1、混合動力汽車的車載故障診斷從汽油發動機到混合驅動的挑戰之路ZY1013110江文綱要 背景介紹 車載故障診斷的結構 檢測單元 混合動力傳動系統 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 結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，其中包括對汽車故障檢測設立了新的標準。其確定了在汽車上對所有與排氣系統相關部件進行電子檢測。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相關元件的狀況；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倍的系統進行檢測。若故障出現，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。車載故障診斷的結構故障指示（燈）預備狀態凍結幀發動機預熱循環行駛循環故障管理基本監測監測單元故障邏輯代碼測試結果測試結果缺陷狀態車載故障診斷的結構 監測單元：除了監測測試結果以外還采集發動機管理系統中潛在的故障。 基本監測：由行駛循環單元檢測，旨在鞏固監測單元，防止其出現錯誤。 若汽車在達到發動機的最低溫度40C后以45km/h以上速度行駛600秒，其行駛循環會被檢測到。否則，內置于基本監測單元的錯誤使用計數器的計數將增加。 在一個行駛循環中有一些監控功能（催化器效率）只運行一次，而主要系統（燃油系統）仍繼續監測。監測單元廢氣再循環系統燃油系統渦輪

3、增壓器燃油蒸發系統催化器工作效率氧氣傳感器綜合組件發動機失火主要監測對象監測單元空氣壓力傳感器控制閥門氧氣傳感器廢氣再循環系統三元催化器渦輪增壓器燃油蒸發系統燃油系統綜合組件監測單元 失火檢測發動機失火檢測是監測中的難點之一。在美國，發動機失火狀況的檢測范圍必須從發動機空載到發動機負載極限。直接檢測汽缸內置傳感器壓力或電離曲軸轉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測單元 失火檢測 監測原理：利用當發動機點火失效時，曲軸轉速減小，通過檢測轉速減小來判別發動機是否失火。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。監測單元 失火檢測 曲軸的加速

4、瞬態受到許多力矩元件的影響： 而實際是通過檢測發動機在燃燒過程中對曲軸的力矩來檢測點火系統是否失效。 產生力矩干擾的因素有：發動機重疊點火，往復運動的質量塊，扭轉震動，曲軸扭曲，附加負載，變速箱和動力傳動系統的共振，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據診斷報告過濾信號判別失火檢測單元-V10失火結果（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據來源于所提供的發動機，空載時為70%是由于低

5、轉矩的波動。結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混合動力傳動系統 混合動力傳動系統的結構包括：并列前輪驅動，并列后輪驅動，電動四輪驅動，同時還包括功率分配結構，這些結構都能實現如啟動、制動、加速、再生發電制動等功能。 具有功率分配結構的混合動力汽車由于能達到發動機運轉最優點，因此就有較高的燃油經濟性，但是需要安裝兩個電動機和一些逆變器。混合動力傳動系統-前輪驅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方法交頻調制（零頻率）電功率150W混合動力傳動系統-后輪驅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方法交

6、頻調制（零頻率）逆變器電功率150w/200w混合動力傳動系統-電動四輪驅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）后輪驅動電機應用標準模式：交頻調制或幅移調制驅動電功率150W固定轉速齒輪箱的傳動比混合動力傳動系統-功率分配前輪驅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標準信號發生器車載故障診斷的要求發動機的要求混合動力車增加的要求發動機失火催化器工作效率氧氣傳感器燃油蒸發系統燃油系統廢氣再循環系統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

7、電動機系統轉換器系統電池系統混合動力結構混合動力傳動系統樣機 歐洲制造了一輛具有并列混合動力結構的樣機，其具有較高的性能和良好的燃油經濟性。由于有排放的要求，它不能完全達到理論上的燃油經濟性。車載故障診斷的要求也同樣限制其燃油經濟性。按歐洲行駛工況理論值 實際值 內部結構 1、逆變器 6、電動機（75kW） 2、交流發電機的啟動帶 7、逆變器 3、內燃機 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燃機的空氣

8、和燃油。 盡管監測電能較為復雜，但相對于燃油發動機來說其算法和模型較為簡單。混合傳動系統的獨特之處混合傳動系統中車載故障檢測所面臨的挑戰 點火失效監測：由于有電動機會過濾掉電機的粗糙系數。 燃油箱泄露監測：發動機空載時獨立運行 冷啟動排氣減少策略的監測：催化劑蒸汽策略必須考慮和檢測 發動機冷卻系統的檢測：為了檢測發動機冷卻系統必須在發動機溫度模型中考慮愈加復雜的冷卻系統和混合運行策略。混合電動汽車的行駛循環 行駛循環定義為最優化的傳統傳動系，指循環開始于發動機的啟動，停止于發動機的熄滅。 為避免檢測錯誤，基本監測只工作于較短時間段的行駛循環。傳統傳動系行駛循環混合動力傳動系行駛循環一個（混合）

9、行駛循環 多燃燒室發動機啟動燃油發動機的啟動例：在一定混合運行策略下的新歐洲行駛工況的測試循環一個（混合）行駛循環多燃燒室發動機啟動 在實際中，對混合驅動的策略為高速行駛時使用燃油發動機，在市內及周圍（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，此循環的循環時間不滿足最低時間條件（600秒每循環），會導致基本檢測單元的錯誤計數器的計數以其他方式增加。最終使故障指示燈失靈。一個（混合）行駛循環多燃燒室發動機啟動例：在一定混合運行策略下的按新歐洲行駛工況的測試循環車載故障檢測能長久的準確界定行駛循環，必須考慮到多重干擾，同時必須滿足傳統的車載故障檢測要求。混合動力

10、汽車的行駛循環 車載故障監測的預備狀態的判定是根據發動機的最低溫度（40C），和最低循環時間（600秒每循環）。按新歐洲行駛工況的最優混合策略不能同時滿足這兩個條件，（850秒時，發動機溫度才到達40C，而每個循環時間為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濟性。基于發動機溫度的車載故障監測的預備狀態的判定發動機轉速（RPM）汽車速度（km/h）結論 混合動力汽車的車載故障診斷面臨諸多挑戰。 不僅僅是增加了對新元件的監測，其關鍵點是保證原監測系統的運行。 為了滿足新的條件限制，混合動力汽車行駛循環必須重新定義。 混合運行模式的選擇必須考慮到車載故障診斷監測器的準備條件 盡管可能降低燃油經濟性，發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.