整車饋電問題分析與方案優(yōu)選

謝 甦，龔 暉，夏永強(qiáng)，鄭玉圓，涂將輝，趙能卿

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

隨著車輛電器設(shè)備的增多，整車開發(fā)過程中因電器模塊之間不兼容的問題而引起的故障也越來越多，饋電問題在整車電氣開發(fā)過程中較常見［1］。本文通過江鈴某皮卡車型電器故障案例分析，在眾多解決方案中優(yōu)選出一種優(yōu)化架構(gòu)設(shè)計(jì)解決因串電引起的饋電問題，由于模塊接常電，整車下電休眠后，會(huì)有靜態(tài)電流出現(xiàn)［2］。因此為了降低整車靜態(tài)電流，就必須考慮在實(shí)現(xiàn)功能要求下，盡可能接ON擋電或ACC電［3］。為整車電器架構(gòu)設(shè)計(jì)提供可參考性的思路［4］。

1 相關(guān)電氣原理分析

從模塊信號(hào)交互原理上分析，主要涉及到3個(gè)模塊：PTECU、IC、ICU模塊，分別表示分動(dòng)器、儀表、電子離合器，其中ICU和ECU、IC模塊采用CAN總線連接，PTECU采用硬線連接，它們之間通過信號(hào)交互，IC需要通過硬線采集PTECU的兩驅(qū)、四驅(qū)信號(hào)，用于儀表顯示模式［5］。同時(shí)，PTECU硬線接收兩驅(qū)、四驅(qū)信號(hào)來切換擋位，因此，共同點(diǎn)是IC、ICU同時(shí)采集兩驅(qū)、四驅(qū)信號(hào)，同時(shí)儀表還具有顯示發(fā)電機(jī)充電指示燈的功能，儀表是一條支路連接發(fā)電機(jī)。3個(gè)模塊之間的電路原理如圖1所示。

ICU檢測(cè)模式信號(hào)的接口電路如圖2所示，分別接收4H、4L模式的信號(hào)，模式信號(hào)低邊有效，分動(dòng)器ECU通過硬線發(fā)送低電平給ICU，同時(shí)通過旁邊的battery電拉高，整車下電后，常電一直存在。

圖1 電路原理圖

2 故障現(xiàn)象

項(xiàng)目樣車在使用2天重新上電后，發(fā)現(xiàn)無法起動(dòng)，同時(shí)打開發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，發(fā)現(xiàn)繼電器中的熔斷絲盒中冷卻風(fēng)扇繼電器、預(yù)熱繼電器頻繁吸合，用萬用表測(cè)量蓄電池電壓為5.8V左右，存在饋電情況。經(jīng)過確認(rèn)整車在使用后是正常鎖車的，不存在使用不當(dāng)導(dǎo)致問題出現(xiàn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)診斷發(fā)現(xiàn)整車鎖車后的靜態(tài)電流為0.4A，另外，和工程師確認(rèn)當(dāng)供電電源出現(xiàn)電壓過低時(shí)，容易出現(xiàn)ECU功能異常情況，繼電器頻繁吸合不是直接故障原因，而是饋電引起的問題，因此，該問題定性為饋電引起的連鎖問題。

圖2 ICU檢測(cè)模式信號(hào)的接口電路

3 故障分析

為了確認(rèn)這個(gè)饋電問題，在下電后鎖車，同時(shí)跟蹤整車報(bào)文，發(fā)現(xiàn)整車報(bào)文停止發(fā)送后測(cè)得靜態(tài)電流為0.4A，正常靜態(tài)電流必須低于20mA以內(nèi)才能滿足整車需求。由于該樣車是在原基礎(chǔ)車型上改制（增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)），因此懷疑是此模塊造成的問題。同時(shí)取出熔斷絲后測(cè)得整車靜態(tài)電流為10mA，基本上達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)，因此直接確認(rèn)是由于該模塊引起的靜態(tài)電流過高。為了深入研究該問題源頭，分析ICU模塊的CDS，經(jīng)確認(rèn)，模塊連接IG電和battery電，根據(jù)報(bào)文可以確認(rèn)整車已經(jīng)停止發(fā)送報(bào)文，ICU模塊停止發(fā)送報(bào)文，芯片功耗較低。從內(nèi)部的原理分析，ICU模塊的battery電用于采集PTECU的兩驅(qū)、四驅(qū)信號(hào)，同時(shí)，下電后需要延遲掉電存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)以及執(zhí)行功能操作，因此采用此battery電。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，確認(rèn)儀表和ICU連接部分電壓為5V，發(fā)電機(jī)電壓1.08V，發(fā)電機(jī)連接蓄電池正極的電流300mA，發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)外殼電流100mA。根據(jù)原理分析，常電電壓在下電后反串給儀表，儀表又分壓給發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致整車靜態(tài)電流過高，產(chǎn)生饋電情況。鑰匙OFF擋下，發(fā)電機(jī)L端有1V左右的電壓，其實(shí)該情況等同于鑰匙打在ON擋，此時(shí)調(diào)節(jié)器處于軟啟動(dòng)狀態(tài)，預(yù)勵(lì)磁占空比29%，內(nèi)部存在功耗。從原理上分析該問題IC內(nèi)部IG電獲得電壓，經(jīng)過充電指示燈回路給發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)，因此發(fā)電機(jī)產(chǎn)生400mA左右電流，導(dǎo)致整車饋電。

4 整改方案優(yōu)選

針對(duì)以上饋電問題，根本原因是ICU模塊與IC模塊并聯(lián)在分動(dòng)器ECU上面，ICU反串電給發(fā)電機(jī)導(dǎo)致下電后還存在功耗。解決問題的思路有3個(gè)：①采取措施阻斷ICU到IC之間的反串電壓，不允許電壓回流到儀表中；②取消ICU到IC之間的并聯(lián)關(guān)系，采取其他設(shè)計(jì)思路進(jìn)行分動(dòng)器和ICU之間的信號(hào)交互；③內(nèi)部電源進(jìn)行可控處理，下電后ICU的供電切斷。下文根據(jù)上述3種思路采取實(shí)際措施并分析工程可行性。

4.1 方案1

在儀表側(cè)增加二極管隔離ICU和儀表的信號(hào)互相干擾問題，在儀表內(nèi)部電路增加一個(gè)二極管，不允許ICU電壓反串給IC，這種方案是阻斷ICU與IC之間的電壓［6］。滿足分動(dòng)器ECU同時(shí)和IC、ICU信號(hào)交互，又不允許ICU長(zhǎng)電回流到IC中。如圖3所示。此方案需要更改IC的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)，增加一個(gè)二極管，儀表更改周期3個(gè)月。另外，二極管放在線束上的措施，此方案只能測(cè)試使用，但是工程上無法應(yīng)用，因此建議不采用。

圖3 方案1更改方案

4.2 方案2

根據(jù)目前整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，整車ICU、IC采用CAN通信，而PTECU沒有采用CAN通信，ICU、IC模塊同時(shí)采集PTECU的硬線信號(hào)，此方案的思路是取消ICU和IC之間的并聯(lián)關(guān)系，可通過IC采集的PTECU的硬線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)成報(bào)文的形式發(fā)送到總線上，然后ICU接收儀表發(fā)出的模式信號(hào)，這樣有效解決ICU和IC并聯(lián)導(dǎo)致的反串電壓。此方案需要做的系統(tǒng)變更有：更改儀表軟件，更改ICU軟件通過總線接收PTECU的模式信號(hào)。這幾種軟件變更變動(dòng)小，不需要做ICU重新標(biāo)定，但由于修改軟件較多，修改軟件后測(cè)試周期長(zhǎng)，因此不建議采用。

4.3 方案3

電源可控分為外部可控和內(nèi)部可控，分別采用以下方案a、b。

1）方案a：修改ICU內(nèi)部電路，將電源端內(nèi)部可控，此方案時(shí)間較長(zhǎng)，不易實(shí)施。風(fēng)險(xiǎn)是修改電路后需要重新作電磁兼容實(shí)驗(yàn)，需要確保信號(hào)互擾和靜電破壞等各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以通過。鑒于此方案不易實(shí)施且更改周期長(zhǎng)，這個(gè)方案建議不采用。

2） 方案b：將ICU的常電源改動(dòng)到ECU的主繼電器下面，方案供電設(shè)計(jì)原理如圖4所示，可解決ICU和儀表的信號(hào)互相干擾問題，由ECU控制ICU上電［7］。根據(jù)ECU內(nèi)部控制策略，上ON擋電后，ECU控制繼電器吸合，從給ICU電源供電到ICU發(fā)出空擋開關(guān)信號(hào)只需要54ms，上電到啟動(dòng)時(shí)間最短需要200ms，因此，風(fēng)險(xiǎn)一已經(jīng)不存在。整車下電后，延時(shí)時(shí)間最短不低于15s，下電后ICU模塊執(zhí)行動(dòng)作以及內(nèi)部芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)要求不低于5s，因此，延時(shí)時(shí)間滿足ICU模塊的功能需求。建議采用此方案。

圖4 ICU模塊電源供電原理圖

綜上所述，方案3中的b方案將ICU的常電源改動(dòng)到ECU的主繼電器下面，僅涉及線束變更，更改內(nèi)容少，修改周期短，變更設(shè)計(jì)成本少，因此該方案為最佳方案。

5 結(jié)論

基于項(xiàng)目開發(fā)階段的饋電問題，結(jié)合原理和現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，根據(jù)故障根本原因分析出3種問題的思路，列舉出不同思路下解決問題的方案，并評(píng)估方案的可行性，最終優(yōu)選出一種開發(fā)周期短的最佳方案，即ICU模塊的常電改接到ECU控制主繼電器下。針對(duì)此類問題，設(shè)計(jì)整車電源分配時(shí)應(yīng)考慮對(duì)靜態(tài)電流的影響，且模塊battery電使用需要深度評(píng)估，以免引起樣車出現(xiàn)電源不可控導(dǎo)致饋電問題出現(xiàn)。設(shè)計(jì)者要對(duì)子系統(tǒng)電氣原理圖和整車原理進(jìn)行兼容性評(píng)估。