混合动力汽车结构与检修精品ppt课件(全套).ppt

项目1 混合动力汽车概述,混合动力汽车结构与检修,项目2 混合动力汽车分类及实例,项目3 混合动力汽车的能量控制系统,项目4 动力电池及其管理系统,项目5 混合动力汽车的整车控制系统,项目6 混合动力汽车检修,任务1 混合动力汽车的产生与发展,广义上说，混合动力汽车（Hybrid Vehicle）是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。（1）国内混合动力汽车发展情况我国非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，在“十五”期间，科技部组织国内多家高校、科研机构和企业进行联合攻关，确立了“三纵三横”的发展布局。即以混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）和燃料电池汽车（FCEV）为 “三纵”，以动力控制系统、驱动控制系统和电池及其控制系统为“三横”。,（2）国外混合动力汽车发展情况美国、日本和德国是主要的混合动力研发国家，掌握很多成熟先进的混合动力技术以及产品。美国福特、日产北美和Tesla公司在2009年获得80亿美元的贷款用于混合动力和纯电动汽车的研发，同年又从奥巴马政府的绿色新政获得 24亿美元的支持。,任务2 混合动力汽车的基本原理,混合动力汽车的种类目前主要有3种，如下表所示：,以串联混合动力电动汽车为例（如图所示），介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作；电池电量低60时，辅助动力系统起动；当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。,任务3 混合动力汽车的关键技术,混合动力系统的研发需要解决很多技术问题，比如控制策略的设计、内燃机燃烧系统的优化、蓄电池的改进、传动系统的匹配设计和新材料新工艺的应用等等。（1）控制系统与高性能的电子控制元件控制系统是指汽车动力总成集中控制系统，它是整车正常行驶的核心单元。（2）混合动力汽车控制策略其目的是为了达到以下四个主要目标：最佳的燃油经济性最低的排放最低的系统成本最好的驱动性能,（3）内燃机与电机耦合功率分配比的最优控制混合动力汽车发动机和电动机要相互配合工作，而根据运行工况控制它们适时启动和关闭，并使发动机始终工作在低油耗区的整个控制过程十分复杂，因此需要用成熟可靠的动力复合装置以及先进的检测系统和控制策略实现功率的合理分配，以达到低油耗和良好的动力性目标。（4）蓄电池蓄电池是混合动力电动汽车发展的关键技术，也是提高整车性能和降低成本的重要发展方向。（5）其它技术电动机技术、转矩合成技术和新材料应用技术对于混合动力汽车系统也都起着举足轻重的作用。,任务4 串联式混合动力汽车,串联式混合动力汽车一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。所谓串联技术，需在传统汽车上增加一个发电机(Generator)，电池（Battery），驱动电机(Traction Motor)，逆变器(Inverter)。（1）串联式混合动力汽车的工作特点发动机启动后持续工作在高效区，通过发电机给电池发电，而驱动电机作为整车的动力源驱动整车运行。（2）串联式混合动力汽车的结构特点联式混合动力是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电动机采用“串联”的方式组成的驱动系统。,任务5 并联式混合动力汽车,并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。（1）并联式混合动力汽车的工作特点并联式混合动力汽车在实际的道路上运行十分复杂,主要包括:起步、加速、巡航、减速、制动、上坡、下坡、倒车、停车等。（2）并联式混合动力汽车的结构特点并联式混合动力有内燃机和电机两套驱动系统。它们可分开工作,也可一起协调工作,共同驱动。所以并联式混合动力汽车可以在比较复杂的工况下使用,应用范围比较广。,任务6 混联式混合动力汽车,混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。,（1）混联式混合动力电动汽车的结构特点1）将串联式混合动力电动汽车和并联式混合动力电动汽车相结合，具有两者的优点；2）与串联式混合动力电动汽车相比，增加了机械动力的传递路线；3）与并联式混合动力电动汽车相比，增加了电能的传输路线。（2）混联式混合动力电动汽车的优点1）三个动力总成比串联式混合动力电动汽车三个动力总成的功率、质量和体积小；2）有多种工作模式，节能最佳，有害气体排放达到“超低污染”；3）发动机可直接驱动车辆，没有机械能-电能-机械能的转换过程，能量转换的综合效率比内燃机汽车高；,任务7 工程实例分析,当纯电动汽车还在举步维艰时，混合动力汽车已经大摇大摆地进入了各大4S店，并且成为不少消费者购车时的重要考量。,任务8 混合动力汽车的节能机理1.混合动力汽车的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路而上行驶时既可以共同驱动又可以单独驱动。双轴结构混合动力汽车，其发动机和电动机分别通过离合器与变速器相连。,2.混合动力汽车节油机理混合动力汽车可通过下列途径达到节油目的：选择较小功率发动机；取消发动机怠速；控制发动机工作在高效区；发动机断油；适当增大电池SOC（StateofCharge）窗口；回收再生制动能量。1）选择较小功率发动机2）取消发动机怠速3）控制发动机工作在高效区4）发动机断油控制5）适当增大电池SOC窗口,3.在发动机结构方而所采取的措施1）采用高膨胀比的Atkinson循环发动机传统发动机的压缩比和膨胀比基木是一样的，要增加膨胀比就必须增加压缩比，而增加压缩比会导致汽油发动机产生爆燃。2）调节节气门的开度调节节气门的开度能够降低发动机在部分负荷时的进气管真空度，减少泵气的能量损失，提高发动机的经济性。3）改进结构由于拥有两套驱动系统，发动机的各个部件所受到的作用力较小，强度也较低，所以零部件的尺寸可以做得小一些。,4.发动机的控制技术1）发动机的开-关控制在汽车停车和低速行使时，发动机能够自动关闭；当汽车速度超过工档速度时，发动机能够自动启动2）发动机稳定运转控制这是以车速为主要参数的控制技术，利用车速大小作为控制的依据3）发动机启动加速控制由于电动一发电机在短时间内能够完成发动机的启动加速，缩短发动机的启动时间和降低排放。,任务9 混合动力总成的控制方案1.混合动力汽车的控制目标对于控制系统而言，首先要明确控制目标，然后根据目标，寻求合适的控制方法，因此控制目标和控制方法也是制定控制策略的前提条件。一般来讲，混合动力的控制目标主要有：1)最佳的燃油经济性； 2)最佳的排放性； 3)最低的成本； 4)最佳的驱动性能 。,2.混合动力汽车总成的控制系统结构方案设计1）混合动力汽车总成的控制系统硬件结构方案设计混合动力汽车总成控制系统的功能要求硬件结构方案设计是以整车对混合动力总成控制系统的要求为基础的，因此首先提出整车对控制系统的要求如下：（1）混合动力总成必须按照驾驶员意图输出驱动或制动扭矩。（2）混合动力总成的各个动力元件的动力输出必须可控。（3) 混合动力总成控制系统的中央处理器必须根据踏板开度信号和动力元件的反馈信号，按照编制的控制软件。,2）混合动力汽车总成控制系统的软件结构方案设计以下是串联系统的控制软件功能要求：（1）将踏板开度信号转换为混合动力总成的扭矩输出要求。（2）确定电动机的电功率输入和扭矩输出。（3）确定发动机-发电机组的工作状态。（4）确定发动机-发电机组的扭矩输出3.串联混合动力汽车总成的控制策略经典的串联式控制策略包括恒温式控制策略和功率跟随式控制策略,1）恒温式控制策略恒温式控制策略又称为开关式控制策略，以电池的SOC 值作为整个控制器的输入变量，设定SOC上下限值，低于下限值，发动机起动，带动发电机发电来补充电池的电能。2）功率跟随式控制策略按动力单元参与电动车辆驱动的情况，可将工作模式分为以下几个方式：(1）纯电动模式(2）混合驱动模式(3）巡航模式(4）减速和制动模块,4.并联混合动力汽车（PHEV）动力总成系统按照发动机和电机之间的机电动力耦合方式划分，PHEV动力总成系统可分为分散动力驱动系统和集中动力驱动系统。并联混合动力汽车整车控制系统框图如下图3-2所示，它包括了整车控制器、发动机控制器、电机控制器和机械制动控制器。,1）基线控制在基线控制中，电机在以下几种情况下工作：（1） V Vmin，发动机关闭，电机驱动车辆； （2） TvehTtqeng，电机提供驱动力对车辆动力要求进行补偿； （3）制动或减速时，电机反拖给电池充电； （4） SOCSOCmin，发动机提供额外扭矩给电机发电，给电池充电。2）实时优化控制实时控制策略是对每一时刻驱动能量在电机和发动机之间的分配进行优化，以按照目标综合提高整车的燃油经济性和排放性能。,3）模糊控制（fuzzy logic control），上述几种控制策略均是通过优化的发动机的工作点来提高燃油经济性或效率。模糊逻辑控制的控制思想是对发动机、电动机和蓄电池同时进行优化控制。 最后是基于最优控制理论的全局最优控制策略。这种方法较为繁琐，故在控制策略中很少被采用。由于逻辑门限值控制方法快速简单、实用性较强，而且其它三种策略的运算量较大，因此在现有条件下，国外的样车和产品车型大部分都采用逻辑门限控制方法。,5.混连式混合动力汽车动力总成控制系统 混连式混合动力汽车动力总成控制系统的方案如下图3-3所示：控制系统将钥匙信号、加速踏板信号、制动踏板信号、换挡杆信号作为驾驶员的操作输入命令。,混联式混合动力电动汽车兼具串并联混合动力电动汽车的优缺点。主要有以下几种控制策略：1）发动机恒定工作点模式2）发动机最优工作曲线模式3）瞬时优化模式4）全局优化模式混合动力汽车的能量控制策略的设计目前主要有以下四种形式：（1）基于逻辑门限值的能量控制策略（2）瞬时优化能量控制策略（3）全局优化能量控制策略（4）基于智能控制算法的能量控制策略,任务10 再生制动能量回馈系统的设计1.再生制动能量回馈系统制动时，制动踏板行程(或强度)如何与制动能量回收系统保持协调关系?起到制动能量回收作用的制动部分，会减少制动力。因为对于制动来说，从制动能量回收中所起作用考虑，必须在减少制动力方面做出相应措施。在制动力减少的同时，制动踏板的踏板力要求与踏板行程相对应。当驾驶人踩制动踏板时，则按照制动踏板力大小，通过行程模拟器（Stroke Simulator）等部分，液压制动器（液压伺服制动系统）实时进入相应工作，紧接着制动能量回收系统也将进入工作状态。即如果动力电池的电控单元判断动力蓄电池有相应的荷电量回收能力，则制动能量回收制动力占整个制动力的相应部分。,2.再生制动能量回馈系统研究现状由于制动能量回馈系统可以带来巨大的经济利益，再生制动的研发已经成为了电动汽车技术必备技术之一，国内外已经在该领域展幵了广泛的研究。我国再生能量回收技术发展还不够成熟，基本处于仿真实验的初步发展阶段。美国Yimin Gao提出了三种控制策略：理想制动力分布曲线控制策略、优化再生能量回收策略和并联制动策略。北京理工大学的李国斐等制定了一个合理的再生制动控制策略，结合电机模型提出了一种前后轮制动力分配的控制策略，大幅提高了制动能量的回收效率。,3.再生制动能量回馈系统原理 电动汽车再生制动系统的原理图如下图所示： 它主要由传感器、再生制动控制器、电机、蓄电池、转换器和转换器等部分来组成。,任务11 整车功率匹配原则1.功率匹配原则Plug-In混合动力汽车节能的主要途径是增大电驱动比例，增加电能消耗，替代相应的燃油消耗。所以，Plug-In混合动力汽车功率匹配的重点是电机、电池功率匹配。Plug-In混合动力汽车主驱动电机的匹配与其控制策略有关。简单介绍三种不同的能量控制策略：全电机驱动控制策略。这种策略在电池SOC较高时（约90%40%）电机独立驱动整车，因此需要匹配较大的电机。以电机为主驱动的控制策略。这种策略在电池SOC较高时以电机驱动为主，发动机助力，因此可以匹配功率较小的电机。以发动机为主驱动的控制策略。这种策略以发动机驱动为主，电机功率最小。,（1）电池功率要求纯电动行驶时，电池要能满足加速时电机驱动整车的功率要求，即式中：Pd，Pm max分别表示电池峰值功率、效率和电机峰值功率。当SOC较低时，电池也应能输出较大功率满足电机驱动功率要求。（2）电池的储能要求 混合动力公交汽车每天运行路线和里程相对固定，要求动力电池一次充电满足一天行驶的能量要求，即,式中：Eb、Pa、PB、T分别为电池能量、附件功率（如动力转向、空气压缩机功率等）、制动能量回收功率和电机每天运行时间。考虑到电池使用寿命，车用电池不能100%放电，需定电池放电窗SOC，所以，最终电池能量Eb应为：（3）电池寿命要求与HEV不同的是Plug-In混合动力汽车每天都要深度充电和放电，每天一次充放电，若按每年行驶300d计算，如电池设计寿命与整车相同（10-15h），则整个寿命周期电池需要进行4000次左右的充放电循环。,综上所述，Plug-In混合动力汽车的功率匹配包括总功率匹配以及发动机、电机、电池功率匹配。匹配流程图如下图3-5所示。,2.混合动力汽车用电动机在混合动力汽车应用中，电动机的选用应满足下列原则1）高性能、低重量和小尺寸；2）在较宽的转速范围内有较高的效率；3）电磁辐射尽量小；4）成本低。混合动力电动汽车对电机性能的基本要求为：1）高电压2）高转速3）质量轻4）电机应具有较大的起动转矩和较大范围的调速性能，为车辆提供起动、加速、行驶、减速、制动等所需要的功率和转矩,5）电机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，要求能实现双向控制，实现再生制动能量的回收6）装备高压保护设备驱动电机的分类如下图3-6所示，包括直流电机、永磁无刷电机、感应电机、开关磁阻电机等应用较多的几种电机。,下表3-1是几种电机的相关参数比较：3.动力元件的效率对动力电池匹配的影响各动力元件的效率一方面影响整车的燃油经济性，另一方面也影响动力电池的工作区间。这里主要考虑发动机、电机和传动系统的效率。,任务12 车用动力电池的要求1.HEV对电池的特殊要求（1）瞬间峰值电流（10C）放电、充电；（2）短时间的大电流(5C)充电、放电；（3）SOC保持在50%左右，波动在20%至50%。为了确保电动车合理的行驶性能，对其能源系统有如下要求：高比能量(确保电动车达到合理的行驶里程)；高比功率(确保加速和爬坡性能)；寿命长，免维护；成本低；充电快，效率高(提高车辆的使用效率和接受制动回输功率的能力)；尺寸小；安全性好。2.HEV电池的发展如下表4-1所示是目前已经开发的电动车用大型蓄电池的现状,（1）铅酸蓄电池阶段铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、成本售价最低廉的蓄电池。,（2）镍氢电池阶段氢镍电池是人们看好的第二代蓄电池之一它将逐渐取代镍镉电池和铅酸蓄电池。（3）镍锌电池阶段新型密封镍锌电池具有高比能量、高比功率和大电流放电的优势，这使得它能够满足电动车辆在一次充电里程、爬坡和加速等方面对能量的需求。（4）锂蓄电池阶段锂蓄电池可分为锂离子蓄电池和锂分子(高聚合物)蓄电池两种。（5）燃料蓄电池阶段燃料蓄电池是人们正在努力开发的一种蓄电池，具有代表性的燃料蓄电池有目前加拿大Ballard动力系统公司推出的功率最大的MK900燃料蓄电池组。,4.结构要求1）动力蓄电池动力蓄电池的绝缘电阻、爬电距离的要求应符合GB/T18384.1的要求。应保证车辆的任何地方不得有安装在车辆上的动力蓄电池产生的危险气体聚集。动力蓄电池舱应尽可能与乘客舱隔开。在发生意外事故或其他故障条件下，动力蓄电池可能会释放出较多的有害物质，此时应使其危险降到最低限度，尤其要注意乘客舱。动力蓄电池和动力电路系统应通过断路器和熔断器进行保护。,动力蓄电池类型应清晰可见地注明动力蓄电池的化学类型以便识别。2）触电防护要求（1）防止与动力电路系统中带电部件直接接触非高电压动力电路系统本标准不做要求。高电压动力电路系统应满足下列要求：车辆不得含有暴露的导线、接线端、连接单元。在乘客舱及行李箱中，带电部件在任何情况下都应由至少能提供IPXXD防护等级的壳体来防护。发动机舱中的带电部件应设计为只有在有意接近的情况下，才有可能接触到。打开机盖后，与系统连接的部件应具有IPXXB防护等级。,车辆其他地方的带电部件，应提供IPXXB防护等级。车辆标志a.动力蓄电池包及容易接触的带电部件的防护罩等应清楚地标注图1规定的标志，标志应清晰牢固。b.高电压配线线皮应统一由橙色和/或橙色套管构成。（2）防止与动力电路系统中外露可导电部件的间接接触非高电压动力电路系统本标准不做要求。高电压动力电路系统需满足下列要求：所有电气的设计、安装应避免相互摩擦，防止绝缘失效。应通过绝缘的方法来防止间接接触，并且使车载的外露可导电部件电联接在一起，达到电位均衡。,绝缘电阻混合动力电动汽车的高电压电路系统和电平台应绝缘，绝缘电阻值的要求应符合GB/T18384.32001中6.2.2的规定。电位均衡电位均衡应符合GB/T18384.32001中6.4的规定。3）动力电路系统和燃料供给系统（1）燃油系统设计的安装位置及管路应避开温度较高的热源以及动力电路系统等可能产生电弧的地方，尤其不能在一个密闭的空间内。（2）动力电路系统和燃油供给系统设计的安装位置及线路、管路走向应保证两个系统具有安全距离或保证有效隔离。,（3）车辆在各种使用条件下，供油管路与其接头不允许有泄漏。一旦发生燃油泄漏时，设计上应保证绝不允许流到动力蓄电池和高电压电路系统。（4）对于使用汽/柴油之外燃料的车辆，燃料供给系统须满足其相应燃料车辆标准的安全要求。4）车辆碰撞的特殊要求（1）按照国家强制性标准的规定进行相关的碰撞试验，满足相关的要求，以及下列要求。（2）乘员保护进行碰撞试验时应满足下列要求如果车载储能装置安装在乘客舱的外部，进行碰撞试验中和试验后，动力蓄电池包及其部件(动力蓄电池、蓄电池模块、电解液)不得穿入乘客舱内。,如果车载储能装置安装在乘客舱内，车载储能装置的任何移动应确保乘客的安全。进行碰撞试验中和试验后均不能有电解液进入乘客舱。进行碰撞试验中和试验后储能装置不能出现爆炸、着火。（3）第三方保护进行碰撞试验时，动力蓄电池包及其部件（动力蓄电池、蓄电池模块、电解液）或超级电容器等储能装置不能由于碰撞而从车上甩出。（4）防止短路进行碰撞试验时，应防止造成动力电路的短路。（5）绝缘电阻的测量碰撞试验结束后，按照GB/T18384.32001中6.2.2的要求(不需进行准备阶段)进行绝缘电阻的测量，并满足绝缘电阻的要求。,5）翻车时车载储能装置的安全要求翻车时车载储能装置应满足上述要求，同时混合动力电动客车的储能装置应满足GB/T17578的要求6）防水要求应通过一个绝缘电阻值监测系统提供防水监控，或通过遮蔽电压设备(非高电压部件本标准不做要求)防止其暴露在水中或依靠其他方式。5.功能安全要求1）起动程序2）行驶和停车3)手动开关应配备一个手动开关来断开车载动力电源(例如：动力蓄电池)。当车辆因维修保养或故障，不能确保高压系统绝缘时，该开关能够切断高压动力电路系统。,4)电磁兼容性车辆应满足GB/T18387及GB14023、GBl8655、GB/T17619的要求。5）故障防护6）用户使用手册在用户使用手册中应特别注明混合动力汽车独特的方面。,任务13 锂离子电池的工作原理和技术难题1.锂离子电池概述锂离子电池发展历史：1973年，氟化碳锂原电池在日本松下电器公司实现量产，商品化锂电池面世。1978年，日本三洋公司的锂/二氧化锰电池实现量产。1991年6月，日本索尼公司将液态电解液锂离子电池成功实现了商品化。自此之后，锂离子电池在便携式电源领域的市场份额不断扩展。国内锂离子动力电池发展：我国锂离子动力电池研制始于二十世纪，起步较晚。但自2000年以来，随着我国投入十多亿资金用于支持发展电动车和相关电池技术，国内锂电技术有了很大进步。,2.锂离子动力电池工作原理锂离子电池的结构是由可“嵌入”锂离子的正极和可“释放”锂离子的负极构成。中间是电解质，把正极与负极隔开，锂离子可以通过而电子不能通过。如下图4-1所示。充电时，正极中的锂原子电离成锂离子和电子。,3.锂离子动力电池特点（1）单体电池工作电压高达3.7V，是镍镉电池,镍氢电池的3倍，铅酸电池的近2倍（2）重量轻，比能量大，高达150Wh/Kg（3）体积小，高达到400Wh/L，体积是铅酸电池的二分之一到三分之一（4）循环寿命长，循环次数可达1000次（5）自放电率低，每月不到5%（6）允许工作温度范围宽，低温性能好（7）无记忆效应（8）特别适合用于动力电池（9）无污染（10）存在安全隐患,任务14 电池充电及发热控制在了解混合动力汽车的充电技术之前我们有必要了解关于传统的混合动力车辆和插电式混合动力车辆的联系和区别。传统的混合动力车辆由于能量密度较低（动力电池容量一般低于1.5kWh），因而不需要外接充电，仅籍由刹车时回收动能为动力蓄电池充电或利用车辆在低速行驶时发动机的多余功率通过发电机（电动机反转）为动力电池充电。插电式混合动力可以行驶在纯电动模式下，也能行驶在发动机与驱动电机共同工作的混合动力模式下。,1.动力电池充电方式简介1）传统方式恒流充电阶段电池的充电容量呈线性迅速增长，很大程度上节省了充电时间，由于动力电池极化电压的存在，恒流阶段不可能将动力电池充满，需要CV充电阶段进行补充充电，使电池充满。2）脉冲充电方法脉冲充电方法被广泛认为是一种快速高效的充电方法，脉冲参数的不同对电池性能的影响也不同，脉冲频率宜采用锂离子电池阻抗最小时的频率，从而使阻抗引起的损失最小，提高充电效率。,3）多阶段恒流充电多阶段恒流充电是研究较多的方法，是将动力电池整个SOC阶段分成若干阶段，每个阶段都采用恒流充电，为了保证电池充满，多阶段恒流后经常还有一个恒压充电阶段。4)急充电急充电是一种超快的锂离子电池充电算法。它对接近于完全放电状态的电池先进行5min的4.2V或4.3V恒压大电流充电，然后转入CCCV阶段。一个完全放电状态下的电池能够在5分钟内充到电池额定容量的三分之一。2.动力电池充电发热电池发热有两种情况，一种是放电发热，另一种是充电发热。,1）放电发热放电发热的原因主要有：放电过快，有可能是电池容量小，放电电流长时间超过0.5C。2）充电发热充电过程中发热，可能的故障原因有：（1）电池自身问题，电池的衰老，内阻变大，电解液干涸，内部有短路等造成发热。（2）充电器问题，一般的充电器没有脉冲功能，更没有负脉冲消除极化功能，这类充电器通常不能在充电后期恒压，以至造成电池电压超过允许值，从而导致电池大量析气、失水、发热。,任务15 电池安全及故障诊断技术1.常见电池安全问题1）电芯会不会起火爆炸2）会不会产生电击事故3）能不能经受各种恶劣的环境4）能不能经受各种滥用5）电池管理系统失效了怎么办2.故障诊断的基本概念 现代汽车的故障诊断技术有下面三个特征：（1）网络化的故障诊断方式（2）多样化的故障分析手段（3）现代化的故障诊断设备,（2）基于非模型的故障诊断理论与方法，比如信号空间特征、模态与信息处理方法的诊断理论与方法。实现自主保障的一项关键技术就是故障预测与健康管理技术（Prognosticsand Health Management，PHM），故障预测与健康管理技术主要是通过采集先进传感器的信息，并借助各种算法与智能模型（如模糊逻辑等）来监控、预测与管理整车的运行状态，它主要包括以下的主要功能：故障检测；故障隔离；故障预测；残余使用寿命预计；部件寿命跟踪；性能降级趋势跟踪；,故障选择性报告（即只通知立即需要驾驶员知道的信息，将其余信息通报给维修人员）；辅助决策和资源管理；信息融合和推理机；信息管理（即将准确的信息在准确的时间通报给准确的人员）。3.故障诊断与健康管理技术在汽车行业的应用基于研究实例发现，国内外学者在对混合动力汽车零部件、子系统的故障诊断的过程中，研究的重点主要是集中在以下三个方面：1）故障定义，即利用因果法或者故障树分析的方法，分析故障现象和故障原因之间的关系，从而得到需要考察的故障原因；,2）故障模拟，即通过建立系统的控制仿真的模型，或者仿真传感器的故障信号模型，定量地反映出系统的故障特征；3）故障分离，即通过采用合理的数据处理的方法，对故障条件下的故障特征进行模式识别，从而为故障诊断提供基础。,任务16 控制器及CPU的选择,1.整车控制器1）概述整车控制器是混合动力汽车的核心控制部件，它可以根据加速踏板位置、档位、制动踏板位置等驾驶员的操作和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的发动机、电动机输出功率和发电机转矩等参数，从而来协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶，此外可通过行车充电和制动能量回收等实现较高的能量效率，因此整车控制器的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其它性能。,2）整车控制器的功能 混合动力电动汽车整车控制器需要实现的功能有以下几点： （1）识别驾驶员意图 （2）车辆动力分配 （3）制动能量回收控制 （4）故障诊断 （5）控制仪表显示 （6）保障行车安全3）整车控制器的硬件架构混合动力汽车的整车控制器硬件组成主要由印刷电路板、线束插座、壳体以及固定螺丝等组成。,整车控制器：不同公司生产的整车控制器结构上有所差异，但硬件电路的组成原理是基本相同的，其中最为复杂的是印刷电路板部分。典型的整车控制器硬件系统组成主要包括：微控制器、存储模块、输入模块、输出模块、电源模块以及通讯接口等,4）整车控制器的软件架构（1）软件开发车用控制器软件的开发属于嵌人式开发,由于嵌入式系统的特点,车用控制器开发就是一个多学科人才合作的结果。（2）软件架构嵌入式软件架构从简单到复杂可分为中断驱动系统、实时多任务系统和多处理器系统。（3）Autosar软件系统介绍Autosar是Automotive Open Systems Architecture的缩写，即汽车开放系统架构，它定义了一套支持分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案。,2.CPU的选择1)DSP技术 DSP(DigitalSignalProcessing)技术，也称为数字信号处理技术，是将一种具有特殊结构的微处理器应用于各种信号处理上，并通过各种信号处理算法，满足系统的控制要求的技术。DSP系统具有很多优势：灵活性高，仅仅通过数字处理软件的修改可以改变应用场合和处理方法。精度高，其精度仅与A/D的位数和计算机字长、算法有关，其数据的处理不受数字部分的元件精度的影响。可靠性和可重复性好，受环境温度、电磁场等干扰的影响比较小。系统集成度高和性价比高。由于动力总成控制器要在车辆运行过程中，检测车辆运行状态并实时决策，因此对CPU的指令周期也要求很高。,2)飞思卡尔飞思卡尔有着30多年汽车电子的领导地位，是全球领先的汽车工业半导体供应商。3)单片机单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。,任务17 CAN总线在混合动力汽车上的应用1.CAN总线简介及其特点CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率最高可达1Mbps。并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。2）CAN总线特点（1）使网络内的节点个数在理论上不受限制（2）可在各节点之间实现自由通信（3）结构简单（4）传输距离远和传输速率快,2. CAN总线通信原理 1)CAN总线协议CAN总线协议是一种非破坏性的通过竞争进行总线仲裁的协议。当多个节点同时要求占用总线传输数据时，CAN总线协议控制器根据标识码大小对总线进行仲裁，标识码较小的信息具有较高的总线占用优先级。当在1条总线上有2种不同格式但有相同标识码(BID)的信息进行竞争时，标准格式帧比扩展格式帧的优先级高。2）CAN总线系统的组成CAN数据总线系统由电控单元（ECU）、双绞传输线和终端电阻组成，它的结构如图：,电控单元： CAN总线连接到电控单元（ECU）又称为CAN总线上的节点。理论上CAN总线可以连接无穷多个节点，在实际应用中往往与线路的长短有关，线路越长传输的速率就会越低，一般车载CAN总线的节点数可以达到数百的。,3. CAN总线的分类 美国汽车工程师协会(SAE)车辆网络委员会根据标准将汽车数据传输网划分为A,B,C三类: A类:面向传感器/执行器的低速网络，数据传输位速率通常只有1-IOKb/s。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。 B类:面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10-100 Kb/s。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断。C类:面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1 Mb/s，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统。,4.CAN总线在混合动力汽车上的应用混合动力汽车的结构复杂，有多种需相互作用却又相对独立的部件，并且车载环境比较恶劣，有很强的干扰，模拟信号的可靠性不高。图中CAN总线混合动力控制系统，包括控制器、四路CAN总线、电机驱动器、信号输入模块、显示仪表、电池管理系统以及发动机ECU。,任务18 混合动力汽车整车控制策略1.整车控制策略的研究现状混合动力汽车的动力系统基本可分为串联式、并联式和混联式3种，对并联型和串联型混合动力汽车控制策略研究现状进行分析。混联式混合动力系统结合了串联式和并联式两种结构的优点，使得能量流动的控制和能量消耗的优化具有更大的灵活性和可能性，并对混联式结构的几种控制方案进行了分析。控制策略不仅仅要实现整车最佳的燃油经济性，而且还要兼顾发动机排放、蓄电池寿命、驾驶性能、各部件可靠性及整车成本等多方面要求，并针对混合动力汽车各部件的特性和汽车的运行工况，使发动机、电动机、蓄电池和传动系统实现最佳匹配。,2.整车控制策略在混合动力汽车各部件的配置确定下来之后，如何优化控制策略是实现混合动力汽车低油耗、低排放目标的关键所在。在满足汽车的动力性和其他基本技术性能以及成本等要求的前提下，针对各部件的特性及汽车的运行工况，控制策略要实现能量在发动机、电动机之间能有效而合理地分配，使整车系统效率达到最高，获得整车最大的燃油经济性、最低的排放以及平稳的驾驶性能。1)串联式混合动力汽车的控制策略（1）恒温器控制模式当蓄电池荷电状态(SOC)降到设定的低门限值时，发动机启动，在最低油耗或排放点按恒功率输出，一部分功率用于满足车轮驱动功率要求，另一部分功率向蓄电池充电。,（2）功率跟踪式控制模式 这种控制策略根据电池的SOC和负荷确定发动机的开关状态和输出功率的大小，目的是满足设备的功率需求。2）并联式混合动力汽车的控制策略并联式混合动力汽车的控制策略目前仍不成熟，需要进一步优化。一般的控制策略通常是根据电池的SOC、驾驶员的加速踏板位置、车速和驱动轮的平均功率等参数，按照一定的规则使发动机和电动机输出相应的转矩，以满足驱动轮驱动力矩的要求。（1）以车速为主要参数的控制策略它利用车速大小作为控制的依据。当汽车车速低于所设定的车速时，由电动机单独驱动车轮；当车速高于所设定的车速时，电动机停止驱动，而由发动机驱动车轮；当车轮负荷比较大时，则由发动机和电动机联合驱动车轮。,（2）以功率为主要参数的控制策略当车轮平均功率低于某设定值时，汽车由电动机单独驱动；当车轮平均功率高于该设定值时，此时有利于发动机有效工作，因而发动机被启动，电动机则停止运行。（4）以成本和燃油经济性为目标的控制策略采用以成本和燃油经济性为目标的控制策略的混合动力汽车装备了小功率电动机和小容量的蓄电池组，使蓄电池组的成本和质量减少到最小程度。这种汽车在加速时的控制策略有以下几种模式：当汽车原地起步时，由发动机单独驱动汽车起步或者由电动机单独驱动汽车起步，然后在汽车的速度增加到一定值时，发动机启动，提供加速所需的补充动力。,当汽车快速起步或急加速时，发动机和电动机联合向车轮提供驱动功率。 （5）电力辅助控制策略电力辅助控制策略将电动机作为动力系统中的灵活因素，根据汽车工况对发动机输出功率进行“削峰填谷”，从而优化发动机的运行。3）混联式混合动力汽车的控制策略（1）发动机恒定工作点模式（2）发动机最优工作曲线模式 （3）瞬时优化模式（4）全局优化模式,任务19 混合动力控制系统的检修1.混合动力控制系统的简介1）混合动力控制系统主要部件位置,混合动力控制系统主要部件设置图：混合动力汽车的控制系统相对传统汽车的控制系统复杂了很多，其主要有几大总成：带电动机的压缩机总成、带转换器的变频器总成、变速驱动桥总成等。其他控制部分的按键也都集成在了控制仪表盘上。,2）混合动力控制系统电路常见的汽车电路主要是由电源、启动、点火、照明、信号、仪表与显示、电子控制及辅助设备等组成。混合动力汽车的控制电路需要涉及的方面更多，前文中介绍的CAN总线系统在混合动力汽车中运用，一定程度简化了控制电路。混合动力控制系统电路如下图所示：,2.混合动力控制系统的检查1）检查变频器在检查转换器和变频器之前要先检查DTC（Diagnostic Trouble Code），并进行相应的故障排除。具体操作步骤如下：（1）关闭电源开关；（2）拆下检修塞；（3）拆下变频器盖；（4）如图所示，将连接端子A和B断开；（5）打开电源开关（IG位置）；（6）用电压表测量电压，同时，用欧姆表测量电阻。,2)检查转换器要戴绝缘手套。如果HV系统的警告灯、主警告灯(如图6-4所示 )和充电警告灯(如图6-5所示)同时点亮，则检查DTC并进行相应的故障排除。,（1）检查运行情况辅助蓄电池端子的电压标准见表：提示:“READY”灯亮时，转换器输出电压。熄灭时，辅助蓄电池输出电压。（2）检查输出电流,从变频器上断开MG 1和MG2电线。在如图6-7所示位置，安装电压表和交流/直流200A的探针。将MG1和MG2电线连接到变频器。在“READY”灯亮的条件下，依次操作12V的电气设备，然后测量输出电流。标准：大约80A或者更小。如果输出电流为0A或者大于80A，则检查输入/输出信号。（3）检查输入/输出信号,按照图6-7所示，断开连接器。用电压表测量车身接地与车辆侧线束连接器的端子间的电压。标准：与辅助蓄电池端子电压相同。如图6-8所示，断开连接器。打开电源开关（IG位置）用电压表和欧姆表测量车辆线束侧连接器端子间的电压和电阻，连接器端子如图6-9所示，电压和电阻的标准见表6-2中，如果测量结果不符合标准值，则要及时更换带变频器的转换器总成。,3）检查速度传感器速度传感器如图6-10所示：检查先拆下速度传感器或者断开电源的连接。用欧姆表测量端子间的电阻，连接器如图6-11、6-12所示。将测量所得的电阻数据与标准表规定的电阻数据进行对比，速度传感器的标准电阻值见表6-3所示。如果不符合标准值，则更换混合动力车辆变速驱动桥总成。,4）检查温度传感器从检测对象方面讲，温度传感器包括发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器和排气温度传感器。发动机冷却液温度传感器(ECT)用来检测发动机冷却液的温度，并将温度信号转变成电信号输送给发动机控制模块,进气温度传感器(IAT)进气温度传感器(IAT)用来检测进气温度，并将进气