基于远程监控的纯电动汽车故障分析技术

王春芳 姜朋昌 侯素礼 钟国华 戴能红

（南京汽车集团有限公司汽车工程研究院）

新能源汽车作为新事物，由于发展速度之快，其零部件的质量不能与之发展相适应，使得新能源车的问题比传统汽车高，同时新能源汽车涉及的信号较多，出现问题时用相关仪器检查，不能很快定位故障。若通过实车测试，会浪费人力、物力，同时有些故障可能不能复现。在汽车出现故障时，客户往往希望尽快修好，因此对于维修人员要求极高[1]。这时如果能够及时记录当时的情况，把故障车运行的数据采集下来，就可以通过数据分析确定是什么原因引起的故障，快速定位，因此远程监控系统应运而生[2]。利用远程监控系统数据记录功能通过数据分析为排查故障提供了方便，同时汽车安全稳定的运行，可靠性验证也需大量实际运行数据作为支撑。文章针对电动汽车的安全监控需求，设计了实时监控系统，该系统可实时查看汽车运行数据，同时可以对数据进行存储，利用下载离线数据，实现汽车的故障分析，为电动汽车运营提供技术保障。

1 远程监控系统设计

远程监控系统主要由远程监控终端和监控平台两部分组成。远程终端用于采集新能源汽车的GPS、时间、状态、故障及CAN网络数据等信息，通过GPRS网络发送到监控平台，监控平台接收到数据，实时显示汽车位置、状态及故障等信息，并且出现故障时能够故障弹屏，同时能够把数据存储下来，供离线数据分析使用。

本系统采用的远程监控终端是一款支持2G网络的多功能车载设备，主要用于采集GPS定位信息和新能源汽车行驶时的电机、电池电压、电流、温度、车速、行驶距离、行驶轨迹及CAN总线等相关参数，通过GPRS网络发送到中心监控管理平台。

整套系统由汽车终端、平台服务（基础数据平台层+应用软件层）、后台数据分析软件及服务器网络构成。图1示出纯电动汽车远程监控系统的构成。

图2示出纯电动汽车远程监控平台示意图，通过远程监控平台可以看到汽车在线情况、位置信息及运行的相关参数。

2 纯电动汽车的故障诊断

对于电动汽车，由于涉及高压系统，可能会发生危害性极大的绝缘故障及损害高压器件的故障，必须及时诊断并做合理的安全处理。为实现实时故障诊断保障人身与汽车安全，需实时监控零部件、操纵件及电附件，出现故障时需及时处理，既需考虑高压安全又需考虑部件不被损坏，同时还需保证行车安全，导致实时诊断与安全处理策略开发难度增加。

整车控制策略对汽车的所有故障有相应的诊断策略[3]，同时针对故障，有相应的故障处理方式。对于电池和电机的故障，电池和电机控制器会通过CAN总线将故障报出，同时根据电池和电机故障，整车控制会较电池和电机控制器提前几秒进行保护，实行下高压、限功率、不制动能量回收及限制驱动制动扭矩等措施。

对于整车控制器和其他零部件故障，整车控制器通过响应的诊断策略，提前预警，并采取响应的措施来保护。表1示出纯电动汽车故障及处理方法。

表1 纯电动汽车故障及处理方法

3 利用远程监控系统进行故障分析实例

远程监控终端可以发送实时及历史数据到监控服务平台，该平台可以对运行汽车进行定位及后台数据分析。通过该平台下载的汽车运行信息方便了开发人员对汽车运行状态的监控而不必跟车测试。

通过远程监控平台故障弹屏功能可以实时监控汽车状态，出现故障时，系统会自动弹屏，对于比较明确容易判断的故障，直接看弹屏可以判断出是哪个部件出现问题，如电池电压不均衡、电池温度过高、电机堵转故障及电机相电流故障等。而对于有些整车报出来的故障，就需要现场排查，或者通过数据分析来排查故障。如：主继电器故障和预充继电器故障等。

还有一些汽车不报任何故障，但是汽车不能行驶，或者汽车出现一些莫名的故障。

现象1：汽车可以正常上电，不报任何故障，但是汽车不能行驶。

此问题有2种情况：

1）通过查看仪表，电机扭矩为0或者很小。此种可能是电机不响应，也可能是电机目标扭矩就为0，所以只从现象来看，不容易分析。

通过远程监控数据查看（如图3所示），在400～600 s时，汽车油门正常响应（0～100%），VCU发的电机目标扭矩（0～1 000 N·m）也正常发出，但电机的真实扭矩（-5～10 N·m）很小，由此判断是电机问题，由电机生产商查找电机问题。

2）油门正常，通过仪表查看电机真实扭矩也正常发出，但汽车就是不响应。

此种情况可能是电机本身的旋变线有问题，也可能是其他原因，如果直接去查线，可能要找很久，通过远程监控分析，熟悉控制算法，几分钟就可以将故障定位。通过远程监控数据查看（如图4所示），在140～200 s，刹车、油门同时存在。而根据整车控制策略，当刹车、油门同时存在时，为了安全，认为是踩刹车，此时的目标扭矩为0，即汽车不能行驶。根据此策略，同时能够看到油门数据可以变化，因此判断油门信号基本无问题，可能是刹车信号有问题，通过现场查看刹车信号，发现刹车传感器有问题。

现象2：汽车在定远试验时，驾驶员突然报告说汽车行驶时会自动加速，如果派技术人员去现场，还需跟车再实车测试，至少要一天时间，因车速是VCU发出给仪表的，所以此问题可能是VCU程序问题导致，也可能是由于电机系统出问题导致。

汽车带有远程监控终端，通过远程监控数据查看可知（见图5），在3 000 s后，油门很小，甚至油门为0时，车速仍然是会自动增加到100 km/h以上，而电机转速也不停的增加（见图6）。车速是根据电机转速通过一定公式换算的，因此根据电机转速，通过数据测试，可以计算车速和实车车速一致。据此判断不是车速换算有问题，而是电机本身有问题。后经电机控制器厂家排查，是由于换了新的电机控制器，而电机为老电机，2个不相匹配导致，换新电机后汽车正常运行。

4 结论

通过3个实例介绍了利用远程监控平台离线数据下载功能，分析汽车运行数据，快速定位汽车故障，大大缩短了从汽车发生故障到维修的时间，为汽车故障排查提供了一个简单、快速及有效的方法。试验车完成了3万km的测试，在测试过程中，远程监控为故障排查发挥了重要的作用。若汽车出现故障后，维修人员去试验场，在现场检查和测试，至少需要1天时间，而通过数据分析，简单故障几分钟就能定位，复杂故障最多半天也能快速定位，此种方式大大节约了时间、人力及物力，为电动汽车故障排查提供了一个有效的方法。