PAGE17 新能源汽車故障診斷技術教案 學期：：班級：：授課教師：：教案用紙第頁教學題目驅(qū)動電機控制系統(tǒng)故障診斷檢修教學目標知識目標：（1）能說出驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的工作原理（2）能解釋驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的工作模式（3）能描述故障處理的控制策略技能目標：（1）能正確分析驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的相關電路。（2）能使用診斷儀進行故障信息的讀取，確認驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的故障現(xiàn)象。（3）能根據(jù)電機控制系統(tǒng)控制原理及策略，借助診斷儀和維修手冊等分析驅(qū)動電機控制系統(tǒng)失效保護故障產(chǎn)生的可能原因。（4）能根據(jù)故障原因，制訂電機控制系統(tǒng)故障檢修方案。（5）能根據(jù)檢修方案，依據(jù)廠家技術標準，正確使用專用工具診斷與排除電機控素質(zhì)目標：（1）通過讀取故障碼和數(shù)據(jù)流、查閱維修手冊等資料，具備信息檢索和數(shù)據(jù)分析的能力。（2）通過分組討論分析故障原因和制訂檢修電機控制系統(tǒng)故障方案，培養(yǎng)學生的團隊合作能力、分析問題和解決問題的能力，提高邏輯思維能力。（3）通過對電機控制系統(tǒng)故障檢測，具備牢固的安全和責任意識，嚴格遵照企業(yè)安全操作的注意事項進行操作。（4）通過為客戶診斷與排除電機控制系統(tǒng)故障，培養(yǎng)學生精益求精的工作作風和嚴謹求實的勞動態(tài)度，在檢修工作中堅守崗位，對客戶負責，增強職業(yè)榮譽感教學任務驅(qū)動電機控制系統(tǒng)故障診斷檢修教學重點（1）能解釋驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的工作模式【重點】。（2）能描述故障處理的控制策略【重點】。（3）能根據(jù)檢修方案，依據(jù)廠家技術標準，正確使用專用工具診斷與排除電機控制系統(tǒng)故障，提高故障診斷邏輯思維能力【重點】。教學難點（1）能說出驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的工作原理【難點】（2）能根據(jù)電機控制系統(tǒng)控制原理及策略，借助診斷儀和維修手冊等，分析驅(qū)動電機控制系統(tǒng)失效保護故障產(chǎn)生的可能原因【難點】教學手段理實一體、分組教學。教學學時建議4-6學時教學內(nèi)容注釋任務描述王先生有一輛吉利EV450電動車，車輛正常啟動，儀表READY指示燈可以點亮，但是車輛無法正常行駛。打電話求助，吉利新能源4S店維修技師到現(xiàn)場救援，初步判斷車輛為驅(qū)動電機控制系統(tǒng)故障，需將車輛拖到經(jīng)銷店進一步排查，請你作為維修技師予以解決。本任務“驅(qū)動電機控制系統(tǒng)故障診斷檢修”以吉利新能源汽車為例，該案例源于《電動汽車維修故障案例庫》，屬于典型工作任務。對接職業(yè)技能等級1+X證書新能源汽車動力驅(qū)動電機電池技術（高級）模塊的能力要求。一、知識準備一、驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的原理1.驅(qū)動電機的結(jié)構特點吉利帝豪EV450驅(qū)動電機安裝在整車右前輪胎左邊，與減速器相連電動汽車由電動機驅(qū)動，電動機是電動汽車的關鍵部件。要使電動汽車具有良好的使用性能，驅(qū)動電機應具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速、足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，還要具有體積小、重量輕、效率高、動態(tài)制動性強和能量回饋的性能，如圖4-2所示。目前，新能源汽車的驅(qū)動電機主要有永磁同步電機和交流異步電機兩種。國內(nèi)主流新能源品牌比亞迪、吉利、北汽等新能源汽車所使用的驅(qū)動電機大部分為永磁同步電機，特斯拉、蔚來等部分車型使用的驅(qū)動電機為交流異步電機。永磁同步電機主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機最大的特點是它的定子結(jié)構和普通的感應電機結(jié)構非常相似，主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特結(jié)構與其他電機形成了差別。和常用的異步電機最大的不同則是轉(zhuǎn)子的獨特結(jié)構，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。驅(qū)動電機的工作原理電機的驅(qū)動電路圖如圖4-4所示，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的機理與感應電動機是相同的，其轉(zhuǎn)子通過永久磁鐵產(chǎn)生磁場，兩個磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，可看作是一對旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。永磁同步電機帶負載時，氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞磁動勢共同建立的，電樞磁動勢對氣隙磁場有影響，電樞磁動勢的基波對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。永磁同步電機的定子是三相對稱繞組，三相正弦波電壓在定子三相繞組中產(chǎn)生對稱三相正弦波電流，并在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖4-5所示，旋轉(zhuǎn)磁極與已充磁的磁極作用，帶動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，并力圖使定、轉(zhuǎn)子磁場軸線對齊。當外加負載轉(zhuǎn)矩以后，轉(zhuǎn)子磁場軸線將落后定子磁場軸線一個功率角，負載越大，功率角也越大，直到一個極限角度，電機停止。由此可見，同步電機在運行中，轉(zhuǎn)速必須與頻率嚴格成比例旋轉(zhuǎn)，否則會失步停轉(zhuǎn)。所以，它的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步，其靜態(tài)誤差為零。在負載擾動下，只是功率角變化，而不引起轉(zhuǎn)速變化，它的響應時間是實時的。如圖4-6所示，電機控制器控制三相交流電分別流入定子線圈中，即產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)的磁場，這個旋轉(zhuǎn)的磁場牽引轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁體，產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)磁場同步的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，使用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子的位置和電流傳感器檢測線圈的電流，從而控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩輸出。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構旋轉(zhuǎn)變壓器又叫作旋變傳感器，如圖4-7所示，旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子繞組相當于變壓器的一次側(cè)，輸入勵磁電壓，勵磁頻率由控制單元控制，轉(zhuǎn)子繞組相當于變壓器的二次側(cè)，通過電磁感應得到感應電壓。定子采用三個線圈，即勵磁線圈A（輸入）、輸出線圈S（正弦）和輸出線圈C（余弦）。輸出線圈S、輸出線圈C兩線圈互成90O安裝。EV450電機線束插接器中間通過六根低壓線束連接,兩根是從電機控制器激勵信號,另外四根分別是旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號和余弦信號。端子定義見表4-1。２.準等速萬向節(jié)準等速萬向節(jié)實際上是在雙十字軸式萬向節(jié)的基礎上改進而成的只能近似地實現(xiàn)等速傳動稱為準等速萬向節(jié)常見的準等速萬向節(jié)有雙聯(lián)式和三銷軸式兩種類型。電機控制器的結(jié)構工作原理國產(chǎn)車（前置前驅(qū)）電機控制器一般安裝在前艙內(nèi)，圖4-10所示為電機控制器的安裝位置，采用CAN通信控制，控制著動力蓄電池組到電機之間能量的傳輸，同時采集電機位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅(qū)動電機運行。如圖4-11所示，車載充電機直流母線連接車載充電機的高壓線束，在能量回收階段，電機控制器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，為高壓動力蓄電池充電。三相動力線束連接驅(qū)動電機的高壓線束，在能量消耗階段，電機控制器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，以驅(qū)動電機。DC/DC變換器將電池的高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電，提供整車低壓系統(tǒng)供電。低壓線束插接器連接控制器通信、電源、傳感器信號線束。冷卻液循環(huán)輸入輸出管路用于熱管理系統(tǒng)冷卻液的循環(huán)。電機控制器控制的電路包括功率電路、驅(qū)動與保護電路、控制電路三大部分，其中，功率電路用于進行能量的變換，驅(qū)動與保護電路用于實現(xiàn)對功率模塊的驅(qū)動控制與故障保護，控制電路用于實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制與整車通信等功能。二、驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的工作模式電機控制模式可以分為轉(zhuǎn)矩控制、靜態(tài)控制、主動放電和DC/DC直流轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)矩控制模式電機控制系統(tǒng)控制電機軸向四象限的轉(zhuǎn)矩。由于沒有轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩指令（由整車控制器發(fā)送）被轉(zhuǎn)換成為電流指令，并進行閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩控制模式只有在獲得正確的初始偏移角度時才能進行。（2）靜態(tài)控制模式靜態(tài)控制模式在電機控制器（PEU）處于被動狀態(tài)（待機狀態(tài)）或故障狀態(tài)時被激活。（3）主動放電模式主動放電模式用于高壓直流端電容的快速放電。主動放電指令來自整車控制器的指令或由電機控制器內(nèi)部故障觸發(fā)。（4）DC/DC直流轉(zhuǎn)換模式電機控制器中的DC/DC變換器將高壓直流端的高壓轉(zhuǎn)換成指定的直流低壓（12V低壓系統(tǒng)低壓設定值來自整車控制器指令。驅(qū)動系統(tǒng)的整車控制（1）整車能量優(yōu)化管理2）充電過程控制（3）高壓上下電控制（4）防溜車功能控制（5）車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示（6）換檔控制（7）行車控制分級三、故障處理的控制策略連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進行故障診斷，并及時進行相應安全保護處理。根據(jù)傳感器的輸入及其他通過CAN總線通信得到的電機、電池、充電機等的信息，對各種故障進行判斷、等級分類、報警顯示；存儲故障碼，進行故障診斷，并及時進行相應安全保護處理。根據(jù)傳感器的輸入及其他通過CAN總線通信得到的電機、電池當故障發(fā)生時，故障類型見表4-2，軟件根據(jù)故障級別使電機控制器進入安全狀態(tài)或限制狀態(tài)。安全狀態(tài)包括主動短路或Freewheel模式，限制狀態(tài)包括四個級別的功率/轉(zhuǎn)矩輸出限制。電機控制器軟件中提供基于ISO14229標準的診斷通信功能。（3）常見故障保護閾值見表4-3，當超出保護閾值，系統(tǒng)將進入故障保護模式。故障類型有：母線過電壓、欠電壓，電機控制器、驅(qū)動電機、DC/DC過溫，12V欠電壓、過電壓，電機超速等。當故障保護閾值超出范圍時，系統(tǒng)將進入故障處理模式。四、故障診斷檢修實施1）首先通過向車主問診該車的故障癥狀，了解之前車輛是否出現(xiàn)過事故，了解車主的駕駛習慣。在吉利維修服務系統(tǒng)中，調(diào)取該車的維修維護記錄，調(diào)取出現(xiàn)故障時間段的數(shù)據(jù)。2）采取故障再現(xiàn)的方法驗證故障現(xiàn)象：操縱車輛，確認車輛可否READY，儀表有無其他異常顯示，檢查換檔位是否正常、車輛是否可以行駛，故障現(xiàn)象是否再現(xiàn)。如果再現(xiàn)，正確分辨是否是真的故障現(xiàn)象。3）如圖4-14所示，啟動車輛，該車儀表顯示無異常，READY指示燈點亮，可以完成換檔，正常解除駐車制動，踩下加速踏板車輛無移動趨勢，車輛READY指示燈正常，無其他故障燈指示，車輛無法行駛。關閉起動開關，滅車，重新啟動車輛，和上述現(xiàn)象一致。該車輛存在無法驅(qū)動的故障現(xiàn)象。2.故障預診1）預診故障。正確規(guī)范使用專用故障診斷儀進行讀取故障信息模塊通信情況，車輛是否存在故障碼。故障碼分為歷史故障和當前故障。通常，清除后的故障碼為當前故障碼。還應了解故障碼觸發(fā)的條件，這有助于分析故障原因和故障范圍。2）基本檢查。查閱車型維修手冊，檢查故障碼信息詳見維修手冊。優(yōu)先排除有故障碼的故障。如圖4-15所示，檢查相關故障碼系統(tǒng)的模塊、傳感器、用電器、電路安裝、插接器安裝狀態(tài)。檢查系統(tǒng)外觀狀態(tài)。3.故障分析（1）故障產(chǎn)生的可能原因（2）電機控制系統(tǒng)電路分析4.診斷排故（1）診斷分析（2）診斷流程（3）故障診斷電機控制器對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并將控制系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過