混合動(dòng)力汽車車載故障診斷系統(tǒng)

1、混合動(dòng)力汽車的車載故障診斷從汽油發(fā)動(dòng)機(jī)到混合驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)之路ZY1013110江文綱要 背景介紹 車載故障診斷的結(jié)構(gòu) 檢測(cè)單元 混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 車載故障診斷的要求 混合動(dòng)力汽車的檢測(cè)單元 混合動(dòng)力汽車的行駛循環(huán) 結(jié)論背景介紹車載故障診斷的由來：1990 在美國(guó)修訂的清潔空氣法案對(duì)汽車廢氣排放擬定了新的法規(guī)，其中包括對(duì)汽車故障檢測(cè)設(shè)立了新的標(biāo)準(zhǔn)。其確定了在汽車上對(duì)所有與排氣系統(tǒng)相關(guān)部件進(jìn)行電子檢測(cè)。1996 所有出口美國(guó)的的汽車必須滿足強(qiáng)化后的汽車故障檢測(cè)條件：檢測(cè)所有與排氣系統(tǒng)相關(guān)元件的狀況；對(duì)那些可能退化或損壞能導(dǎo)致廢氣排放量超過原標(biāo)準(zhǔn)的1.5倍的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。若故障出現(xiàn)，故障指示燈必須亮，

2、且故障代碼必須儲(chǔ)存到ECU中，以供維修師使用。車載故障診斷的結(jié)構(gòu)故障指示（燈）預(yù)備狀態(tài)凍結(jié)幀發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱循環(huán)行駛循環(huán)故障管理基本監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)單元故障邏輯代碼測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果缺陷狀態(tài)車載故障診斷的結(jié)構(gòu) 監(jiān)測(cè)單元：除了監(jiān)測(cè)測(cè)試結(jié)果以外還采集發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中潛在的故障。 基本監(jiān)測(cè)：由行駛循環(huán)單元檢測(cè)，旨在鞏固監(jiān)測(cè)單元，防止其出現(xiàn)錯(cuò)誤。 若汽車在達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的最低溫度40C后以45km/h以上速度行駛600秒，其行駛循環(huán)會(huì)被檢測(cè)到。否則，內(nèi)置于基本監(jiān)測(cè)單元的錯(cuò)誤使用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)將增加。 在一個(gè)行駛循環(huán)中有一些監(jiān)控功能（催化器效率）只運(yùn)行一次，而主要系統(tǒng)（燃油系統(tǒng)）仍繼續(xù)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)單元廢氣再循環(huán)系統(tǒng)燃油系統(tǒng)渦輪

3、增壓器燃油蒸發(fā)系統(tǒng)催化器工作效率氧氣傳感器綜合組件發(fā)動(dòng)機(jī)失火主要監(jiān)測(cè)對(duì)象監(jiān)測(cè)單元空氣壓力傳感器控制閥門氧氣傳感器廢氣再循環(huán)系統(tǒng)三元催化器渦輪增壓器燃油蒸發(fā)系統(tǒng)燃油系統(tǒng)綜合組件監(jiān)測(cè)單元 失火檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)失火檢測(cè)是監(jiān)測(cè)中的難點(diǎn)之一。在美國(guó)，發(fā)動(dòng)機(jī)失火狀況的檢測(cè)范圍必須從發(fā)動(dòng)機(jī)空載到發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載極限。直接檢測(cè)汽缸內(nèi)置傳感器壓力或電離曲軸轉(zhuǎn)速曲軸位置傳感器間接檢測(cè)準(zhǔn)確性高價(jià)格昂貴，耐久性差價(jià)格便宜應(yīng)用廣監(jiān)測(cè)單元 失火檢測(cè) 監(jiān)測(cè)原理：利用當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失效時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)速減小，通過檢測(cè)轉(zhuǎn)速減小來判別發(fā)動(dòng)機(jī)是否失火。其核心是通過過濾掉曲軸信號(hào)中的噪聲來確定點(diǎn)火是否失效，并避免檢測(cè)有誤。監(jiān)測(cè)單元 失火檢測(cè) 曲軸的加速

4、瞬態(tài)受到許多力矩元件的影響： 而實(shí)際是通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過程中對(duì)曲軸的力矩來檢測(cè)點(diǎn)火系統(tǒng)是否失效。 產(chǎn)生力矩干擾的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)重疊點(diǎn)火，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊，扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，曲軸扭曲，附加負(fù)載，變速箱和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，以及外部干擾，如粗糙的路面。含有失火信號(hào)的沒有過濾的曲軸信號(hào)曲軸信號(hào)處理失火信號(hào)處理曲軸信號(hào)校正齒輪組件的公差和對(duì)齊錯(cuò)誤獲取時(shí)間間距濾波和計(jì)算速度計(jì)算加速度去除周期信號(hào)放大周期信號(hào)利用濾波器過濾掉低頻信號(hào)檢測(cè)和報(bào)告檢測(cè)失火信號(hào)并形成數(shù)據(jù)診斷報(bào)告過濾信號(hào)判別失火檢測(cè)單元-V10失火結(jié)果（被檢測(cè)到失火的可能性）隨機(jī)模式單缸模式多缸模式測(cè)試數(shù)據(jù)來源于所提供的發(fā)動(dòng)機(jī)，空載時(shí)為70%是由于低

5、轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。結(jié)果表明通過這個(gè)方法可以較為準(zhǔn)確的檢測(cè)到點(diǎn)火失效狀態(tài)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：并列前輪驅(qū)動(dòng)，并列后輪驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還包括功率分配結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)如啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、再生發(fā)電制動(dòng)等功能。 具有功率分配結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力汽車由于能達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)最優(yōu)點(diǎn)，因此就有較高的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是需要安裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī)和一些逆變器?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)-前輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電池電池（12V）電力電子電動(dòng)機(jī)控制直流直流變換器混合模型的主要參數(shù)方法交頻調(diào)制（零頻率）電功率150W混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)-后輪驅(qū)動(dòng)電力電子電動(dòng)機(jī)控制直流直流變換器電池（12V）混合動(dòng)力電池混合模型的主要參數(shù)方法交

6、頻調(diào)制（零頻率）逆變器電功率150w/200w混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)-電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電池電力電子電動(dòng)機(jī)控制直流直流變換器電池（12V）后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模式：交頻調(diào)制或幅移調(diào)制驅(qū)動(dòng)電功率150W固定轉(zhuǎn)速齒輪箱的傳動(dòng)比混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)-功率分配前輪驅(qū)動(dòng)電力電子電動(dòng)機(jī)控制直流直流升壓變換器14v的直流直流變換器HP150-150模型參數(shù)兩電機(jī)控制器電流150A，相電壓電壓升壓器14V的直流直流變換器電流140A標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器車載故障診斷的要求發(fā)動(dòng)機(jī)的要求混合動(dòng)力車增加的要求發(fā)動(dòng)機(jī)失火催化器工作效率氧氣傳感器燃油蒸發(fā)系統(tǒng)燃油系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)渦輪增壓器綜合組件（所有能影響排氣的組件）如：變速箱系統(tǒng)

7、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)電池系統(tǒng)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)樣機(jī) 歐洲制造了一輛具有并列混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)的樣機(jī)，其具有較高的性能和良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。由于有排放的要求，它不能完全達(dá)到理論上的燃油經(jīng)濟(jì)性。車載故障診斷的要求也同樣限制其燃油經(jīng)濟(jì)性。按歐洲行駛工況理論值 實(shí)際值 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1、逆變器 6、電動(dòng)機(jī)（75kW） 2、交流發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)帶 7、逆變器 3、內(nèi)燃機(jī) 8、鋰離子電池 4、飛輪 9、自動(dòng)變速器 5、離合器 10、交流空氣壓縮機(jī)混合動(dòng)力汽車的監(jiān)測(cè)單元 從車載故障診斷的角度來看，混合動(dòng)力汽車不僅僅是增加了對(duì)電動(dòng)機(jī)和逆變器的檢測(cè)單元，簡(jiǎn)單來說，就是通過檢測(cè)電子器件的電流和電壓來代替檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的空氣

8、和燃油。 盡管監(jiān)測(cè)電能較為復(fù)雜，但相對(duì)于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)來說其算法和模型較為簡(jiǎn)單?；旌蟼鲃?dòng)系統(tǒng)的獨(dú)特之處混合傳動(dòng)系統(tǒng)中車載故障檢測(cè)所面臨的挑戰(zhàn) 點(diǎn)火失效監(jiān)測(cè)：由于有電動(dòng)機(jī)會(huì)過濾掉電機(jī)的粗糙系數(shù)。 燃油箱泄露監(jiān)測(cè)：發(fā)動(dòng)機(jī)空載時(shí)獨(dú)立運(yùn)行 冷啟動(dòng)排氣減少策略的監(jiān)測(cè)：催化劑蒸汽策略必須考慮和檢測(cè) 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)：為了檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)必須在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度模型中考慮愈加復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)和混合運(yùn)行策略。混合電動(dòng)汽車的行駛循環(huán) 行駛循環(huán)定義為最優(yōu)化的傳統(tǒng)傳動(dòng)系，指循環(huán)開始于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，停止于發(fā)動(dòng)機(jī)的熄滅。 為避免檢測(cè)錯(cuò)誤，基本監(jiān)測(cè)只工作于較短時(shí)間段的行駛循環(huán)。傳統(tǒng)傳動(dòng)系行駛循環(huán)混合動(dòng)力傳動(dòng)系行駛循環(huán)一個(gè)（混合）

9、行駛循環(huán) 多燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)例：在一定混合運(yùn)行策略下的新歐洲行駛工況的測(cè)試循環(huán)一個(gè)（混合）行駛循環(huán)多燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 在實(shí)際中，對(duì)混合驅(qū)動(dòng)的策略為高速行駛時(shí)使用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，在市內(nèi)及周圍（低速行駛）使用電動(dòng)機(jī)。 從車載故障診斷角度來看，上圖如同5個(gè)短時(shí)間的行駛循環(huán)，此循環(huán)的循環(huán)時(shí)間不滿足最低時(shí)間條件（600秒每循環(huán)），會(huì)導(dǎo)致基本檢測(cè)單元的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)以其他方式增加。最終使故障指示燈失靈。一個(gè)（混合）行駛循環(huán)多燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)例：在一定混合運(yùn)行策略下的按新歐洲行駛工況的測(cè)試循環(huán)車載故障檢測(cè)能長(zhǎng)久的準(zhǔn)確界定行駛循環(huán)，必須考慮到多重干擾，同時(shí)必須滿足傳統(tǒng)的車載故障檢測(cè)要求。混合動(dòng)力

10、汽車的行駛循環(huán) 車載故障監(jiān)測(cè)的預(yù)備狀態(tài)的判定是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低溫度（40C），和最低循環(huán)時(shí)間（600秒每循環(huán)）。按新歐洲行駛工況的最優(yōu)混合策略不能同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，（850秒時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度才到達(dá)40C，而每個(gè)循環(huán)時(shí)間為350秒）。 一種可行方法是在在開始時(shí)不使用制動(dòng)/啟動(dòng)模式，能更早的到達(dá)所需溫度（200秒），不過這種方法的弊端是降低燃油經(jīng)濟(jì)性?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)溫度的車載故障監(jiān)測(cè)的預(yù)備狀態(tài)的判定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM）汽車速度（km/h）結(jié)論 混合動(dòng)力汽車的車載故障診斷面臨諸多挑戰(zhàn)。 不僅僅是增加了對(duì)新元件的監(jiān)測(cè)，其關(guān)鍵點(diǎn)是保證原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行。 為了滿足新的條件限制，混合動(dòng)力汽車行駛循環(huán)必須重新定義。 混合運(yùn)行模式的選擇必須考慮到車載故障診斷監(jiān)測(cè)器的準(zhǔn)備條件 盡管可能降低燃油經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)功能必須控制混合運(yùn)行方式。 電動(dòng)機(jī)失效而開啟的緩慢行駛模式，不需點(diǎn)亮故障指示燈。參考文獻(xiàn)Baltusis, P.,“CARB OBD-II Diagnostic Requirements and Technology”, Paper presented at The Challenge of Future Passenger Car Emissions Standards TOPTEC, Denver, CO. July 22-23, 1993.