混合動力汽車的車載故障診斷系統(tǒng)

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

2、且故障代碼必須儲存到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）預備狀態(tài)凍結(jié)幀發(fā)動機預熱循環(huán)行駛循環(huán)故障管理基本監(jiān)測監(jiān)測單元故障邏輯代碼測試結(jié)果測試結(jié)果缺陷狀態(tài)車載故障診斷的結(jié)構(gòu) 監(jiān)測單元：除了監(jiān)測測試結(jié)果以外還采集發(fā)動機管理系統(tǒng)中潛在的故障。 基本監(jiān)測：由行駛循環(huán)單元檢測，旨在鞏固監(jiān)測單元，防止其出現(xiàn)錯誤。 若汽車在達到發(fā)動機的最低溫度40C后以45km/h以上速度行駛600秒，其行駛循環(huán)會被檢測到。否則，內(nèi)置于基本監(jiān)測單元的錯誤使用計數(shù)器的計數(shù)將增加。 在一個行駛循環(huán)中有一些監(jiān)控功能（催化器效率）只運行一次，而主要系統(tǒng)（燃油系統(tǒng)）仍繼續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測單元廢氣再循環(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)動機失火主要監(jiān)測對象監(jiān)測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)測單元 失火檢測發(fā)動機失火檢測是監(jiān)測中的難點之一。在美國，發(fā)動機失火狀況的檢測范圍必須從發(fā)動機空載到發(fā)動機負載極限。直接檢測汽缸內(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準確性高價格昂貴，耐久性差價格便宜應用廣監(jiān)測單元 失火檢測 監(jiān)測原理：利用當發(fā)動機點火失效時，曲軸轉(zhuǎn)速減小，通過檢測轉(zhuǎn)速減小來判別發(fā)動機是否失火。其核心是通過過濾掉曲軸信號中的噪聲來確定點火是否失效，并避免檢測有誤。監(jiān)測單元 失火檢測 曲軸的加速

4、瞬態(tài)受到許多力矩元件的影響： 而實際是通過檢測發(fā)動機在燃燒過程中對曲軸的力矩來檢測點火系統(tǒng)是否失效。 產(chǎn)生力矩干擾的因素有：發(fā)動機重疊點火，往復運動的質(zhì)量塊，扭轉(zhuǎn)震動，曲軸扭曲，附加負載，變速箱和動力傳動系統(tǒng)的共振，以及外部干擾，如粗糙的路面。含有失火信號的沒有過濾的曲軸信號曲軸信號處理失火信號處理曲軸信號校正齒輪組件的公差和對齊錯誤獲取時間間距濾波和計算速度計算加速度去除周期信號放大周期信號利用濾波器過濾掉低頻信號檢測和報告檢測失火信號并形成數(shù)據(jù)診斷報告過濾信號判別失火檢測單元-V10失火結(jié)果（被檢測到失火的可能性）隨機模式單缸模式多缸模式測試數(shù)據(jù)來源于所提供的發(fā)動機，空載時為70%是由于低

5、轉(zhuǎn)矩的波動。結(jié)果表明通過這個方法可以較為準確的檢測到點火失效狀態(tài)混合動力傳動系統(tǒng) 混合動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：并列前輪驅(qū)動，并列后輪驅(qū)動，電動四輪驅(qū)動，同時還包括功率分配結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都能實現(xiàn)如啟動、制動、加速、再生發(fā)電制動等功能。 具有功率分配結(jié)構(gòu)的混合動力汽車由于能達到發(fā)動機運轉(zhuǎn)最優(yōu)點，因此就有較高的燃油經(jīng)濟性，但是需要安裝兩個電動機和一些逆變器?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)-前輪驅(qū)動混合動力電池電池（12V）電力電子電動機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混合動力傳動系統(tǒng)-后輪驅(qū)動電力電子電動機控制直流直流變換器電池（12V）混合動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混合動力傳動系統(tǒng)-電動四輪驅(qū)動混合動力電池電力電子電動機控制直流直流變換器電池（12V）后輪驅(qū)動電機應用標準模式：交頻調(diào)制或幅移調(diào)制驅(qū)動電功率150W固定轉(zhuǎn)速齒輪箱的傳動比混合動力傳動系統(tǒng)-功率分配前輪驅(qū)動電力電子電動機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標準信號發(fā)生器車載故障診斷的要求發(fā)動機的要求混合動力車增加的要求發(fā)動機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、電動機系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)電池系統(tǒng)混合動力結(jié)構(gòu)混合動力傳動系統(tǒng)樣機 歐洲制造了一輛具有并列混合動力結(jié)構(gòu)的樣機，其具有較高的性能和良好的燃油經(jīng)濟性。由于有排放的要求，它不能完全達到理論上的燃油經(jīng)濟性。車載故障診斷的要求也同樣限制其燃油經(jīng)濟性。按歐洲行駛工況理論值 實際值 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1、逆變器 6、電動機（75kW） 2、交流發(fā)電機的啟動帶 7、逆變器 3、內(nèi)燃機 8、鋰離子電池 4、飛輪 9、自動變速器 5、離合器 10、交流空氣壓縮機混合動力汽車的監(jiān)測單元 從車載故障診斷的角度來看，混合動力汽車不僅僅是增加了對電動機和逆變器的檢測單元，簡單來說，就是通過檢測電子器件的電流和電壓來代替檢測內(nèi)燃機的空氣

8、和燃油。 盡管監(jiān)測電能較為復雜，但相對于燃油發(fā)動機來說其算法和模型較為簡單?；旌蟼鲃酉到y(tǒng)的獨特之處混合傳動系統(tǒng)中車載故障檢測所面臨的挑戰(zhàn) 點火失效監(jiān)測：由于有電動機會過濾掉電機的粗糙系數(shù)。 燃油箱泄露監(jiān)測：發(fā)動機空載時獨立運行 冷啟動排氣減少策略的監(jiān)測：催化劑蒸汽策略必須考慮和檢測 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的檢測：為了檢測發(fā)動機冷卻系統(tǒng)必須在發(fā)動機溫度模型中考慮愈加復雜的冷卻系統(tǒng)和混合運行策略?；旌想妱悠嚨男旭傃h(huán) 行駛循環(huán)定義為最優(yōu)化的傳統(tǒng)傳動系，指循環(huán)開始于發(fā)動機的啟動，停止于發(fā)動機的熄滅。 為避免檢測錯誤，基本監(jiān)測只工作于較短時間段的行駛循環(huán)。傳統(tǒng)傳動系行駛循環(huán)混合動力傳動系行駛循環(huán)一個（混合）

9、行駛循環(huán) 多燃燒室發(fā)動機啟動燃油發(fā)動機的啟動例：在一定混合運行策略下的新歐洲行駛工況的測試循環(huán)一個（混合）行駛循環(huán)多燃燒室發(fā)動機啟動 在實際中，對混合驅(qū)動的策略為高速行駛時使用燃油發(fā)動機，在市內(nèi)及周圍（低速行駛）使用電動機。 從車載故障診斷角度來看，上圖如同5個短時間的行駛循環(huán)，此循環(huán)的循環(huán)時間不滿足最低時間條件（600秒每循環(huán)），會導致基本檢測單元的錯誤計數(shù)器的計數(shù)以其他方式增加。最終使故障指示燈失靈。一個（混合）行駛循環(huán)多燃燒室發(fā)動機啟動例：在一定混合運行策略下的按新歐洲行駛工況的測試循環(huán)車載故障檢測能長久的準確界定行駛循環(huán)，必須考慮到多重干擾，同時必須滿足傳統(tǒng)的車載故障檢測要求。混合動力

10、汽車的行駛循環(huán) 車載故障監(jiān)測的預備狀態(tài)的判定是根據(jù)發(fā)動機的最低溫度（40C），和最低循環(huán)時間（600秒每循環(huán)）。按新歐洲行駛工況的最優(yōu)混合策略不能同時滿足這兩個條件，（850秒時，發(fā)動機溫度才到達40C，而每個循環(huán)時間為350秒）。 一種可行方法是在在開始時不使用制動/啟動模式，能更早的到達所需溫度（200秒），不過這種方法的弊端是降低燃油經(jīng)濟性?；诎l(fā)動機溫度的車載故障監(jiān)測的預備狀態(tài)的判定發(fā)動機轉(zhuǎn)速（RPM）汽車速度（km/h）結(jié)論 混合動力汽車的車載故障診斷面臨諸多挑戰(zhàn)。 不僅僅是增加了對新元件的監(jiān)測，其關(guān)鍵點是保證原監(jiān)測系統(tǒng)的運行。 為了滿足新的條件限制，混合動力汽車行駛循環(huán)必須重新定義。 混合運行模式的選擇必須考慮到車載故障診斷監(jiān)測器的準備條件 盡管可能降低燃油經(jīng)濟性，發(fā)動機的自適應功能必須控制混合運行方式。 電動機失效而開啟的緩慢行駛模式，不需點亮故障指示燈。參考文獻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.