電動汽車核心部件檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

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摘要：近年來，我國新能源汽車市場發(fā)展迅速。在新能源汽車市場中，電動汽車由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，目前市場占有率最高。但由于電動汽車屬于較新的汽車產(chǎn)品，其售后檢測及故障診斷工作中存在先進(jìn)檢測方法、診斷設(shè)備相對缺乏的情況。鑒于以上背景，本文結(jié)合電動汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，基于LabVIEW對其核心部件BMS、MCU、VCU進(jìn)行線束外部信號的檢測，將虛擬儀器技術(shù)與電動汽車進(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；電動汽車；檢測診斷

0引言

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

1電動汽車核心部件信號分析

電動汽車核心部件主要包含了與驅(qū)動相關(guān)的動力電池系統(tǒng)（BMS），電機(jī)控制系統(tǒng)（MCU），整車控制器（VCU）等，這些系統(tǒng)或部件是電動汽車相對于傳統(tǒng)汽車的主要差異。目前市場上對于這些核心部件的檢測主要運(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控制單元的內(nèi)部數(shù)字信號進(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），無法進(jìn)行檢測診斷；檢測的范圍只能涵蓋所有信號參數(shù)的70~80%，無法涵蓋100%的信號參數(shù)，比如供電狀態(tài)、CAN總線通信狀態(tài)等基本參數(shù)，無法有效地進(jìn)行檢測。本文研究的電動汽車核心部件檢測信號主要針對ECU的原始外部信號參數(shù)，即ECU外部低壓連接線束上的所有信號參數(shù)。按照控制單元的功能劃分，其主要信號包括以下幾個(gè)方面：

1.1動力電池系統(tǒng)

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

1.2電機(jī)控制系統(tǒng)

MCU該部件為電動汽車驅(qū)動電機(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、位置信號對電機(jī)進(jìn)行配電，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。其外部低壓連接線束上的信號參數(shù)主要包括ECU供電正負(fù)極、點(diǎn)火開關(guān)輸入信號、CAN總線信號、電機(jī)溫度及位置傳感器電源輸出及反饋信號輸入等。

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

2檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析結(jié)果，本檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路為：首先對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參數(shù)，并通過LabVIEW設(shè)計(jì)檢測軟件，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的特點(diǎn)對照其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析評價(jià)，自動給出信號是否異常的結(jié)果，以達(dá)到快速定位故障點(diǎn)的目的。檢測系統(tǒng)總體架構(gòu)示意如圖1所示。

2.1檢測硬件

針對指定車型，設(shè)計(jì)專用檢測板，串聯(lián)在ECU線束與待檢測系統(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參數(shù)不失真、不缺失地進(jìn)行測量。檢測硬件面板上預(yù)留了檢測口，可使用萬用表、示波器等工具進(jìn)行手動快捷檢測，同時(shí)也設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集卡連接口，方便將信號通過數(shù)據(jù)采集電路傳送至計(jì)算機(jī)上的檢測軟件。

2.2檢測軟件

本系統(tǒng)中的檢測軟件基于LabVIEW進(jìn)行開發(fā)，其為一種虛擬儀器技術(shù)（Virtualinstrument）軟件開發(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，完成對各類信號參數(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。其對信號是否異常的評價(jià)方法及故障診斷思路如下：2.2.1電源供電正負(fù)極的評價(jià)方法及故障診斷思路。通常控制單元的B+供電可直接采集信號電壓值來進(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可能無法正常工作，軟件評價(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)。控制單元供電負(fù)極可采集待測線路對地之間的通斷情況，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總線信號的評價(jià)方法及故障診斷思路。目前電動汽車廣泛采用速率500kBit/s的高速CAN總線，在激活狀態(tài)下，CAN-H線信號電壓為2.5～3.5V，CAN-L線信號電壓為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線信號平均電壓值比2.5V略高，在2.6～2.7V左右；CAN-L線信號平均電壓值比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價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)CAN-H或CAN-L線路上的信號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平均電壓值接近12V，可能是對應(yīng)線路與蓄電池正極短路；如果電壓值接近0V時(shí)，可能是對應(yīng)線路與接地短路；如果兩條線路的信號電壓值均接近2.5V，可能是兩條線之間出現(xiàn)了相互短路。2.2.3開關(guān)信號的評價(jià)方法及故障診斷思路。在電動汽車核心部件控制單元中，主要的開關(guān)輸入信號包括點(diǎn)火開關(guān)、制動開關(guān)、擋位開關(guān)、駕駛模式開關(guān)等。這些開關(guān)在位置變化時(shí)，通常使相應(yīng)線路上的信號電壓值在12V與0V之間變換。當(dāng)駕駛員做出相應(yīng)的駕駛動作，使開關(guān)到達(dá)對應(yīng)位置時(shí)，信號電壓值應(yīng)發(fā)生變化，軟件可以以此作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)信號電壓不隨之變化時(shí)，說明對應(yīng)的開關(guān)、線路存在損壞或者接觸不良等故障點(diǎn)。2.2.4傳感器信號的評價(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。對于這些傳感器的檢測，可從傳感器供電正負(fù)極開始，通常傳感器供電正極線路電壓為5V左右，負(fù)極線路對地之間導(dǎo)通，這兩者可參考ECU供電正負(fù)極的檢測及故障診斷方法。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價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如反饋信號電壓不正常，則檢查傳感器及對應(yīng)線路是否存在損壞。當(dāng)BMS/MCU/VCU所有外部低壓線束信號均正常的情況下，則控制單元本身可能存在損壞。

3結(jié)語

通過硬件和軟件的設(shè)計(jì)，構(gòu)建形成電動汽車多參數(shù)自動檢測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電動汽車核心部件的檢測診斷。首先，系統(tǒng)自動檢測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）、輸入信號參數(shù)（開關(guān)及傳感器信號參數(shù)）、總線信號參數(shù)（CAN-H及CAN-L總線信號參數(shù)）以及輸出信號參數(shù)（傳感器供電正負(fù)極）。其次，系統(tǒng)將檢測到的參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍進(jìn)行對比分析，對這些信號參數(shù)進(jìn)行自動分析和判斷，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