎn)絲損壞或接觸不良，B+供電線路損壞或接觸不良等故障點(diǎn)?？刂茊卧╇娯?fù)極可采集待測(cè)線路對(duì)地之間的通斷情況，當(dāng)顯示斷路時(shí)，可能存在負(fù)極線路損壞、接地點(diǎn)接觸不良等故障點(diǎn)。2.2.2CAN總線信號(hào)的評(píng)價(jià)方法及故障診斷思路。目前電動(dòng)汽車廣泛采用速率500kBit/s的高速CAN總線，在激活狀態(tài)下，CAN-H線信號(hào)電壓為2.5～3.5V，CAN-L線信號(hào)電壓為1.5～2.5V，可直接采集這兩條線上的平均電壓值作為參考數(shù)據(jù)。一般工作時(shí)CAN-H線信號(hào)平均電壓值比2.5V略高，在2.6～2.7V左右；CAN-L線信號(hào)平均電壓值比2.5V略低，在2.3～2.4V左右，各車型略有差異，可參考實(shí)際情況將這些數(shù)值范圍作為軟件的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)CAN-H或CAN-L線路上的信號(hào)平均電壓值不正常時(shí)，可能存在CAN總線通信故障。進(jìn)一步分析故障點(diǎn)，如果兩條線路上任一信號(hào)平均電壓值接近12V，可能是對(duì)應(yīng)線路與蓄電池正極短路；如果電壓值接近0V時(shí)，可能是對(duì)應(yīng)線路與接地短路；如果兩條線路的信號(hào)電壓值均接近2.5V，可能是兩條線之間出現(xiàn)了相互短路。2.2.3開(kāi)關(guān)信號(hào)的評(píng)價(jià)方法及故障診斷思路。在電動(dòng)汽車核心部件控制單元中，主要的開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)包括點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)、擋位開(kāi)關(guān)、駕駛模式開(kāi)關(guān)等。這些開(kāi)關(guān)在位置變化時(shí)，通常使相應(yīng)線路上的信號(hào)電壓值在12V與0V之間變換。當(dāng)駕駛員做出相應(yīng)的駕駛動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)到達(dá)對(duì)應(yīng)位置時(shí)，信號(hào)電壓值應(yīng)發(fā)生變化，軟件可以以此作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)信號(hào)電壓不隨之變化時(shí)，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)、線路存在損壞或者接觸不良等故障點(diǎn)。2.2.4傳感器信號(hào)的評(píng)價(jià)方法及故障診斷思路。BMS/MCU/VCU主要的外部傳感器包括有制動(dòng)主缸壓力、加速踏板位置、真空度、溫度、電機(jī)三相位置等傳感器。對(duì)于這些傳感器的檢測(cè)，可從傳感器供電正負(fù)極開(kāi)始，通常傳感器供電正極線路電壓為5V左右，負(fù)極線路對(duì)地之間導(dǎo)通，這兩者可參考ECU供電正負(fù)極的檢測(cè)及故障診斷方法。當(dāng)這兩個(gè)條件正常時(shí)，傳感器反饋信號(hào)電壓范圍一般在0.5～4.5V之間，軟件可按照此范圍作為參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如反饋信號(hào)電壓不正常，則檢查傳感器及對(duì)應(yīng)線路是否存在損壞。當(dāng)BMS/MCU/VCU所有外部低壓線束信號(hào)均正常的情況下，則控制單元本身可能存在損壞。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，構(gòu)建形成電動(dòng)汽車多參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車核心部件的檢測(cè)診斷。首先，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)并顯示出這些部件連接線束上的全部參數(shù)，包含電源參數(shù)（ECU供電正負(fù)極）、輸入信號(hào)參數(shù)（開(kāi)關(guān)及傳感器信號(hào)參數(shù)）、總線信號(hào)參數(shù)（CAN-H及CAN-L總線信號(hào)參數(shù)）以及輸出信號(hào)參數(shù)（傳感器供電正負(fù)極）。其次，系統(tǒng)將檢測(cè)到的參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)這些信號(hào)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)分析和判斷，顯示參數(shù)是否正常，以達(dá)到縮小排查范圍，定位故障點(diǎn)的效果。

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作者:鄭拓 單位:武漢商學(xué)院