电动汽车轮毂电机故障诊断与维修
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【摘 要】汽车目前对我们生活来说十分关键，随之而来的，生产制造技术也在不停创新中，特别是电动汽车生产越来越多，已经不再单纯是研发阶段，而到了量化生产的时刻。为让电动汽车运行更加安全，应及时分析轮毂电机的普遍故障及原因，并通过有效技术诊断，最后选中一个适当的对策维护，尽快排除故障，防止出现更深入的影响，因此，论文对电动汽车轮毂电机故障诊断进行研究。
【Abstract】Automobile is very important to our life at present. Along with it， the production and manufacturing technology is constantly innovating， especially the electric automobile production is more and more， which is no longer just the stage of research and development， but the moment of quantitative production. In order to make the operation of electric automobile safer， we should analyze the common faults and causes of hub motor in time， and through effective technical diagnosis， finally select an appropriate countermeasure for maintenance， and eliminate the faults as soon as possible to prevent further impact. Therefore， this paper studies the fault diagnosis of hub motor of electric automobile.
【關键词】电动汽车;轮毂电机;故障诊断;维修
【Keywords】electric automobile; hub motor; fault diagnosis; maintenance
【中图分类号】U472 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）03-0190-02
1 引言
现在市场上出现了不少新能源汽车，代表是混合动力与纯电动新能源汽车，并且备受市场喜爱。对纯电动汽车而言，诊断轮毂电机的故障以及选择维护技术时，需要注意和之前的选择不同。为确保维修效果，应该尽可能专业化，并充分考虑纯电动汽车的特点，选择可靠的技术进行维护，防止故障给汽车运行带来阻碍。不过，由于之前的汽车维修人员缺乏深入的维修知识，在新能源汽车维修方面经验不足，因此，希望本文中提出的诊断对策可以给该领域带来一定的借鉴价值。
2 故障现象的分析与诊断
某轮毂驱动式纯电动汽车的用途是科研，运行时忽然降低了动力，没有需要的动力来继续进行加速、爬坡等动作。检查分析：通过举升机举起车辆后，发现挂前进挡与倒挡，用脚踩进行加速，车辆后轮中的右轮没有反应，所以先判断为右轮动力系统出现问题[1]。通常来讲，驱动系统的构成为两个部分，为控制器与电机。而车辆中也有独立控制器，分别对应控制后轴的驱动轮毂。此时，车辆的左轮驱动没有发现问题，所以，尝试调换左边和右边的控制器，也就是说之前用在左轮的用在了右轮，发现还是存在问题，所以，这时可以确定是右后轮毂电机出现故障。
电机是直流的无刷电动机，在电机定子中有三组线圈，呈现星状连接形式。而其中的磁块材料为稀土永磁，在电机转子内圈中，关键部分是三组霍尔传感器，进行转子磁场的变换检测工作，还要传输信号给控制器。之后，控制器开始执行自己的控制作用，让电机带动车轮运行。回收制动能量时，磁场是不停下的，之后出现感应电动势，可以让电动机代替发电机来工作。同时，停止点火开关，控制器会立刻停下，定子线圈断路，就没有回路了，也就没有感应电流，无法形成反力矩，此时驱动轮没有较大的转动阻力。在停下点火开关时，转动后轮，发现右边的阻力比左侧的大，表示其中是有感应电流与回路的。控制器能够照常工作，所以，可判定为电机定子线圈的短路问题。之后，通过万能表测电机定子线圈引出线不同端子间的电阻值，发现不同端子间的阻值是一样的，其中还有两个端子间差不多没有电阻值，那就说明有短路问题。同时，线束的绝缘保护层发现被破坏，实际是里面不同线路有所纠缠，这很容易导致故障[2]。可初步分析是，车辆工作了太长时间，而电机供电线由于布线等原因无法正常散热，从而导致了绝缘层熔化，引起短路问题。此后，装配电机并测试装车，发现右轮电机还是有问题，不过可手动操作，表示电机定子线圈已经正常。由于电机控制器是通过传感器传递信号，并给其给予电压，如果霍尔传感器有问题，那么控制器也会相应出现问题，所以，要通过检测查看是否有输出信号，能够判定为右后轮的霍尔传感器有故障。故障排除：更换霍尔传感器，重新组装电机，并通过示波器测量其中信号，当信号表示没问题后，此刻右侧电机已经恢复正常运行。
3 滑模观测器车轮毂电机故障诊断 3.1 轮毂电机故障分析
纯电动汽车的驱动系统通常构成是控制器与电机，而且两个控制器与后驱动轮毂也是相对独立的。只要后轮没有故障，那么控制器也应该是没问题的。起动开关运行后驱动轮，如果在手动用力之后才可转动，表示里面已经有了回路，因为控制器正常运行，因此，就能确定是电机定子线圈线束的短路问题。之后开始诊断分析，此时的电机和电机驱动可以是一个整体，表示为控制增益k，k=T/u，其中T是电机输出转矩，而u是控制器传输出的控制信号[3]。在没有任何故障时，k也是常规的数值，其中T按照k的变化而变化。一旦电机有故障，则增益k也有波动，那么电机输出转矩和预期会有不同，这个可以作为可靠的故障诊断依据。而电机在工作时总是会由于多方面的原因导致问题产生，而且有多种表现形式。其中，k也会因为时间问题出现正弦变化，因此要格外注意这一点。
3.2 轮毂电机故障诊断
诊断故障时，为了防止多方面因素的干扰，不仅要注意收集驾驶员的控制信息，还应利用好车辆真实的状态信息，还要充分结合整车模型。在电机出现问题时，实际输出转矩和理想中的有差距，通过偏差信号特征能够判断故障。在现实中诊断时，应充分结合整车模型，加上恰当的观测器，输入如轮胎摩擦力、车轮制动力矩等关键的数据，时刻注意电机实际输出转矩和预期之间的差异，只要判断了具体的故障类型就可及时进行维修。
3.3 轮毂电机故障维修
诊断完故障后，应按照不同的故障类型，分析产生故障的因素，并通过有效的对策进行维修处理。如果电机供电线路短路，应多方位进行检测，对电机定子线圈引出电阻值，还要充分结合线圈的绝缘性能，有效考虑能否尽快排除该短路故障。
4 电机传感器损坏的故障诊断
因为电机控制器需要通过霍尔传感器来输入信号分配电压，所以，霍尔传感器不能出现问题，否则，控制器是不能正常运行的，所以，对于霍尔传感器的检测十分重要。开启开关，举升车辆，并手动转动，发现霍尔传感器输出的信号呈现波形，最终为零，这就表示是霍尔传感器出现了故障。故障分析：因为轮毂电机为直流无刷电动机，其中电机定子的连接构成为不同的线圈，并通过对应的霍尔传感器来进行工作，之后才由电机带动车轮旋转。在回收制动能量时，永磁铁的产出磁场跟着一起旋转，且出现感应电动势。通常而言，当停下开关时，控制器也不再运行，此时，星形连接的定子线圈断路。由于是断路的状态，所以即便出现感应电动势也没有回路，同时也没有感应电流与反力矩，因此，转动驱动轮没有较大阻力[4]。而车辆因为工作时间较长，其中的电机没有进行正常散热，容易熔化绝缘层，导致供电线短路。此时，因为短路故障，控制器为确保正常运行，不得不关闭供电。而电机中所有霍尔传感器都是41F双极性的，电源电压在4.5～24V，温度最低是40°C，最高为150°C。因为霍尔传感器中不同线路是一起包的，结合之前的检查分析可知，因为其中的供电线绝缘层熔化，导致不同电压的供电线互相接触，这就很容易破坏霍尔传感器。故障排除：更换所有的霍尔传感器，重新組装电机后，检测信号全部恢复，且电机也可以正常运行。
5 结语
总的而言，电动机车的电驱动系统和传统的还是有不小的差别，所以在充分结合了电机驱动系统的特点之后，应尽快确定较为恰当的技术诊断，并获取安全可靠的故障信息，这样维修才有依据，从而切实确保汽车运行的可靠稳定。目前，新能源汽车的热潮是大势所趋，那就也要加强汽车维修人员对于该类汽车维修的了解，不仅要尽量普及相关的技术理论知识，也应主动学习汽车电工电子技术，才可通过不同的诊断设施进行故障诊断。
【参考文献】
【1】潘汉明，雷良育，王子辉.基于小波分析的电动汽车轮毂电机永磁体故障诊断[J].中国机械工程，2016（11）：1488-1492.
【2】常亮.纯电动汽车轮毂电机故障诊断与维修[J].汽车维修，2017（10）：25-26.
【3】郑丹凤.纯电动汽车轮毂电机关键技术综述[J].汽车与驾驶维修（维修版），2018（01）：78-80.
【4】陈丹，刘良，刘福华.纯电动汽车轮毂电机故障诊断与维修分析[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（05）：142-144.
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