一种高压互锁故障诊断方法

本发明涉及新能源汽车高压系统故障诊断，尤其涉及一种高压互锁故障诊断方法。

背景技术：

1、新能源汽车的高压互锁回路通常串联电池管理器、充配电总成、正温度系数加热器、充电接口等多个高压节点，并通过脉宽调制互锁信号监测回路连续性。高压控制系统依据互锁状态决定牵引电压主接触器能否闭合，因此诊断结果既关系到车辆高压功能，也关系到维修和上电操作的安全。

2、现有检测方式多根据互锁信号的占空比、电平或通断状态进行人工分段排查。插接器松动、屏蔽层异常和线路接触不良均可能引起边沿畸变、幅值变化或间歇中断，导致不同故障呈现相近响应；同时，端点偏置、温度漂移和全回路一致性变化会进一步削弱相邻节点之间的可区分性。现有方式因而难以及时确定故障节点及相邻线段，也难以在诊断不可信时形成安全、定向的复测路径。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的高压互锁故障诊断方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种高压互锁故障诊断方法，针对现有技术中多节点pwm互锁信号在插接器松动、屏蔽层异常和线路接触不良时表现相近，且端点偏置、环境漂移和间歇振动使故障位置与类型难以区分的问题，提出了在主接触器断开及母线安全条件下，按节点码序切换具有唯一时间常数的隔离电阻电容编码支路和屏蔽取样支路，实施双向多频限流脉宽调制激励，对编码前后响应进行差分和互易校正，并结合拓扑物理约束、邻段自参考残差和振动成对窗口确认重建异常参数的技术方案，本发明具备提高节点位置可观测性、区分三类相似故障并在结果不可信时保持断电和执行定向复测的技术效果。

2、本发明提供了一种高压互锁故障诊断方法，包括：

3、s1、在牵引电压主接触器处于断开状态且母线电压不大于预存安全电压阈值时，获取高压互锁回路的节点拓扑、节点码序和节点健康基准，生成诊断使能状态；

4、s2、在所述诊断使能状态下，按照所述节点码序依次切换各节点的隔离电阻电容编码支路和屏蔽取样支路，在至少两个频点沿所述高压互锁回路正向和反向注入限流脉宽调制诊断序列，并采集支路切换前后的端点差模响应、共模响应和边沿时刻，形成节点响应数据集；

5、s3、对所述节点响应数据集进行编码前后差分和正反向互易校正，生成各节点的差模串联阻抗、屏蔽共模导纳、模态转换指标和重复窗口时变参数；

6、s4、根据所述节点拓扑和所述节点健康基准，对各节点的差模串联阻抗、屏蔽共模导纳、模态转换指标和重复窗口时变参数进行物理约束求解，得到各节点及相邻线段的异常参数；

7、s5、根据所述异常参数确定故障节点、故障类型和故障严重度，并依据所述故障类型和故障严重度生成上电许可或定向复测指令。

8、可选的，s1包括：

9、从牵引电压控制器读取所述预存安全电压阈值，并在主接触器断开反馈有效、母线电压采样值不大于所述预存安全电压阈值且各节点通信握手完成时生成所述诊断使能状态；

10、按照电池管理器、充配电总成、正温度系数加热器和充电接口在所述高压互锁回路中的连接顺序建立所述节点拓扑；

11、为各节点配置与其他节点不同的电阻电容时间常数并据此生成所述节点码序；

12、在诊断控制器的允许激励表所记录的全部激励频点下，当对应节点的隔离电阻电容编码支路和屏蔽取样支路均处于接入状态时，所述屏蔽取样支路的输入阻抗幅值不小于所述隔离电阻电容编码支路阻抗幅值的十倍；

13、所述节点健康基准包括各节点在无互锁故障状态下按方向和频点存储的差模响应范围、共模响应范围、边沿时刻范围、物理导纳上下限和健康导纳基准，以及将健康样本依次按照步骤s2至步骤s4处理后按节点、方向和频点存储的差模电阻正向偏差分布、共模导纳绝对残差分布、模态转换绝对残差分布、边沿缺失率分布和窗口间突变率分布；

14、进一步的，生成所述诊断使能状态之前执行诊断支路自检，包括：在各隔离电阻电容编码支路和屏蔽取样支路均断开时采集空载端点响应，并依次接入各隔离电阻电容编码支路，比较实测时间常数与对应节点码记录的时间常数；

15、当空载端点响应超过诊断控制器预存的空载容差，或者任一实测时间常数与对应记录时间常数之差的绝对值超过诊断控制器预存的支路容差时，输出诊断无效标志，禁止生成所述诊断使能状态并保持所述牵引电压主接触器的断开状态；

16、当自检通过时，将本次自检结果、节点码版本和节点健康基准版本与后续生成的故障节点、故障类型和故障严重度关联存储。

17、可选的，s2包括：

18、从诊断控制器的允许激励表中选取至少两个激励频点，并将所述限流脉宽调制诊断序列的电流幅值限制在所述允许激励表记录的互锁诊断电流上限以内；

19、在每一节点的隔离电阻电容编码支路接入前、接入后以及屏蔽取样支路接入后，分别执行正向注入和反向注入；

20、同步采集端点差模电压、端点差模电流、屏蔽取样支路的共模电流和共模电位以及脉宽调制信号上升沿和下降沿的采样时刻；

21、将采集值与对应的节点标识、支路状态、注入方向、激励频点和诊断窗口标识关联，形成所述节点响应数据集。

22、可选的，s3包括：

23、针对同一节点、同一注入方向和同一激励频点，将隔离电阻电容编码支路接入后的端点差模响应减去接入前的端点差模响应，得到编码差模响应；

24、将正向的编码差模响应与按节点拓扑逆序对齐的反向编码差模响应进行幅值归一化后求取互易残差，并利用所述互易残差校正端点驱动偏置；

25、根据校正后的差模电压与差模电流之比确定所述差模串联阻抗，根据共模电流与共模电位之比确定所述屏蔽共模导纳，根据共模响应能量与差模响应能量之比确定所述模态转换指标；

26、根据同一节点在多个诊断窗口内的差模串联阻抗变化量和边沿缺失次数确定所述重复窗口时变参数；

27、进一步的，对所述差模串联阻抗、屏蔽共模导纳和模态转换指标进行邻段自参考校正，包括：从待诊断节点的相邻节点中筛选诊断控制器在本次诊断开始前记录的健康标志为有效且最近一次有效诊断结果为无故障的候选参考节点，当存在多个候选参考节点时按照最近一次有效无故障诊断时刻由近至远排序并选择首项作为参考节点，时刻相同时选择节点码序靠前的候选参考节点；

28、分别计算待诊断节点与所述参考节点在相同支路状态、注入方向和激励频点下的差模串联阻抗差值、屏蔽共模导纳差值和模态转换指标差值；

29、分别以所述参考节点相应健康样本分布的四分位间距作为差模健康尺度、共模健康尺度和模态转换健康尺度，当任一四分位间距为零时读取诊断控制器预存标定尺度表中与节点、支路状态、注入方向和激励频点对应的非零标定尺度，并使用对应健康尺度对各差值归一化，生成差模自参考残差、共模自参考残差和模态转换自参考残差；

30、将健康样本按照相同参考节点选择规则和归一化处理，形成差模自参考正向偏差分布、共模自参考绝对残差分布和模态转换自参考绝对残差分布，并由所述差模自参考正向偏差分布的上分位值确定差模自参考阈值，由所述共模自参考绝对残差分布和模态转换自参考绝对残差分布各自的上分位值确定共模自参考阈值和模态转换自参考阈值；

31、将所述自参考残差用于物理约束求解；

32、当不存在候选参考节点或任一健康尺度无法取得有效非零值时，输出自参考无效标志，将未经邻段自参考校正的差模串联阻抗、屏蔽共模导纳和模态转换指标用于步骤s4的物理约束求解，在步骤s5中生成所述定向复测指令并保持所述牵引电压主接触器的断开状态。

33、可选的，s4包括：

34、按照所述节点拓扑建立由节点参数和相邻线段参数组成的互锁等效网络，使所述互锁等效网络计算的端点响应与所述节点响应数据集之间的加权残差最小；

35、将所述差模串联阻抗的电阻分量约束为非负值，将所述屏蔽共模导纳约束在所述节点健康基准按对应频点存储的物理导纳上下限之间，并在所述加权残差中加入屏蔽共模导纳相对于所述健康导纳基准的偏差项；

36、按照所述节点拓扑对待重建的节点参数和相邻线段参数设置拓扑加权组稀疏项和邻接集中项，所述拓扑加权组稀疏项对同一节点或线段的差模电阻、共模导纳、模态转换、边沿缺失率和窗口间突变率共同施加组稀疏约束，所述邻接集中项对非邻接节点或线段的异常参数同时为非零施加大于相邻节点或线段的惩罚权重，使异常参数的非零支持集集中于同一节点及其相邻线段组成的拓扑邻域；

37、输出各节点及相邻线段的差模电阻残差、共模导纳残差、模态转换残差、边沿缺失率和窗口间突变率作为所述异常参数。

38、可选的，s5包括：

39、从诊断控制器预存的标定误差表读取与节点、注入方向、激励频点和参数类型对应的采样误差上限；

40、根据所述差模电阻正向偏差分布、共模导纳绝对残差分布、模态转换绝对残差分布、边沿缺失率分布和窗口间突变率分布各自的上分位值与对应采样误差上限之和，分别确定差模电阻阈值、共模导纳阈值、模态转换阈值、边沿缺失率阈值和窗口间突变率阈值；

41、当同一节点的差模电阻残差在预存连续窗口数量内均超过所述差模电阻阈值，且共模导纳残差和模态转换残差的绝对值分别不超过对应阈值时，确定故障类型为线路接触不良；

42、当共模导纳残差的绝对值或模态转换残差的绝对值超过对应阈值时，确定故障类型为屏蔽层异常；

43、当差模电阻残差在预存观察窗口内至少两次跨越所述差模电阻阈值，或者边沿缺失率或窗口间突变率超过对应阈值时，确定故障类型为插接器松动候选；

44、分别将差模电阻残差的正向超限量、共模导纳残差和模态转换残差的绝对值、边沿缺失率以及窗口间突变率除以对应阈值，将所得比值作为各归一化比值，按降序排列各归一化比值并将首个归一化比值确定为故障严重度指数，按照牵引电压控制器预存的严重度分级边界表将所述故障严重度指数映射为所述故障严重度；

45、进一步的，执行振动成对窗口确认，包括：当差模自参考残差在诊断控制器预存的松动观察窗口内至少两次跨越所述差模自参考阈值，或者边沿缺失序列在所述松动观察窗口内至少两次出现边沿缺失时，将待诊断节点确定为插接器松动候选；

46、获取车辆加速度传感器输出的振动时序，从节点标识、激励频点和供电电压相同且温度差不超过标定容差表中对应温度容差的诊断窗口中，选择振动频带能量分别位于健康振动样本下分位区间和上分位区间的低振动基准窗口与高振动验证窗口；

47、当差模自参考残差序列的有效样本数量不小于所述标定容差表记录的有效样本数量下限时，计算所述差模自参考残差序列与所述振动频带能量的相干度，否则在边沿缺失序列的有效样本数量不小于所述有效样本数量下限时，计算所述边沿缺失序列与所述振动频带能量的相干度；

48、当所述共模自参考残差或模态转换自参考残差的绝对值超过对应自参考阈值时，优先将故障类型确认为屏蔽层异常；

49、当所述共模自参考残差和模态转换自参考残差的绝对值分别不超过对应自参考阈值，且所述相干度超过由健康振动样本的相干度分布上分位值确定的松动确认阈值时，将所述插接器松动候选确认为插接器松动；

50、当所述共模自参考残差和模态转换自参考残差的绝对值分别不超过对应自参考阈值，所述相干度不超过所述松动确认阈值，且差模自参考残差在诊断控制器预存的接触不良连续窗口数量内均超过所述差模自参考阈值时，将故障类型确认为线路接触不良；

51、当所述共模自参考残差和模态转换自参考残差的绝对值分别不超过对应自参考阈值，所述相干度不超过所述松动确认阈值，且差模自参考残差未在所述接触不良连续窗口数量内均超过所述差模自参考阈值时，输出松动确认未决标志；

52、当输出所述松动确认未决标志，或者加速度数据无效、未取得所述低振动基准窗口和高振动验证窗口中的任一窗口、两种序列的有效样本数量均小于所述有效样本数量下限或存在所述自参考无效标志时，输出松动确认无效标志，按照差模、共模和模态转换的异常状态确定由插接器松动、线路接触不良和屏蔽层异常中的至少两类组成的待区分故障候选集合，针对诊断控制器的允许激励表中的各候选频点和节点码读取离线标定形成的故障响应模板，计算所述待区分故障候选集合中各故障候选在对应候选频点和节点码下的两两归一化响应距离，确定每一候选频点和节点码对应的归一化响应距离下限值，将所述下限值按降序排列，选择首项对应的候选频点和节点码生成所述定向复测指令，并保持所述牵引电压主接触器的断开状态；

53、进一步的，所述定向复测指令的生成包括：当故障候选数量不为一、不同故障判据指向不同故障类型、故障类型仍为插接器松动候选或任一所述归一化比值落入牵引电压控制器预存的复核区间时，针对诊断控制器的允许激励表中的各候选频点和节点码，读取离线标定形成的故障响应模板，计算各故障候选在对应候选频点和节点码下的两两归一化响应距离，确定每一候选频点和节点码对应的归一化响应距离下限值，将所述下限值按降序排列，并选择首项对应的候选频点和节点码作为复测参数；

54、按照所述复测参数重复步骤s2至步骤s5；

55、仅在复测后的节点响应数据集所含采集值和关联字段完整、故障候选数量为一、故障类型已经确认且不含候选状态、不同故障判据不再指向不同故障类型、各归一化比值均不在所述复核区间内且故障严重度不属于牵引电压控制器预存的禁止上电等级集合时生成上电许可，否则保持所述牵引电压主接触器的断开状态。

56、本发明的有益效果是：

57、1、通过节点唯一时间常数编码与正反向多频限流脉宽调制激励，在不闭合牵引电压主接触器的条件下建立节点、方向和频点响应关系，使相邻高压节点及线段具备可区分的位置特征。

58、2、通过编码前后差分、正反向互易校正以及差模串联阻抗、屏蔽共模导纳、模态转换和时变特征的联合重建，能够分别表征持续接触增阻、屏蔽路径异常和振动相关间歇中断，降低三类相似故障之间的误判。

59、3、通过邻段自参考归一化、振动成对窗口确认、诊断支路自检和最大可分距离定向复测，能够抑制温漂、端点偏置及全回路一致性变化的影响，并在数据无效、候选未决或判据冲突时保持主接触器断开，提高上电判断和维修过程的安全性。