£
技朮交* ］设计
Tech n i c al Com muni c ati o n 匸
李建华，袁峰，王银辉
（长沙普罗科环境装备有限责任公司，湖南 长沙 410100）
摘要：电动环卫车辆穿梭在城市的大街小巷，助力城市的环境卫生保洁、垃圾收运、雾霾治理和绿化灌溉。车
辆上装驱动均采用电机驱动，若电机产生故障，则上装功能必然受到影响甚至失效。因此，系统地研究电机控制器
和电机故障模式，并结合工况制定合理的
，可有效保障上装系统功能的稳定性。
关键词：环卫车上装；电机和控制器；故障模式；研究
中图分类号：）463.6
文献标志码：A 文章编号：1003-8639（ 2021 ）01-0037-04
Research on Fault Mode of Motor and Controller on Sanitation Vehicle
LI Jian-hua , YUAN Feng , WANG Yin-hui
（Changsha Proco Environmental Equipment Co., Ltd., Changsha 410100, China ）
Abstract ： Electric sanitation vehicles shuttle through the streets of the city , helping the city's environmental sanitation , garbage collection and transportation , haze control and green irrigation. The motor is used to drive the vehicle. If the motor fails , the function of the vehicle will be affected or even invalid. Therefore , the systematic study of motor controller and motor failure mode , combined with the working conditions to develop a reasonable response strategy , can effectively ensure the stability of the upper system function.
Key words ： sanitation truck mounting ； motor and controller ； failure mode ； research
李建华，从事新能源商用车和专用车开发17
年，研究方向为商用车动力总成；袁峰，从事
1上装电机系统组成
新能源商用车和专用车开发10年，研究方向为新能源汽上装电机系统主要 永磁同步电机( 电机)和
驱动器组成，其系统组成
1, 动器输
车系统集成技术。
2017年3月5日，李克强总理在两会政府报告中提出“强 化机动车尾气处理，鼓励使用新能源汽车”。纯电动汽车随 即在乘用车、商用车和专用车领域大力推广。电动环卫车辆
穿梭在城市的大街小巷，助力城市的环境卫生保洁、垃圾收 运、雾霾治理和绿化灌溉。
环卫车上装电机系统用来驱动风机、水泵和油泵，其主
要组成部 电动机、
、申
。
永磁同步电机具 效 高、 度高和
，被广 用于电动车辆电机驱动系统中，在电动
y 出电机 , 驱动
电机的运，其拓
2。
电机的 比
铁心、定子绕组、
、
、弓
、 水、位
(
)、机 。
3。
永磁同步
电机驱动 系统
磁步机
永同电驱动 器
转子本身
转子磁珠 」功率器件I 定子绕组I 定子铁心「I 电容 「I 微处理器■腔制器卜-腔制电路片集成电路图1上装电机系统组成
环卫车 ，上装 用永磁
同步电机驱动，电能来 盘 动力电。
环卫车
y
在
的 环境下y 动力其 系统 能会出 同 度 的 y 主要 上装电
机驱动系统
gto汽车y
理的
y
保上装能的
y
提 车辆的出 具
。i/n 器件（
IGBT ）
+
动力电池 母线电压
一器稳压电
容C
功率开关 器件(
IGBT) 功率开关 器件(
IGBT)
功率开关 器件(
IGET)
功率开关
功率开关 器件(
IGBT)
功率开关 器件(
IGBT)
图2 电机系统电气拓扑简图
磁步机
永同电-4W
收稿日期:
2020-07-10
3设计）奔〔技朮交.
Technical Communication
图3永磁同步电机组成简图
电机的转子结构可以根据永久磁体在转子上的位置不同划分为3大类：面贴式、内嵌式和内埋式。具体的转子结构如图4所示。本项目所使用电机均为内嵌式。
面贴式内嵌式内埋式
图4永磁同步电机转子结构
在驱动电机工作时，需要采用专用电机控制器。电机控制器的组成包括电源模块、IGBT（或MOSFET）、稳压电容、驱动电路、微处理器、采样模块、PWM脉宽调制模块、CAN 通信模块、电流\电压传感器、温度传感器、位置传感器、水套、高低压连接器、铜排和机。电机控制器组成如图5所示。
图5电机控制器组成简图
2电机和电机控制器的工作原理
电机本机电V电机
电磁学、电电子、机、热、信号处理技术和计算机科多学科技术。2.1电机工作原理
电机以磁为以电磁理为的转换装置，工作包模式；电动模式和电模式。
电机在工作时，电机的磁V电动机的定子组通电流，在通入电流在电动机的定子组成转磁V在转子上永磁体V永磁体的磁的，根据磁的同的理，在子的转磁动转子转V最终达到转子的转度子的转磁的转V
电动模式 V上机V同时电能V电模式。工作原理图图6。
图6永磁同步电机工作原理简图
2.2电机控制器工作原理
电机控制器结构组成1V要
流电源的流电转为永磁同电机所需的流电V因作流/流（DC/AC v器）变换器。电机控制器模块参见图7。
图7电机控制器系统模块简图
电机控制器电机的技术，控制接影电动机的。在不同的转V 的转V转为需转。为要
需要永磁同电机的转控制V电机控制
比亚迪f3r改装K技朮交*
Technical Communication
+计
技术的核心任务。电机控制的核心部件为传感器、电机控制
器，通过二者可时刻掌握转子的工作状态，并计算电机在各
时刻的需求电压，从而实现电机输出转矩的控制。
由于电机具有交流三相绕组的结构7电机控制器一般都
由6个电力半导体器件组成。IGBT是当今电驱系统中最常用
的功率半导体开关器件，其综合了GTO电力晶体MOS-
FET电力的。电机控制器中最为核心的便是控
制算，其中最为常用的电机控制技术为磁场
矢量控制技术。
3电机系统常见故障分析
在实际工程中7电动环卫车上用永磁同步电机驱动
机、。电机系统工作在、环
7环时7电机系统在上力
上7部有77于7出现在
。为现、，中
电机控制器常7为电器、机
电。一的危机程
7为1、2、3。
3.1电机常见故障分析
电机的时转7导
其的率最7子绕组。
导7常7时子
绕组7导电机输出转矩输出功率7严重
成7电机。
大部分电机故障都是综合故障且相互影响7为了更好地
描述电机的7中把电机为电器、电「障
机。电机列表及参见表1。
表1电机故障列表及分析
序号故障名称故障种类故障原因分析
1绕组短路电器故障
电机过压、过温；匝间绝缘层损坏
2绕组断路电器故障
冲击和震动，匝间焊接点接触不良
3位置传感器失效电器故障
旋转变压器失效或者线路损坏
4电机轴承烧损机械故障
轴承润滑不好或电机转轴故障
5永磁体退磁电磁故障电机过温或剧烈震动
6温度传感器失效电器故障
热敏元件损坏、信号线短路或者对搭铁短路
3.2电机控制器常见故
根据第2章描述7电机控制器涉及集成电路、半导体芯片、传感器、微处理器多门学科7考虑到集成电路、传感器、围附件电磁兼容等素影响。在实际工程中7电机控制器出现故障的几率比电机要大。中列举了部常7参见表2。
表2电机控制器故障列表及分析
序号故障名称故障种类故障原因分析
1电容损坏
过压击穿、正负极反接或对搭
铁短路
2光耦失效
LED开路或短路，三极管开
路短路
3霍尔失效正负极或者端子对外短路
4IGBT损坏
长时损坏、热不良或
极间短路、过压过击穿5
CAN总
线故障电器故障
CAN收发器损坏、线束老化6
温度传
感器失效
热敏软件损坏、信号线短路
或者对搭铁短路
7
电
压故障
压电 电故障或电
模块故障
8交流侧过流
电机匝间短路或电流采集
霍尔损坏
9
电机转速
速故障
CAN总线干扰或上装控制
器
10
器
件故障
电器故障
机械故障
动电路、IGBT、MC?或其
件故障
11转故障机械故障负电机动12
交侧
断路
电器故障
UVW三线因冲击或线
老化导致与电机UVW线断路13绝缘故障
电器故障
故障
电机器绝缘或外
损压器件绝缘
下降至警戒值
3.3
由于现实工程项目中7随时都有可能7的监测必须具有实时性7以诊断都是通过各传感器采集需的物理量7再通过集到的物理量是否存在以及何的判断。此必须要前中列举的电机控制器。后的列表参表3。
要性反系统成的影响大小7危险等
导硬件损坏7系统功能丧失险等状态下7电机处于状态7部功能7达不到实际使用要求。
3.4电机系统等
在实际工程中7电机系统的电源为底盘动力电池提供的直流电源7电池的电压受单体电芯电压影响7如磷酸锂电池7电压在2.6~3.6V，系统标称电压为537.6V，其电压范围为436.8~604.8V7最高最低相差168V，幅差较大。时，为力电池的电压测7在电池电时7其电压低7电流7低在电池电过程中7电池一个较的电压力电池电7在充电7电压上常缓慢7直至电池达到电截止电压7考虑到电压采集误差电池过充导致电池组电压升高情况。对
设计)奔〔技朮交.
Technical Communication
表3电机系统故障归纳
序号故障名称故障说明重要性1MCU母线过压导致电容损坏严重2MCU母线欠压控制器不能正常工作危险
3MCU母线过流
IGBT损坏或短路，
绝缘故障
严重
4电机相电流过流相线短路或负载超载危险5电机堵转报警负载卡滞危险6电机软件自检故障电机控制器程序故障危险7MCU温度过温MCU过温1级2级危险8电机温度过温电机过温1级2级危险9电机超速报警电机超速危险10MCU通信故障MCU总线通信失效危险
11MCU硬件故障
MCU硬件损坏，如
IGBT等
严重
12转速传感器故障电机旋转编码器故障危险13电机温度传感器故障电机温度传感器故障危险14MCU温度传感器故障MCU温度传感器故障危险15MCU低压欠压故障MCU低压24V欠压危险
16MCU主动放电超时
MCU控制电容主动
放电超时
危险
17U相电流传感器故障
U相电流传感器霍
尔故障
危险
184相电流传感器故障
V相电流传感器霍
尔故障
危险
19W相电流传感器故障
W相电流传感器霍
尔故障
危险
于过压、欠压、过流类故障，应按照硬件特性进行细化，不能单一地按照有无故障去衡量8还应根据实际情况制定不同等级。MC#母线过压设置为2个级别。其它电流、温度均采用相同方法设置两个级别。电机系统故障分级参见表4。
需要特别指出的是表4中所列举的参数阈值均为作者所
表4电机系统故障分级列表
序号故障名称故障等级
1MCU母线过压1级(613V)；2级(621V) 2MCU母线欠压1级(487V)；2级(470V) 3MCU母线过流1级(200A)；2级(220A) 4电机相电流过流1级(380A)；2级(420A) 5MCU温度过温1级(85!)；2级(105!) 6电机温度过温1级(120!)；2级(145!) 7电机超速报警1级(2950)；2级(3100)
8MCU低压欠压故障2级(18V)；3级(16V)研发项目定义值。
在用过程中8、件存在品质缺陷情况下8CAN线会存在故障。故障 下8MCU不制发的指，会机，能IGBT8压8硬件。于类情况8存在8有故障无故障。其故障系统的度不同8分为2级故障和3级故障。电机系统故障参见表5。
表5电机系统故障列表
序号故障名称故障说明
1电机堵转正常；故障（2级）
2电机软件自检故障正常；故障（2级）
3MCU通信故障正常；故障（2级故障）
4MCU硬件故障正常；故障（3级故障）
5转速传感器故障正常；故障（2级故障）
6电机温度传感器故障正常；故障（2级故障）
7MCU温度传感器故障正常；故障（2级故障）
8MCU主动放电超时正常；故障（1级故障）
9U相电流传感器故障正常；故障（2级故障）
10V相电流传感器故障正常；故障（2级故障）
11W相电流传感器故障正常；故障（2级故障）
4电机系统故障处理策略
于第3中的同电机制系统的
故障故障的故障8制
出相应制8电机系统带故障
作。进一地8对于一不
的故障8系统1级故障采用表
88分能不
（等）制器
用8不
于中系统2级故障8
制置8
电机制器进一。于
系统3级故障8制
电机制压电。制定
的故障机制参见图/。
图8故障处理机制图
在实际中8电机电机制系统所的12 3级故障众多8为了更好地将故障等级电机系统故障应起来8有必要将电机制所产生的故障系统故障应起来8样就形的故障等级。故障分级对应关系参见图9、图10、图11。
5结论
文中首先介绍了电机电机制的构组作原8分析了电机系统存在的机械故障、电故障电故障8进一故障分析出电机电机制的故障类别
（下转第45页）
K技朮交*］设计Tech n i c al Com muni c ati o n匸
35g进行手动再生模式验证，都能顺利启动再生模式，顺利完成再生，恢复DPF初态，说手动再生模式有。
手动再生作使用的&用户能作的和最后的方法，如果仪表盘上的DPF示
能处理，至」,DPF 示，OBD同，DPF
,EMS系统了DPF车，动再生模式和手动再生模式，车出，空
汽车之家polo论坛应立即到就近的4S处理DPF再生，否则可能造成车B动机启等严重后果O
3结论
DPF再生中，理上讲应
生，中在，上DPF的国V车，出DPF中，DPF生。
，理在，车工复B控制策略在不足，标定不完善，通都没有增设手动再生开B对一些的工考虑欠佳，如车较长间在低温环境低行驶，较长时间多次短离行，DPF虽能自动进入再生模式，由于DPF入口温度
难以到再生温度或在—个再生周内达到再生温度的平均时间较短，导致DPF再生不能完成，由于各工况叠加导致DPF超过警示或而使车出等；随着DPF控制策略的完善，在殊区域增加温套、在殊
工下增加再生喷、增加手动再生等方法解决DPF再生中，降低了DPF出的几率，使车辆出、等严重事件成件。
参考文献：
[1]贺继龄，黄辉阳.采用缸内二次后喷再生技术的DPF入
口温度研究与验证[J].汽车与驾驶维修(维修版), 2018(5)：148-149.
[2]贺继龄，黄辉阳.基于压差的DPF再生载碳量模型标定
研究与验证[J].汽车电器，2018(6)：54-56.
[3]Bosch.P1686_V301_1Software documentation[Z]. [4"刘宏威，张凯凯，姚广涛，等.采用缸内后喷气管喷油的D0C辅助DPF再生技术的研究[J].汽车工程，2015，37(4)：391-395.
[5]韦雄，冒晓建，祝轲卿，等.基于机内技术的DPF再生
控制策略研究[J].农业机械学报，2013(11)：1-5.
(编辑凌波)
(上接第40页)
1级故障
MCU母线|MCU母线过压1级欠压1级
MCU母线
|过流1级
相电流过
流1级
MCU温度
过温1级
电机温度
过温1级
电机超速
五代高尔夫gti故障1级
MCU主动
放电超时图91级故障列表
2级故障
MCU母线欠压2级
MCU母线相电流过|MCU温度
|过流2级流2级过温2级
电机温度
过温2级
海福星电机超速
故障2级
MCU母线
玛莎拉蒂ghibli过压2级
MCU低压电机电机自转速传感电机温度MCU温度U相电流传欠压故障堵转检故障器故障|传感器故障传感器故障感器故障
图102级故障列表
和重要等级，推导出在工程应用中适用的电机和电机控制器故障列表，最终构建出电机系统故障列表，并制定了相应的处理策略。
在环卫车上装电动化的进程中，永磁同步电机受到广泛使用，制定完善的处理机制对电机
3级故障
MCU硬件MCU低压]故障故障
图113级故障列表
系统的稳定性和上装功能的稳定性具有良好的促进作用O 参考文献：
[1]杨竞#.电动车辆永磁同步驱动电机电气故障诊断方法
研究[D].北京：北京理工大学，2015.
[2]赵旭.纯电动汽车电机驱动系统故障树的构建[J].时
代汽车，2019(18)：65-66.
[3]江静静.电动汽车电机驱动控制系统的可靠性研究[D].
武汉：武汉理工大学，2012.
(编辑凌波)
发布评论