电动汽车结构与检修（配技能训练）课件5.4纯电动汽车整车控制器功能安全控制

授课教师：XXX授课日期：xxxx年xx月xx日电动汽车电气设备构造与检修

新能源电动汽车的认识项目一

电动汽车高压电系统防护项目二

电动汽车动力电池系统项目三

电动汽车驱动电机系统项目四

电动汽车整车控制器项目五电动汽车充电系统项目六

电动汽车电气系统项目七

电动汽车高压辅助系统项目八

任务一电动汽车整车控制器功能概述与工作原理

任务二电动汽车上电与下电功能控制

任务三电动汽车动力系统相关附件控制

任务四纯电动汽车整车控制器安全功能控制1.了解功能安全的定义与分类。2.能够区分传统汽车与纯电动汽车的差异。3.了解整车控制器主动、被动安全控制方式。4.熟悉电动汽车整车控制器故障诊断逻辑。

王先生近期购买的电动汽车出现了驻车制动失效的故障现象，请根据本学习目标对王先生的爱车进行入厂诊断，读取故障码并打印诊断报告，确定该故障的维修方案。二、纯电动汽车主动安全控制一、功能安全的概念与分类三、纯电动汽车被动安全控制纯电动汽车整车控制器功能安全控制2.行车控制1.上电控制3.下电控制四、系统故障诊断及处理介绍五、电动汽车整车控制器（VCU）故障诊断与处理丰田汽车召回事件

2009年8月24日，丰田在华两家合资企业——广汽丰田、一汽丰田宣布，由于零部件出现缺陷，自8月25日开始，召回部分凯美瑞、雅力士、威驰及卡罗拉轿车，涉及车辆总计688314辆。这是我国2004年实施汽车召回制度以来，数量最大的一项召回。丰田汽车召回事件2009年8月24日，丰田在华两家合资企业——广汽丰田、一汽丰田宣布，由于零部件出现缺陷，自8月25日开始，召回部分凯美瑞、雅力士、威驰及卡罗拉轿车，涉及车辆总计688314辆。这是我国2004年实施汽车召回制度以来，数量最大的一项召回。2010年10月21日，全球最大汽车制造商丰田宣布在全球范围内召回153万辆问题汽车，召回原因是刹车总泵油封存在缺陷，可能会影响行驶安全。2012年10月10日，丰田汽车公司向日本国土交通省提交报告称，由于电动车窗的开关存在缺陷，将召回小型车“威姿(VITZ)”等6款车型共约46万辆汽车。包括海外市场在内，全球召回数量将达743万辆，创迄今为止最多纪录。1.功能安全的概念

无论是硬件随机失效还是系统失效，都需要使受控设备可靠地进入和维持安全状态，避免对人员或者环境产生伤害。安全（Safety）：不存在不可接受的风险。风险（Risk）：伤害严重性和出现伤害概率的组合Risk=s*f。伤害（Harm）：对人身的损伤，乃至死亡、对人身体健康的损害、对环境的重大破坏。ISO26262中的名词定义2.功能安全的分类

功能安全分类图5-14所示，功能安全控制主要包括主动功能安全控制和被动功能安全控制。主动功能安全控制，一般指在车辆发生故障前，车上ECU在控制策略或架构上避免故障及失效发生，避免对人员或者环境产生危害。图5-14功能安全分类被动功能安全控制，一般指在车辆发生故障后，车上ECU在控制策略或架构上控制车辆可靠地进入和维持安全状态，避免对人员或者环境产生危害。3.纯电动汽车与功能安全的关系图5-15汽车电控单元的广泛应用

国家政府部门、汽车整车及零部件企业和用户越来越关注产品的功能安全，故车企需要对汽车电子电气产品在设计、研发、检测试验和生产管理等诸多方面提出全新的功能安全要求。3.纯电动汽车与功能安全的关系

国家政府部门、汽车整车及零部件企业和用户越来越关注产品的功能安全，2012年10月，国务院常务会议审议通过《缺陷汽车产品召回管理条例（草案）》，“汽车召回”从部门规章（以往仅为《缺陷汽车产品召回管理规定》）正式“升级”为国家法规。

依新规估算，对于均价10万元的乘用车，按照同一批次1000辆的保守估计数，企业将面临“千万级罚金”，如果涉及数量多达上万辆，罚金将高达数亿元。4.纯电动汽车与传统汽车的差异

纯电动汽车与传统汽车的主要差别是能量类型的差别，纯电动汽车主要用锂电池提供能量驱动汽车。除动力能量传递系统外，与传统汽油车相区别的还有电动空调、刹车真空助力系统、电子加热系统等等，主要由传统能量驱动改为电能驱动。能量类型(锂电池)电能驱动4.纯电动汽车与传统汽车的差异

相比于传统内燃机汽车，在危险工况下或车辆发生故障时，电动汽车发生危险的不同点在于可能存在的高压电安全隐患。动力系统高压短路充电时车辆的无意识移动拉扯电缆涉水或遭遇暴雨导致短路发生碰撞或翻车导致短路高压电安全隐患二、纯电动汽车主动安全控制一、功能安全的概念与分类三、纯电动汽车被动安全控制纯电动汽车整车控制器功能安全控制2.行车控制1.上电控制3.下电控制四、系统故障诊断及处理介绍五、电动汽车整车控制器（VCU）故障诊断与处理二、纯电动汽车主动安全控制上电控制行车控制下电控制1.上电控制

纯电动汽车在上电时，所做的主动安全控制主要是自检及预充管理。上电控制系统自检低压系统自检指钥匙keyon后整车控制器（VCU）自检通过后，允许整车低压系统的低压控制器上低压电。高压系统自检指所有高压控制器唤醒并进行系统自检后，系统无严重故障可进行高压上电。1.上电控制图5-17整车控制器及其接口2.行车控制Ready控制行车互锁控制其他行车控制行车控制2.行车控制-Ready控制

Ready控制根据GB/T18384电动汽车安全要求，纯电动汽车应使用一个明显的信号装置（例如：声或光信号）持久或间歇地显示驱动系统已处于准备工作状态。

大多数车企采用Ready信号提示，当汽车处于可行驶状态时，会在仪表上显示Ready信号。2.行车控制-行车互锁控制

第一种

充电与Ready的互锁

第二种

蠕行与手刹的互锁行车互锁控制2.行车控制-行车互锁控制

当车辆在充电时，如果车辆发生移动，可能会造成充电电缆断裂，使乘员以及车辆周围人员遭受触电风险；若充电电缆断裂前正在进行大电流充电，还可能造成电池的高压接触器粘连，从而进一步增加人员的触电风险。而Ready的状态是一种可行驶的状态，两者互锁，即可避开充电时车辆无意识移动的安全隐患。充电与Ready的互锁蠕行与手刹的互锁

蠕行指在不踩油门不踩刹车的情况下，汽车以低速缓慢行驶的状态，而手刹是禁止汽车运动的措施，两者相互矛盾，因此进行了互锁处理。手刹2.行车控制-其他行车控制踏板信号控制踏板信号控制，主要有踏板的两路校验和制动踏板优先策略。2.行车控制-其他行车控制挡位控制，主要有挂档有效控制和行车过程中换挡有效的控制。挡位控制2.行车控制-其他行车控制

驻坡功能，即上坡辅助系统，是在车身稳定系统基础上衍生开发出来的一种功能，它可让车辆在不用手刹的情况下在坡路上起步而不会溜车，驾驶员右脚离开制动踏板车辆仍能继续保持制动几秒，这样便可让驾驶者轻松的将脚由刹车踏板转向油门踏板，避免了还要用驻车制动器去坡起而让驾车者感到手忙脚乱的麻烦。驻坡功能2.行车控制-其他行车控制

限速控制，指车辆在行驶过程中，车速始终低于一定值。主动限速通过驾驶员主动调节最高车速，其他限速主要是确保最高车速处于一定安全范围，避免车速过高酿成事故。限速控制3.下电控制下电的车速控制指当车辆处于无故障下高压电时，需要电机转速小于一定值，避免有车速时失去动力酿成事故。纯电动汽车的电池包为主要能量来源，下电过程中，纯电动汽车上各个零部件的断电顺序为先断大型用电器，再断电池包，相当于先切断用电器，再断主开关。

纯电动汽车在下电过程中也做了主动安全控制，包括车速的控制、高压系统停止工作的先后顺序控制等。二、纯电动汽车主动安全控制一、功能安全的概念与分类三、纯电动汽车被动安全控制纯电动汽车整车控制器功能安全控制2.行车控制1.上电控制3.下电控制四、系统故障诊断及处理介绍五、电动汽车整车控制器（VCU）故障诊断与处理

1.功能故障的定义

功能故障指在特定的驾驶场景下，才会造成伤亡事件。比如近光灯系统，其中一个功能故障就是灯非预期熄灭，如果在漆黑的夜晚行驶在山路上，驾驶员看不清道路状况，可能会掉入悬崖，造成车毁人亡；如果此功能故障发生在白天就不会产生任何的影响。2.故障等级的定义

所谓的故障等级定义，是指把新能源车可能出现的故障，依照它的危险程度进行归类划分，这样做，有助于各个系统作出防护措施。可通过以下三步进行等级划分。步骤一：依据ISO26262标准进行功能安全设计时，首先识别系统的功能，并分析其所有可能的功能故障（Malfunction），可采用的分析方法有HAZOP(危险与可操作性分析)，FMEA(失效模式和影响分析)、头脑风暴等。步骤二：进行功能故障分析后，要进行情景分析，识别与此故障相关的驾驶情景。步骤三：ASIL等级划分(风险级别)。2.故障等级的定义步骤二：进行功能故障分析后，要进行情景分析，识别与此故障相关的驾驶情景。驾驶情景举例说明公路类型国道、城市道路、乡村道路等路面情况湿滑路面、冰雪路面、干燥路面车辆状态转向、超车、制动、加速等环境条件风雪交加、夜晚、隧道灯交通状况拥堵、顺畅、红绿灯等人员情况乘客、路人等几个方面去考虑2.故障等级的定义步骤三：ASIL等级划分(风险级别)。

功能故障和驾驶场景的组合叫做危害事件（hazardevent），危害事件确定后，根据三个因子——严重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability）评估危害事件的风险级别——ASIL等级。严重度是指对驾驶员、乘员、或者行人等涉险人员的伤害程度；暴露率是指人员暴露在系统的失效能够造成危害的场景中的概率；可控性是指驾驶员或其他涉险人员能够避免事故或伤害的可能性。3.ASIL等级划分

ASIL等级（AutomotiveSafetyIntegrationLevel）如表5-3所示，即汽车安全完整性等级，描述系统能够实现指定安全目标的概率高低。主要由三个因子综合判断：严重度暴露率可控性S0无伤害E0很低概率C0完全可控S1轻度和中度伤害E1低概率（1%）C1简单可控（>99%驾驶员）S2严重伤害（有生还可能）E2中度概率（1%~10%）C2一般可控（>90%驾驶员）S3致命伤害E3高概率（>10%）C3很难控制（<90%驾驶员）表5-3严重度、暴露率、可控性分类3.ASIL等级划分严重度暴露率可控性C1C2C3S1E0QMQMQME1QMQMQME2QMQMAE3QMABS2E0QMQMQME1QMQMAE2QMABE3ABCS3E0QMQMAE1QMABE2ABCE3BCD表5-4ASIL等级确定D-最高等级A-最低等级QM-质量管理（QualityManagement）二、纯电动汽车主动安全控制一、功能安全的概念与分类三、纯电动汽车被动安全控制纯电动汽车整车控制器功能安全控制2.行车控制1.上电控制3.下电控制四、系统故障诊断及处理介绍五、电动汽车整车控制器（VCU）故障诊断与处理1.一般故障等级处理一般电动汽车故障等级及处理方式一般故障等级处理D——立即断开电池包高压继电器C——整车进入跛行状态，当车速低于一定限值时断开高压继电器B——整车进行限功率或限车速A——警告（仪表点灯或声音提醒）2.各个系统故障等级处理举例电池系统故障诊断序号BMS上报故障类别处理1回充电流过大1/2/3级B-C限回充功率及跛行至下电2单体电压过低过高1/2/3级D-C限功率及跛行至下电3传感器故障D仪表故障灯点亮及声音提示表5-5电池系统故障诊断2.各个系统故障等级处理举例表5-6电机系统故障诊断序号MCU上报故障类别处理1电机/电机控制器过温故障B-C限放电功率及跛行至下电2电机过流C电机停机，整车跛行至下电3高压接插件互锁故障D仪表故障灯点亮及声音提示电机系统故障诊断2.各个系统故障等级处理举例表5-7其它附件系统故障诊断其它附件系统故障诊断序号附件上报故障类别处理1AC故障A点亮警告灯2PTC故障A点亮警告灯、不允许PTC工作3水冷水泵故障A点亮警告灯3.安全监控及安全控制表5-8安全监控及安全控制序号MCU上报故障类别处理1双路加速踏板电压异常监测B限整车车速2刹车助力真空泵系统真空度异常监测B限整车车速3高压回路互锁异常监测C跛行至断高压继电器

对于一辆汽车而言，系统需要实时监控其安全性，在出现故障之前，提早做好准备工作，可以减少安全事故。表5-8为安全监控及安全控制举例。二、纯电动汽车主动安全控制一、功能安全的概念与分类三、纯电动汽车被动安全控制纯电动汽车整车控制器功能安全控制2.行车控制1.上电控制3.下电控制四、系统故障诊断及处理介绍五、电动汽车整车控制器（VCU）故障诊断与处理图5-21VCU主要管理系统1.电动汽车VCU负责管理故障类型1.电动汽车VCU负责管理故障类型根据VCU在电动汽车上的功能边界划分，VCU一般管理电动汽车如下系统故障1电机系统故障2动力蓄电池系统故障3功率转换设备（DC-DC）故障4车载充电机系统（OBC）故障5驾驶解析类：刹车系统、加速踏板系统、排挡系统、定速巡航限速信号异常故障6空调（AC）及暖风（PTC）系统故障712V铅酸电池电压异常故障8与VCU功能交互类控制器CAN通讯中断故障2.整车故障等级紧急故障严重故障一般故障轻微故障2.整车故障等级表5-9VCU故障等级名称故障等级故障处理授控情况故障列表故障恢复处理方式紧急故障0停车，急断高压继电器，点故障灯不受控车辆发生严重碰撞上下电休眠可恢复严重故障1A停车，缓断高压继电器，点故障灯受控电机控制器过流、IGBT、旋变等故障，动力蓄电池过压、过温、绝缘等故障上下电休眠可恢复1B停车，不断高压继电器，点故障灯受控MCU总线脱离、BMS总线脱离上下电休眠可恢复一般故障2A大限功率，整车跛行，点跛行灯、故障灯受控加速踏板、真空本信号故障上下电休眠可恢复2B小限功率，整车限速65km/h，点故障灯受控DC/DC、OBC、档位故障、高压互锁故障无故障后恢复处理轻微故障3A点故障灯受控PTC、AC故障，PTC、AC、ABS、ICU无故障后恢复处理3B不做处理受控水泵故障、零部件厂商不匹配无故障后恢复处理3.报警指示灯信号解释

当整车控制器在对自身及子系统进行检测过程中发现故障问题时将会点亮仪表中响应的指示灯，主要故障指示灯名称、常亮条件及工作条件见表5-10。序号指示灯名称常亮条件控制系统1

整车故障灯整车有影响车辆走行的的故障VCU2

12V铅酸电池电压异常故障灯12V铅酸电池电压或充电异常VCU3

跛行灯车辆发生故障处于跛行状态VCU4

电池故障灯动力蓄电池系统故障BMS5

高压断开警示灯整车高压系统未启动BMS表5-10故障灯信号解释3.报警指示灯信号解释序号指示灯名称常亮条件控制系统6

电池过温警示灯动力蓄电池系统过温BMS7

动力蓄电池电量过低警示灯动力蓄电池电量过低影响正常驾驶BMS8

整车绝缘故障灯整车绝缘阻值过低BMS9

电机过热警示灯驱动电机系统过温MCU10

充电线连接警示灯充电枪连接至车辆充电口OBC表5-10故障灯信号解释（续表）4.整车控制器故障诊断维修三步骤试驾车辆状态观察仪表指示灯用电动车诊断仪读取故障准确识别整车控制器故障三个步骤识别故障维修故障确认故障维修完成4.整车控制器故障诊断维修三步骤动力系统内部故障发生概率较低，维修难度大，大部分需要返厂维修或更换零部件处理。通讯及控制线路连接，因基本在系统外部，维修相对容易，可由专业维修人员在识别故障后，进行线路的断路、短路、阻值异常的维修处理。识别故障维修故障确认故障维修完成类型一维修故障电路类型二修理或更换故障系统4.整车控制器故障诊断维修三步骤

确认故障维修完成

在新能源电动汽车动力系统相关故障维修完成后，重新对车辆上电确认维修工作的完成，一般确认维修完成与识别故障的方法同宗。第一，观察仪表指示灯给出的车辆信息，判断故障灯是否已经熄灭。第三，从车辆使用驾驶的异常现象是否消失，车辆使用是否已经恢复正常。第二，使用车辆故障诊断仪读取故障码，确定实时故障码已经消除。识别故障维修故障确认故障维修完成5.东南新能源电动汽车故障诊断仪的使用方法

东南新能源电动汽车故障诊断仪能与东南品牌的多种车型匹配，能对多个子系统进行诊断，具有多种诊断能力。5.东南新能源电动汽车故障诊断仪的使用方法第一步

连接故障诊断仪于车辆OBD端及装有故障诊断仪上位机软件的PC端，如图5-24及5-25所示。图5-24诊断仪连接端图5-25车辆OBD连接端5.东南新能源电动汽车故障诊断仪的使用方法第二步

打开PC上装在的故障诊断仪上位机软件，并选