混合动力汽车的车载故障诊断系统

1、混合动力汽车的车载故障诊断从汽油发动机到混合驱动的挑战之路ZY1013110江文纲要 背景介绍 车载故障诊断的结构 检测单元 混合动力传动系统 车载故障诊断的要求 混合动力汽车的检测单元 混合动力汽车的行驶循环 结论背景介绍车载故障诊断的由来：1990 在美国修订的清洁空气法案对汽车废气排放拟定了新的法规，其中包括对汽车故障检测设立了新的标准。其确定了在汽车上对所有与排气系统相关部件进行电子检测。1996 所有出口美国的的汽车必须满足强化后的汽车故障检测条件：检测所有与排气系统相关元件的状况；对那些可能退化或损坏能导致废气排放量超过原标准的1.5倍的系统进行检测。若故障出现，故障指示灯必须亮，

2、且故障代码必须储存到ECU中，以供维修师使用。车载故障诊断的结构故障指示（灯）预备状态冻结帧发动机预热循环行驶循环故障管理基本监测监测单元故障逻辑代码测试结果测试结果缺陷状态车载故障诊断的结构 监测单元：除了监测测试结果以外还采集发动机管理系统中潜在的故障。 基本监测：由行驶循环单元检测，旨在巩固监测单元，防止其出现错误。 若汽车在达到发动机的最低温度40C后以45km/h以上速度行驶600秒，其行驶循环会被检测到。否则，内置于基本监测单元的错误使用计数器的计数将增加。 在一个行驶循环中有一些监控功能（催化器效率）只运行一次，而主要系统（燃油系统）仍继续监测。监测单元废气再循环系统燃油系统涡轮

3、增压器燃油蒸发系统催化器工作效率氧气传感器综合组件发动机失火主要监测对象监测单元空气压力传感器控制阀门氧气传感器废气再循环系统三元催化器涡轮增压器燃油蒸发系统燃油系统综合组件监测单元 失火检测发动机失火检测是监测中的难点之一。在美国，发动机失火状况的检测范围必须从发动机空载到发动机负载极限。直接检测汽缸内置传感器压力或电离曲轴转速曲轴位置传感器间接检测准确性高价格昂贵，耐久性差价格便宜应用广监测单元 失火检测 监测原理：利用当发动机点火失效时，曲轴转速减小，通过检测转速减小来判别发动机是否失火。其核心是通过过滤掉曲轴信号中的噪声来确定点火是否失效，并避免检测有误。监测单元 失火检测 曲轴的加速

4、瞬态受到许多力矩元件的影响： 而实际是通过检测发动机在燃烧过程中对曲轴的力矩来检测点火系统是否失效。 产生力矩干扰的因素有：发动机重叠点火，往复运动的质量块，扭转震动，曲轴扭曲，附加负载，变速箱和动力传动系统的共振，以及外部干扰，如粗糙的路面。含有失火信号的没有过滤的曲轴信号曲轴信号处理失火信号处理曲轴信号校正齿轮组件的公差和对齐错误获取时间间距滤波和计算速度计算加速度去除周期信号放大周期信号利用滤波器过滤掉低频信号检测和报告检测失火信号并形成数据诊断报告过滤信号判别失火检测单元-V10失火结果（被检测到失火的可能性）随机模式单缸模式多缸模式测试数据来源于所提供的发动机，空载时为70%是由于低

5、转矩的波动。结果表明通过这个方法可以较为准确的检测到点火失效状态混合动力传动系统 混合动力传动系统的结构包括：并列前轮驱动，并列后轮驱动，电动四轮驱动，同时还包括功率分配结构，这些结构都能实现如启动、制动、加速、再生发电制动等功能。 具有功率分配结构的混合动力汽车由于能达到发动机运转最优点，因此就有较高的燃油经济性，但是需要安装两个电动机和一些逆变器。混合动力传动系统-前轮驱动混合动力电池电池（12V）电力电子电动机控制直流直流变换器混合模型的主要参数方法交频调制（零频率）电功率150W混合动力传动系统-后轮驱动电力电子电动机控制直流直流变换器电池（12V）混合动力电池混合模型的主要参数方法交

6、频调制（零频率）逆变器电功率150w/200w混合动力传动系统-电动四轮驱动混合动力电池电力电子电动机控制直流直流变换器电池（12V）后轮驱动电机应用标准模式：交频调制或幅移调制驱动电功率150W固定转速齿轮箱的传动比混合动力传动系统-功率分配前轮驱动电力电子电动机控制直流直流升压变换器14v的直流直流变换器HP150-150模型参数两电机控制器电流150A，相电压电压升压器14V的直流直流变换器电流140A标准信号发生器车载故障诊断的要求发动机的要求混合动力车增加的要求发动机失火催化器工作效率氧气传感器燃油蒸发系统燃油系统废气再循环系统涡轮增压器综合组件（所有能影响排气的组件）如：变速箱系统

7、电动机系统转换器系统电池系统混合动力结构混合动力传动系统样机 欧洲制造了一辆具有并列混合动力结构的样机，其具有较高的性能和良好的燃油经济性。由于有排放的要求，它不能完全达到理论上的燃油经济性。车载故障诊断的要求也同样限制其燃油经济性。按欧洲行驶工况理论值 实际值 内部结构 1、逆变器 6、电动机（75kW） 2、交流发电机的启动带 7、逆变器 3、内燃机 8、锂离子电池 4、飞轮 9、自动变速器 5、离合器 10、交流空气压缩机混合动力汽车的监测单元 从车载故障诊断的角度来看，混合动力汽车不仅仅是增加了对电动机和逆变器的检测单元，简单来说，就是通过检测电子器件的电流和电压来代替检测内燃机的空气

8、和燃油。 尽管监测电能较为复杂，但相对于燃油发动机来说其算法和模型较为简单。混合传动系统的独特之处混合传动系统中车载故障检测所面临的挑战 点火失效监测：由于有电动机会过滤掉电机的粗糙系数。 燃油箱泄露监测：发动机空载时独立运行 冷启动排气减少策略的监测：催化剂蒸汽策略必须考虑和检测 发动机冷却系统的检测：为了检测发动机冷却系统必须在发动机温度模型中考虑愈加复杂的冷却系统和混合运行策略。混合电动汽车的行驶循环 行驶循环定义为最优化的传统传动系，指循环开始于发动机的启动，停止于发动机的熄灭。 为避免检测错误，基本监测只工作于较短时间段的行驶循环。传统传动系行驶循环混合动力传动系行驶循环一个（混合）

9、行驶循环 多燃烧室发动机启动燃油发动机的启动例：在一定混合运行策略下的新欧洲行驶工况的测试循环一个（混合）行驶循环多燃烧室发动机启动 在实际中，对混合驱动的策略为高速行驶时使用燃油发动机，在市内及周围（低速行驶）使用电动机。 从车载故障诊断角度来看，上图如同5个短时间的行驶循环，此循环的循环时间不满足最低时间条件（600秒每循环），会导致基本检测单元的错误计数器的计数以其他方式增加。最终使故障指示灯失灵。一个（混合）行驶循环多燃烧室发动机启动例：在一定混合运行策略下的按新欧洲行驶工况的测试循环车载故障检测能长久的准确界定行驶循环，必须考虑到多重干扰，同时必须满足传统的车载故障检测要求。混合动力

10、汽车的行驶循环 车载故障监测的预备状态的判定是根据发动机的最低温度（40C），和最低循环时间（600秒每循环）。按新欧洲行驶工况的最优混合策略不能同时满足这两个条件，（850秒时，发动机温度才到达40C，而每个循环时间为350秒）。 一种可行方法是在在开始时不使用制动/启动模式，能更早的到达所需温度（200秒），不过这种方法的弊端是降低燃油经济性。基于发动机温度的车载故障监测的预备状态的判定发动机转速（RPM）汽车速度（km/h）结论 混合动力汽车的车载故障诊断面临诸多挑战。 不仅仅是增加了对新元件的监测，其关键点是保证原监测系统的运行。 为了满足新的条件限制，混合动力汽车行驶循环必须重新定义。 混合运行模式的选择必须考虑到车载故障诊断监测器的准备条件 尽管可能降低燃油经济性，发动机的自适应功能必须控制混合运行方式。 电动机失效而开启的缓慢行驶模式，不需点亮故障指示灯。参考文献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.