依維柯車型起停系統(tǒng)開發(fā)過程實(shí)例分析

李曉蓮

（南京依維柯汽車有限公司產(chǎn)品工程部，江蘇 南京 211806）

在節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)下，各汽車廠商也在不斷地研發(fā)新的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，以提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)（Stop&Start System）就是其中的一種，其優(yōu)勢(shì)在于最大限度減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的燃油損耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)油率并降低排放。

近年來，起停技術(shù)得到普遍應(yīng)用，越來越多的車輛搭載了該系統(tǒng)。南京依維柯采用意大利依維柯控制策略，將該系統(tǒng)引進(jìn)并搭載在某新款車型上。

1 依維柯起停系統(tǒng)簡(jiǎn)介

起停系統(tǒng)的基本組成為：ECM（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元）、BCM（車身控制單元）、智能發(fā)電機(jī)、穩(wěn)壓器、制動(dòng)真空度傳感器、離合器位置傳感器、IBS傳感器及專用蓄電池。如圖1所示。

系統(tǒng)采用多路傳輸技術(shù)，CAN網(wǎng)、LIN線、K線3路并行，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以確保系統(tǒng)高效、安全、可靠；各組成部件各司其職，缺一不可。

1）智能發(fā)電機(jī)通過LIN線連接至ECM，按需提供發(fā)電量。

2）IBS傳感器通過LIN線連接至BCM， 提供總線需要的信息，包括SOC、SOH、電壓及蓄電池溫度；用以判斷蓄電池實(shí)時(shí)狀況，補(bǔ)償整車動(dòng)力，降低油耗。

3）穩(wěn)壓器通過K線連接至BCM，獲得整車起停信息，確保車輛頻繁起動(dòng)時(shí)，部分用電器有穩(wěn)定的電壓。

4）BCM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IBS電池的數(shù)據(jù)，以及離合器開關(guān)、制動(dòng)、穩(wěn)壓器、發(fā)電機(jī)狀態(tài)。通過CAN總線與ECM通信，控制發(fā)動(dòng)機(jī)起停，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)。

5）ECM讀取真空傳感器信息及與BCM連接的CAN總線信息，以確保當(dāng)起停工作時(shí)要保證繼電器正常運(yùn)行。

圖1 起停系統(tǒng)組成示意圖

2 起停系統(tǒng)工作異常現(xiàn)象原因分析及改進(jìn)方案

2.1 起停系統(tǒng)控制邏輯及線路原理

圖2為意大利依維柯提供的初版系統(tǒng)線路原理圖。

根據(jù)BCM功能規(guī)范對(duì)起停系統(tǒng)的管理描述，其控制邏輯如下。

1）車輛首次起動(dòng)，須由駕駛員將點(diǎn)火開關(guān)旋至起動(dòng)擋；此時(shí)，BCM起動(dòng)繼電器（R2）處于斷開狀態(tài)，而ECM（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元）起動(dòng)繼電器（R1）處于閉合狀態(tài)。

2）首次起動(dòng)成功后，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；此時(shí)，BCM起動(dòng)繼電器（R2）處于閉合狀態(tài)，而ECM起動(dòng)繼電器（R1）處于斷開狀態(tài)。

圖2 起停系統(tǒng)初版線路原理圖

3）車輛自動(dòng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（車輛狀態(tài)滿足自動(dòng)起停條件）時(shí)，BCM起動(dòng)繼電器（R2）及ECM起動(dòng)繼電器（R1）均處于閉合狀態(tài)；自動(dòng)起動(dòng)結(jié)束后，發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)ECM起動(dòng)繼電器（R1）處于斷開狀態(tài)。

4）如果ECM起動(dòng)繼電器（R1）因某種原因發(fā)生觸點(diǎn)黏連情況，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到這種錯(cuò)誤狀態(tài)后，BCM控制繼電器R2斷開，在繼電器R1錯(cuò)誤未解除之前，系統(tǒng)不允許車輛自動(dòng)起停。

2.2 起停系統(tǒng)工作異?，F(xiàn)象及原因分析

根據(jù)上述控制邏輯及線路原理圖，設(shè)計(jì)專用線束，進(jìn)行樣車搭建。搭載該系統(tǒng)的首輪樣車裝配完成后，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象發(fā)生：在發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)或起停功能激活時(shí)，玻璃升降電機(jī)、刮水、遠(yuǎn)近光、前霧燈及音響等電器設(shè)備會(huì)短時(shí)停止工作，持續(xù)時(shí)間約為20s。

為查找系統(tǒng)工作異常原因，線束設(shè)計(jì)工程師及測(cè)試工程師做了大量的工作。

1）根據(jù)原理圖排查整車線束，確認(rèn)線束設(shè)計(jì)符合原理圖。

2）用CANoe監(jiān)控系統(tǒng)工作時(shí)CAN網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)信息及各電器設(shè)備的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)起停功能激活和動(dòng)態(tài)車輛自動(dòng)起動(dòng)工況下，燈光、刮水及音響等設(shè)備的工作狀態(tài)均有從ON到OFF的跳變過程，且在OFF狀態(tài)持續(xù)時(shí)間約為20s。

圖3為車輛動(dòng)態(tài)測(cè)試相關(guān)信號(hào)狀態(tài)曲線。從圖3可以看出，當(dāng)BCM監(jiān)測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)時(shí)，BCM對(duì)燈光、刮水等設(shè)備的輸出處于短時(shí)禁止?fàn)顟B(tài)；此時(shí)，BCM接收到異常信號(hào)“key status=error ”（ key status為點(diǎn)火開關(guān)鑰匙信號(hào)狀態(tài)）。

圖3 動(dòng)態(tài)測(cè)試相關(guān)信號(hào)狀態(tài)曲線

圖4 為車輛靜態(tài)測(cè)試相關(guān)信號(hào)狀態(tài)曲線。從圖4數(shù)據(jù)分析可知，車輛在首次起動(dòng)（手動(dòng)起動(dòng)）結(jié)束后，深踩離合器踏板激活起停功能時(shí)，BCM也收到異常信號(hào)“key status=error ”（ key status為點(diǎn)火開關(guān)鑰匙信號(hào)狀態(tài)）；此時(shí)，燈光、刮水等電器設(shè)備也被短時(shí)禁止工作，持續(xù)時(shí)間約為20s。待“key status”信號(hào)“error”解除后，上述電器設(shè)備工作恢復(fù)正常。

根據(jù)兩種工況的測(cè)試結(jié)果分析得出，導(dǎo)致燈光、刮水等用電設(shè)備工作異常的根本原因?yàn)椋很囕v自動(dòng)起動(dòng)或起停功能激活時(shí)，BCM接收到了錯(cuò)誤的key status狀態(tài)信息。進(jìn)一步分析，根據(jù)BCM控制邏輯，監(jiān)控key status狀態(tài)的PIN F09，其正確邏輯應(yīng)為：車輛首次起動(dòng)時(shí)，PIN F09應(yīng)接收高電平信號(hào)；當(dāng)起動(dòng)結(jié)束后，PIN F09應(yīng)保持低電平狀態(tài)。而根據(jù)初版原理圖（圖2），當(dāng)車輛首次起動(dòng)結(jié)束后，起停功能激活，BCM起動(dòng)繼電器（R2）處于閉合狀態(tài)，使得PIN F09接收到了高電平信號(hào)，直接導(dǎo)致key status狀態(tài)錯(cuò)誤，造成起停系統(tǒng)工作時(shí)其他用電設(shè)備工作異常。

圖4 靜態(tài)測(cè)試相關(guān)信號(hào)狀態(tài)曲線

2.3 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

找到了系統(tǒng)異常的根本原因，接下來排除異常解決問題，而解決問題的關(guān)鍵在于如何保證key status信號(hào)正確。經(jīng)過深入研究，認(rèn)為必須對(duì)起停系統(tǒng)的線路原理圖進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，才能確保key status信號(hào)符合BCM邏輯要求。改進(jìn)后的線路原理圖見圖5。

改進(jìn)后的線路中，增加了一個(gè)繼電器（圖5紅色圓圈處），該繼電器的作用為：將PIN F09與繼電器R1、R2進(jìn)行隔離，當(dāng)車輛首次起動(dòng)時(shí)，PIN F09為高電平信號(hào)；當(dāng)首次起動(dòng)結(jié)束及進(jìn)入自動(dòng)起停模式后，PIN F09始終保持低電平。

根據(jù)改進(jìn)后的線路原理改制線束，對(duì)系統(tǒng)功能重新驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試仍然分兩種工況。

1）車輛靜態(tài)測(cè)試 首次起動(dòng)后，深踩離合，起停功能激活；觀察系統(tǒng)及各用電設(shè)備工作是否正常，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)（圖6）。

2）車輛動(dòng)態(tài)測(cè)試 當(dāng)車輛滿足自動(dòng)起停條件時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起動(dòng)時(shí)，觀察系統(tǒng)及各用電設(shè)備工作是否正常，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)（圖7）。

根據(jù)圖6、圖7相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及主觀判斷，兩種工況下，起停功能激活時(shí)，系統(tǒng)及各用電器工作均正常，BCM短時(shí)禁止輸出異?，F(xiàn)象消除，說明改進(jìn)有效。

圖5 起停系統(tǒng)改進(jìn)后的線路原理圖

圖6 起停系統(tǒng)改進(jìn)靜態(tài)測(cè)試

圖7 起停系統(tǒng)改進(jìn)動(dòng)態(tài)測(cè)試

3 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化改進(jìn)后的起停系統(tǒng)搭載在多臺(tái)可靠性路試車輛上進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，在此期間無異常現(xiàn)象發(fā)生。如今該系統(tǒng)配置早已開放，并已順利投產(chǎn)。

本文介紹的開發(fā)實(shí)例，從產(chǎn)品研制、裝車驗(yàn)證測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出解決方案、方案驗(yàn)證、到鎖定產(chǎn)品狀態(tài)這一過程，屬于產(chǎn)品研發(fā)的后設(shè)計(jì)階段的必經(jīng)流程。通過本文實(shí)例，充分說明在新車型及新配置投產(chǎn)之前，功能測(cè)試及系統(tǒng)測(cè)試的重要性；通過測(cè)試不僅能夠降低電氣系統(tǒng)潛在的缺陷，提升整車電氣水平，也提升了公司在車輛電氣方面的競(jìng)爭(zhēng)力。