纯电动汽车的发展以及故障诊断现状

郑润

合肥工业大学，合肥 230009

摘 要

随着各个国家将汽车电气化上升为国家战略，电动汽车在我们的生活中会越来越普及，因此电动汽车的安全也受到了越来越广泛的关注，为了使电动汽车的整车安全系数尽可能的提高，就需要对车辆的安全设计机制进行多方面的考虑。

关键词：电动汽车；安全设计；故障诊断；

1.1 电动汽车发展现状

我国作为世界上汽车保有量大国，每年在燃油车上消耗的石油就很多，因此汽车从燃油车时代迈入电气时代就显得非常重要。 新能源汽车逐渐替代传统燃油车这一趋势可以从国外近些年各个国家出台的相关政策可见一斑：日本作为传统汽车强国，政府提出2050年汽车电气化战略，促使日本汽车全面电气化，实现零排放的指标；德国在汽车战略规划上，从2009年开始就发布了《国家电动汽车发展计划》，并确定汽车电动化的战略目标，提出至2020年实现百万新能源汽车市场保有量；对于我国来说更是如此，我国燃油车整体技术相对于那些有着悠久历史的汽车工业强国存在着差距，而在新能源汽车上我们就可以实现超越，让我国从多年来的一直被冠以的汽车大国迈向汽车强国之列。近些年国家开始大力支持新能源汽车发展《中国制造2025》中做出明确指出，当下汽车产业需要重点发展纯电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池汽车^［1］。

如今在新能源汽车上电子系统广泛应用，汽车技术发展趋向于依赖日趋复杂的控制系统和软件，相对与传统汽车，驾驶员发出的操作指令（如启动、转向以及停止等），基本上都是通过机械传动方式实现的，而如今，驾驶员的指令会先被转换成电信号，信号会被传输到控制芯片，并最终被传输到执行元件来完成驾驶员的操作指令，这就导致了系统失效和随机失效对驾乘人员安全的威胁越来越大。在生活中，电动汽车存在由于电池故障引起热失控导致电动汽车突然起火甚至爆炸隐患； 在车辆发生碰撞后，由于电动汽车带有高压电系统，会带来的触电风险。

为了减少电动汽车类似事故，使新能源车相对于传统燃油车在安全上具有优势，就需要新能源车辆的电控策略更加周全、高压设备安全可靠以及执行器在各种工况下性能稳定。从而可以时刻保护驾乘人员的安全，使得新能源车高效安全运行，从而进一步提高电动汽车的竞争力。因此，对车辆进行实时故障诊断及控制是当下新能源汽车一个重要的研究方向。

1.2 电动汽车故障诊断与控制现状

电动汽车的故障诊断首先是基于车辆在开发时的安全设计这个概念，即由在设计之初就需要明确在车辆整个生命周期中需要进行的故障检测以及出现故障时如何控制车辆，本节主要从设计概念和当下电动汽车故障诊断两个方面进行说明。

1.2.1安全设计概念

功能安全主要关注的不是一个系统的最初设计的功能或者性能，而是当在设计的功能中出现故障时的行为，例如制动踏板是用来识别驾驶员是否存在制动意愿，若制动过程中出现制动踏板失效导致了车辆失控，所以需要增加措施尽可能避免出现上述现象。为了在汽车设计中将功能安全标准，国际标准化组织(ISO)制定了功能安全国际标准ISO 26262，该标准中主要强调汽车安全生命周期和汽车安全完整性等级（ASIL）^[2]。我国在汽车电子电气系统设计时也开始接轨ISO 26262，将车辆设计中可能存在的风险尽可能降低，从而给驾乘人员的生命和财产提供保障。

安全设计的第一步是情景分析和危险识别，即通过相关的情况分析将车辆设计可能存在的风险识别出来。这些需要将可能引发危险的操作环境以及操作的方式囊括其中，并且需要考虑在合理操作时以及可预见的错误操作时情况。完成风险识别后，就需要对风险按照一定安全机制进行合理分级，这样才可以设定安全目标，并按照不同的风险等级采取对应的应对措施来规避。具体的分析流程如图1.2所示：

1.2.2电动汽车诊断与控制现状

近些年来随着电动汽车的普及，为了使电动汽车具有更高的安全性，相关的故障诊断与控制研究也在与日俱增，其中主要分布在电池系统、电机系统、整车控制系统以及整车CAN通信方面。

华南理工大学徐艳民针对电动汽车动力电池失效模式和效果进行分析，提出了退役电池梯次利用在线和离线诊断技术，并搭建电池故障诊断硬件系统进行仿真验证。哈尔滨工业大学黄金金提出一种基于信号注入技术对永磁同步电机进行故障诊断，建立故障树并分析了故障诊断方法，通过仿真测试实现了故障诊断。吉林大学杜德清基于ISO 26262对纯电动汽车的整车控制器进行安全分析，提出了双MCU硬件架构，并在此基础上设计了整车控制器故障诊断与容错控制研究。在纯电动汽车加速踏板故障诊断技术研究中，采用非接触式霍尔传感器作为加速踏板位置传感器，并使用改进的一阶低通滤波算法进行信号处理，以及为满足加速踏板的高诊断率覆盖率需求，根据ISO 26262设计了一种加速踏板信号的失效安全机制，这些故障诊断研究提高了加速踏板故障诊断的可靠性和及时性。基于整车控制器CAN通信网络开展电动汽车故障诊断系统中，很多是先构建整车系统故障诊断架构，再制定符合ISO 15765故障诊断协议，并通过设计上位机进行故障仿真测试，最终验证了CAN通信故障诊断与控制可行性。武汉理工大学黄龙总结了CAN总线故障并进行了故障原因分析，进一步提出了冗余技术控制策略，通过实验验证最终达到CAN系统可靠性。山东大学张伟针对带真空助力制动系统中制动出现制动力不足进行诊断，通过对真空助力器结构和实验数据进行分析，得出制动时制动力不足的根本原因，并进行优化设计

^［3］。

1. 节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）.中华人民共和国国务院,2012.

2. 刘佳熙，郭辉，李君. 汽车电子电气系统的功能安全标准ISO26262. 上海汽车， 2011（10）: 57~61.

3. 张伟. 轻型载货汽车制动系统问题分析与优化设计[D]. 山东大学，2017.