轻型汽车技术2021(1-2)技术纵横 31
纯电动VCU 故障诊断策略研究与开发
于海燕孔德胜王子腾王春芳
(南京汽车集团有限公司汽车工程研究院)
摘 要：基于整车控制开发的实际需求以及人身安全为原则，本文提出了基于
纯电动VCU 故障诊断策略研究机制。介绍了故障诊断的整体方案设计、故障的策 略开发原理以及故障处理的相应原则。提出一种基于模型的诊断开发框架，一定程 度上缩短了开发周期，同时为具体诊断协议的实现提供了数据支撑。
关键词：故障诊断策略去抖算法故障处理
1引言
汽车电子控制系统的大量应用，提高了车辆 性能，增加了新功能，同时也产生了新的问题。电 控系统自身的故障，可能导致汽车失控和不能运
行。从可靠性、安全性和可维护性的角度，汽车电
控系统必须具备故障自诊断功能。纯电动汽车由 于其对安全性能的特殊需求，对于故障诊断的能 力也就相应提高。VCU 作为电动车上协调与控制
部件系统有序运行的“大脑”，它通过判断和搜集
相关部件与信息的有效状态，并实时监控与定位 整车控制逻辑与指令，对于异常突发状况，从安全 级别的要求，对相应故障做出响应，并对故障进行
解析与相关信息获取。对电动汽车故障做到提前 识别、及时处理、同时存储和报警.这对提高电动
汽车的安全运行具有重大意义，并给电动汽车的 维护和修理工作提供可靠的依据。
2
VCU 故障诊断整体方案设计VCU 作为整车控制的核心，其基本思想是处
理整车及部件信息，正确解析驾驶意图并协调控
制电机、电池及其它附件的工作，同时集成故障诊 断与处理功能，使得整车控制器具备诊断容错能
力,VCU 整体控制系统架构如图1所示。
2.1 故障状态检测
故障状态检测从属性分类可以分为信号有效
图1 VCU
控制系统架构
32技术纵横轻型汽车技术2021（1-2）网络通信检测
模拟信号檢测
油门踏板
（1\2）
制动踏板
水平对置发动机蓄电池參考电压故障•考电压故隔
<SG SB.<X：>、i SCWB.tK-)、
采*电压故除采囊电&故吗
<»■<)<Mi）、
2路跆収佶号不成
也■白学习故卑
比优检劃数字信号检测当前故障状杰梅测
数字输入信号划动开关
X空SMMttfl
«t字输山佶号
<SG'.SBOC> >k»a>kSM・M・.
*£a««a*a**M
安德武控IH逻辑检测
故障状态检测
故障响应
古m断即[1
测科三考试全过程顺序
试
失
ft
状
检
测
本
次
耳
M
试
失
敢
检
M
确
的
故
楡
A
己
■
认
的
A
检
次
J6
哈飞小霸王怎么样测
试
%
成
检
M
上
次
清
险
试
ft
楡
A
4
耳
M
试
未
检
故
*
出
*
次
.
.
.
.
.
.
.
.
.
故
障
码
解
析
全
局
冻
结
檢
解
析
故
卑
对
应
快
煎
解
析
DID
鱗
析图2VCU诊断框图
性检测、控制逻辑检测、安全功能检测这三大方面。
信号有效性检测分为总线信号检测、数字信号检测、模拟信号检测。
总线信号检测原则：在钥匙信号有效，蓄电平有效的前提下，对于发送频率最高的单个节点，当连续检测到50次接收状态为异常的报文时，认为该节点信号失真。
数字信号检测原则：数字信号检测分为数字输入和数字输出。数字输入检测主要包含对地短路SG，开路OC，对电源电路SB。数字输出检测主要基于外部执行器，比如继电器的状态检测，通过逻辑判断的方法，判断数字输出返回状态与其控制命令状态是否一致，或者说已经处于断电状态，某个继电器仍处于闭合状态。
模拟信号检测原则：纯电动整车的模拟量主要包含油门、制动、蓄电池。在蓄电池电压正常的情况下，通过判断传感器参考电压和输出电压，验证电压信号是不是在合理范围之内。同时，通过判断两路油门踏板的输出电压比例是否在合理范围之内，判断油门踏板是否合理。
控制逻辑检测是在外部输入硬线信号（包括数字信号与模拟信号）和总线信号有效性的前提下，分为整车高压之前（包含充电模式与非充电模式）的逻辑判断、上高压成功之后的逻辑判断，以及掉高压之后的逻辑判断。高压之前和高压之后的逻辑判断通过监控控制逻辑过程，
来定位过程
华晨金杯轻型汽车技术2021(1-2)技术纵横33
图3基于计数的去抖进程
当中的异常，并判断异常的来源。上高压成功之后，通过各变量之间的关联，来定位故障。例如，当检测到上高压电成功之后,DCDC的工作状态反馈为使能状态，但是蓄电池的电压没有上升，则定位DCDC工作异常。
安全功能检测是指和数据流与指令流相关的检测。数据流是检测数据在模块的传递过程中是否会发生改变，若有.则视为无效。指令流是指监控电机反馈的扭矩与转速是否合理。例如，当电池功率减去电机的输入功率(扭矩与转速的乘积/9550)与附件功率之和相差太大，电机输入扭矩有误。
2.2故障处理
故障处理的原则：当检测到有故障状态置位，点亮故障指示灯，并按照故障严重程度，进行故障等级分类，应用蜂鸣器声响频率来预警不同的故障等级。在故障发生时，从人生安全和用电设备安全出发，进入不同的故障相应模式，必要时，及时切掉负载。
VCU故障诊断框图如图2所示。
3故障策略开发与故障响应
故障策略基于计数去抖算法，进行故障状态位的解析与获取，从而为当前故障码、历史故障码、故障码总数的获取提供依据。故障去抖算法的逻辑图如图3所示。
对于计数去抖算法，故障策略模块指定了
3
34技术纵横轻型汽车技术2021(1-2)
表1故障响应列表
故障等级故障表征故障处理致命故障电机、电池不能工作；绝缘值过低等立即下高压
严重故障电机、电池性能降低、油门故障、制动故障、DCDC故障等降功率运行
--般故障非主要部件发生损坏，对汽车运行基本没有影响不作处理
个主要的参数(DebounceCounter、UpRatio s Down-Ratio)，在一个钥匙上电循环进程中，每10ms调度循环，执行一次故障检测。故障策略模块定义一个去抖计数器DebeunceCounter，当DehounceCounter 为0，故障测试通过。当DehounceCounter=De-bounceLimit，测试失败。循环过程中，策略模块检测到故障，去抖计算器加一次UpRatio，当故障检测无效，去抖计算器减一次DownRatio(2个UpRa-tio=DownRatio)0当测试运行岀现异常情况(比如电源电压过低),Dehou nceCounter保持，Debounce-Limit的实际值依据故障的严重级别进行指定。
在当次测试周期过程中，一旦出现De-bounceCounter=0或者DebounceCounter=De-bounceLimit，则
"上次清除后测试未完成"和"本循环测试未完成”将置“0”，直到诊断故障代码被清除。“本次操作循环测试未完成”在下个周期操作开始置为“1”。
在“已确认的故障”位由“0”变为“1”时，则该故障码所对应的快照信息存于非易失性存储器。除非故障码被清除，否则快照信息将不会被修改。如果“本次循环测试失败”由“0”变“1”，则故障出现次数加1，最大保持在255o
故障的处理依据故障“已确认的故障”位进行响应。
奔驰凌特房车
VCU通过判断识别“已确认的故障”位是否置1，从实车需求和安全角度，对故障进行等级分类，在不同的故障等级下，整车执行不同的故障响应，表1为故障响应列表。
系统低压供电低，会导致整车其它用电器工作异常，在系统供电电压低和其他故障同时出现的情况下，应该首先考虑供电电压过低导致，先排除电压低的故障原因。
电机、电池在运行过程当中，会依据自身的故障类型对故障进行等级分类，并传递给VCU。
电机与电池的故障处理分为两种情况：整车上高压前与整车上高压后。上高压前，电机与电池发生致命故障时,VCU禁止上高压；
整车上高压后，电机若发生致命故障，为防止车子在高速情况下突然掉高压出现异常突发情况，从安全角度考虑，此时请求扭矩置0，电机禁止工作,VCU等待34s，若在34s之内，电机故障消除，重新使能电机工作；若34s之内，电机故障没有消除，待车速降为0，整车执行完全掉高压流程，司机关闭钥匙电。
整车上高压后，若电池发生致命故障，其故障处理与电机致命故障类似，但若在34s之内，电池故障消除，此时的整车下电流程不可逆，整车需要进行一次钥匙下电重启过程，整车才会正常工作。
通过界定不同的绝缘值范围,BMS会上报相应的故障等级,VCU执行不同故障等级响应。
扭矩监控故障为电机的实际扭矩超出理论扭矩限值，此种情况下，从电机本体和整车安全角度出发，整车进入跛行模式，对电机扭矩进行限制；油门故障包含油门的硬件电路故障，也包含油门的装配故障，当出现油门故障时，整车进入跛行模
轻型汽车技术2021(1-2)技术纵横35
图4故障确认流程
图5诊断模型设计