本站小編為你精心準備了混合動力控制器故障診斷系統研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：混合動力整車控制器（VCU）作為整車最高級別的控制器，其安全性能非常重要，需要通過故障診斷系統來保證系統安全性。本文主要介紹了混合動力整車控制器故障診斷的重要性以及研究意義，從故障診斷原理、故障處理、測試驗證三個大的方面展開研究，并進行實車的測試驗證。最后完成了混合動力整車控制器故障診斷系統的開發和驗證，保障整車控制系統的安全性。

關鍵詞：混合動力整車控制器；故障診斷；故障處理；測試驗證

引言

整車控制器作為混合動力汽車的大腦，承擔著整車的正常行駛，扭矩分配，再生能量回收，網絡管理，故障診斷與處理，車輛的狀態與監視等功能。[1]由于其功能的關鍵性，其安全級別也是最高的，需要通過可靠的診斷系統來保障系統安全可靠的運行。

1故障診斷系統概述

故障診斷系統的設計主要由兩部分組成：基于協議的診斷通信功能和針對具體故障處理應用功能。其中基于協議的診斷通信功能主要是UDS協議的設置，這里不深入介紹，本文主要研究診斷應用部分，如圖1所示。[2]針對混合動力汽車整車控制器故障診斷系統應用部分主要的要求為：①能夠正確且快速的識別出故障狀態，并且不允許出現誤診斷。②準確地為識別到的故障碼設置DTC和故障級別，并且能夠存儲對應的故障碼信息（包括凍結幀和拓展數據等），警告駕駛員并且能夠讓外部設備通過OBD口讀到對應的故障信息。③能夠從整車控制層面對故障做出恰當的響應措施（例如陂行、限制功率等）。[3]基于以上要求，本文主要針對故障處理功能從故障診斷原理、故障管理以及故障確認后處理三個部分進行介紹。并實車進行故障碼的測試以驗證故障診斷系統的魯棒性。

2故障診斷原理

2.1診斷分類

混合動力系統的診斷從診斷原理方面區分，可以分為以下三大類：①硬件輸入輸出信號診斷，包括數字信號輸入故障診斷、模擬信號故障診斷。硬件輸入輸出信號主要是進行信號的開路、短路、信號數據范圍進行診斷。主要分為最大、最小、信號以及合理性故障。②CAN總線故障診斷、輸入信號有效性的診斷。CAN總線通訊故障主要有：CAN報文長度不合理、CAN報文接受超時、CAN報文丟失、CAN報文循環計數器值計算異常、CAN報文CRC校驗無效，CANBUSOFF、無效的CAN報文等故障。這個部分的診斷主要報的故障碼為接收到無效報文、與控制器丟失通訊、BUSOFF。③混合動力系統綜合故障，包括混合動力子系統的故障診斷（電池、電機、發動機等）。系統控制綜合故障主要是在系統控制的層面檢測和監控，如果發現系統中存在異常將及時報出故障碼。例如：整車控制器檢測到發動機啟動失敗、檢測到扭矩信號異常、發動機和電機之間的異常信號，堵轉等一些危險工況。另外，扭矩安全監控也可以歸屬于這一類的故障。

2.2診斷具體原理

2.2.1硬件輸入輸出信號診斷整車控制器的底層軟件可以實現數字信號開路、短路和斷路的診斷。模擬信號的故障診斷主要是基于模擬信號數據的范圍進行診斷。以燃油壓力傳感器的診斷為例，圖2為燃油壓力傳感器信號電壓與燃油壓力的特性曲線，診斷主要基于該曲線的電壓范圍進行。該燃油壓力傳感器正常的工作電壓范圍為0.33-4.93V，當控制器檢測到信號電壓值大于4.93V超過30ms，之后將會報出短接到電源的最大故障P018D。當檢測到信號電壓值小于0.33V超過30ms，將會報出短接到地的最小故障P018C。當控制器檢測到已經向燃油泵輸出控制指令，但是燃油壓力傳感器未收到充分的燃油壓力變化，將會報出燃油壓力信號不合理的故障P018B。

2.2.2CAN總線故障診斷、信號有效性CAN總線的診斷分為幾個層次。OSI（OpenSystemInterchange）模型里，一個網絡分為7個層次，其中CAN總線用了5個層次，如圖3。根據ISO26262功能安全的要求，基于CAN的每一層都會進行對應的診斷。輸入信號的有效性判斷，有很多種方法。有信號源給出的有效位方法；有輸入信號的奇偶校驗和方法；有輸入信號的交叉比較方法等。具體每個輸入信號或者每類輸入信號，需要根據實際情況來判斷。例如：混合動力整車控制器報U0111與電池控制器丟失通訊故障。診斷原理為混合動力整車控制器未收到電池控制器所發出的BPCM_MSG_01和BPCM_MSG_02CAN報文，超過200ms，就會報出對應的丟失通訊故障碼。

2.2.3混合動力系統綜合故障混合動力系統綜合診斷的目的是把各個子系統的故障模式，分門別類，組合在一起；分成幾個類型的故障；從而方便設計故障模式下的整車控制器的處理策略。在整車控制器里面，必須做綜合性故障診斷，比如發動機的故障診斷，有非常多的故障模式，在整車控制器里，必須要根據這些故障模式來分類，組合，綜合成幾類故障。這個叫混合動力子系統的故障診斷。這些混合動力子系統的故障診斷，和各個子系統內部的故障診斷又有不同。他們不是互相取代的關系。而是在整車控制器里進行分門別類，綜合判斷的高一級別的故障模式。例如發動機和電機之間的離合器、混合動力系統的冷卻系統、充電系統等故障的診斷，這種診斷不能單方面的基于某一個系統進行診斷，需要結合整車系統來判斷。例如：混合動力整車控制器報P1B11發動機輸出扭矩性能低故障，主要診斷原理為混合動力整車控制器通過電機測出的發動機的實際輸出扭矩小于發動機自身計算并發送到CAN上的扭矩值，便會報此故障碼。正常情況如果僅發動機自身的診斷是無法診斷出該故障碼的，需要從整車系統層級進行綜合的診斷。

3故障管理

混合動力整車控制器（VCU）檢測到各故障并分配獨立的DTC碼，另外，各ECU需要具備掉電不丟失數據的非易失性存儲器以便在檢測到故障時存儲DTC碼及其凍結幀和擴展數據等信息。ECU的故障DTC分配原則上盡量使用ISO標準所定義的DTC，部分DTC沒有被ISO標準列出將使用主機廠自定義DTC碼。經過確認的故障DTC及其DTC狀態、凍結幀和擴展數據等信息將被存儲在故障DTC存儲器中，此故障DTC存儲器中的所有信息會在下電之前被存儲到非易失性存儲器中。并且會基于故障的等級和分類來點亮故障指示燈（MIL）。

3.1故障防抖動確認

故障碼確認時，為避免出現因信號毛刺導致故障誤觸發，各ECU在實現故障診斷原理策略時需要進行故障防抖動確認。故障防抖動的檢測簡單的理解其實就是基于一個計時器，進行故障發生次數的計數，確認則加1，未確認減1，最后在一定周期內如果故障計數器達到設定值則報出故障碼。這樣可以較大程度的避免故障的誤報。圖4為故障防抖的的原理圖。

3.2故障指示燈

（MIL）控制故障發生且確認之后在采取對應的應對措施同時，需要通過儀表提醒駕駛員對車輛進行維修和檢查。基于國六法規對MIL燈的控制邏輯如下：國六法規GB18352.6-2016中規定存儲了未決故障代碼后，如果識別到的故障在下一個診斷進行的駕駛循環結束前再次被檢測到，MIL燈應持續點亮，并在10s內存儲一個確認的故障代碼。也就是一般故障碼確認兩個駕駛循環時需要點亮MIL燈，當出現故障點亮MIL燈以后，如果在至少三個連續駕駛循環中，OBD檢測系統不再需要點亮MIL，之前導致點亮MIL的故障也沒有再出現，并且也沒有檢測到其他根據要求需要單獨點亮MIL的故障，可以熄滅MIL燈，另外在連續40個暖機循環中也一直沒有再檢測到故障，對應的故障碼也將會清除。[4]對應該邏輯的示意圖如圖5。

4故障確認后的處理

根據不同的故障碼類型，整車控制器將進行不同的故障處理邏輯。主要分為：陂行（禁止純電行駛、限功率、限扭矩），系統直接下電。

4.1故障處理策略

主要基于具體的故障碼，根據整車控制器對故障碼的管理和分類，決定對應故障碼發生后的處理策略。主要分為限制純電模式（進入傳統動力模式、陂行回家、系統關閉）。例如P0A1DHybridPowertrainControlModule混合動力控制模塊內部故障處理策略：發動機持續運行，進入傳統動力模式；MIL燈點亮；跛行回家功能：以傳統動力模式，跛行回家。P0A94DC/DCConverterPerformance直流/直流轉換器性能故障處理策略：發動機持續運行，使能傳統發動機12V發電機發電，MIL燈點亮；跛行回家功能：以傳統動力模式，跛行回家。U0037VehicleCommunicationBusB整車BCAN掉線故障處理策略：因為整車控制器，電機控制器，和電池控制器以及ABS無法通訊，電機狀態未知，電池無法控制，整車安全不能保障，必須是整車下電，MIL燈閃爍。跛行回家功能：不能跛行回家。另外，例如加速踏板信號故障、發動機節氣門信號故障這類可以設置一個默認值或者通過限制功率和扭矩來實現故障后的陂行模式以確認整車安全。但是像與制動系統無法通訊，與混合動力系統CAN丟失通訊這類嚴重的故障將會直接使得系統下電，無法進入陂行回家模式。

5故障診斷的測試驗證

每一個故障碼在基于控制策略確定了故障診斷原理方法，故障管理路徑以及故障應對措施后還需要進行系統的驗證和測試。由于目前混合動力車型涉及的模塊較多，故障碼數量巨大，且各個故障又可以分為多種類型的故障失效模式。因此純粹靠人為一個個的去造故障碼耗時耗力。通過對具體的故障碼進行相應的HIL測試和驗證可以極大的減少工作量，節省成本和加快開發進度。但是必要的功能性安全要求很高的故障碼仍需要人為的進行驗證，具體的驗證方法如下：①P0A1DHybridPowertrainControlModule混合動力控制模塊內部故障測試方法：使用Break-Out-Box；斷開VCU12V電源，或者間歇性地提供電源，造VCU不能正常工作。②U0111LostCommunicationWithBatteryEnergyControlModule"A"與電池控制模塊丟失通訊測試方法：使用Break-Out-Box，斷開電池控制器CAN總線。導致該故障發生。③P0A7FHybridBatteryPackDeterioration高壓電池包失效測試方法1：將高壓電池包的某一個或者幾個電池單元，更換成老化的電池單元。造成電池控制器發出的SOH超限值。測試方法2：使用CAN總線設備（比如VectorCANAnalyzer），過濾修改電池控制器的CAN數據。人為地改變電池控制器發出的SOH值，使其超出限值。通過造故障后的車輛的故障現象來檢查故障診斷系統是否準確的進行了報碼和實現了對應的故障后處理措施，以完成診斷系統的測試驗證。

6結論

本文主要結合實踐工作中對混合動力整車控制器的故障診斷系統的理解，分別從故障診斷原理、故障管理、故障處理三個方面對混合動力整車控制器的故障診斷系統進行較為系統的研究。并基于具體的故障碼進行了故障診斷、后處理的測試驗證，確保了混合動力整車控制器診斷系統的安全性。

參考文獻：

[1]左義和，項昌樂，閆清東.混聯混合動力車輛整車控制器設計[J].微計算機信息，2010（26）：1-2.

[2]陳領平.汽油機車載診斷（OBD）技術及催化器監控開發試驗研究[D].上海：上海交通大學，2007.

[3]張龍.汽油機車載診斷系統的診斷策略和標定研究[D].西華大學，2014.[4]GB18352.6-2016，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S].

作者：何智淵 何興 黃迎 單位：廣汽菲亞特克萊斯勒汽車有限公司