基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車靜態(tài)電流控制方法淺析

單新平， 覃華強， 彭承榮， 王國棟， 唐香蕉

（上汽通用五菱汽車股份有限公司， 廣西柳州 545007）

因市場對乘用車安全性、 舒適性和可靠性的要求提高，整車電氣化和智能化配置不斷豐富， 市場所需汽車提供的控制功能越來越多， 系統(tǒng)控制和通信的成本都非常大。 一輛車里可能同時存在6～8個操作系統(tǒng)， 一輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車中通常包含了70～100個子控制單元 （ECU）， 其總量相當于空客A380里面所有控制單元的數(shù)量， 掛KL30的電控單元數(shù)量基本超20個， 可見汽車的復雜度已經(jīng)可以跟航空設施相比較。 而這些ECU的開發(fā)通常由供應商按主機廠規(guī)范完成，且各子系統(tǒng)之間完全分離， 很難做到有效的資源共享和互操作， 往往由于各模塊間標定、 兼容和調(diào)試驗證不充分，導致整車出現(xiàn)靜態(tài)電流超標概率增加。

1 系統(tǒng)簡介及原理

現(xiàn)代乘用車一般由4～5個CAN通信網(wǎng)段組成， 車身控制域 （B-Can）、 信息娛樂域 （I-Can）、 動力底盤域 （PCan）、 智能駕駛域 （D-Can）， 如圖1所示。

圖1 各控制域下模塊分布情況

依據(jù)各功能模塊需求差異， 一般掛常電涉及的靜態(tài)電流模塊有如下幾種分類方式， 見表1。

表1 各控制域下模塊分布類型

整車鑰匙下電一段時間后 （根據(jù)模塊功能開發(fā)需求， 一般控制在10min以內(nèi)）， 整車網(wǎng)絡報文停發(fā)后， 整車處于KL30電源模式下， 用電器在無網(wǎng)絡或者物理硬件響應請求前提下， 進入淺度休眠模式， ECU 功耗降至低水平， 僅維持除喚醒源檢測、 芯片記憶等相關回路， 其余電器功能全部停止工作， 一般整車靜態(tài)電流降至20mA以下。

由于模塊靜態(tài)電流消耗和蓄電池自身電荷自放電兩方面電量消耗， 當蓄電池所剩余電量不足以提供足夠的啟動電流CCA時， 發(fā)動機將不能順利啟動。

2 網(wǎng)聯(lián)汽車靜態(tài)電流控制方法

2.1 電源系統(tǒng)架構設計優(yōu)化靜態(tài)電流

在發(fā)動機工作狀態(tài)， 整車用電主要由發(fā)電機供應， 同時為蓄電池補充電能， 靜態(tài)電流電源管理系統(tǒng)主要需要考慮在發(fā)動機熄火后的電源管理， 掛常電執(zhí)行器一般分配為正常KL30電源管理模式； 整車網(wǎng)絡通信活動靜止后， 用電器開始進入休眠倒計時 （一般架構功能設計階段定義為10min以內(nèi)）， 僅為滿足部分可供使用功能模塊分配為休眠等待電源管理模式， 如延時開天窗和車窗， 發(fā)動機水溫到預警值后電子扇延時開啟等； 通過車機APP所實現(xiàn)遠程喚醒、 網(wǎng)絡喚醒、 鑰匙喚醒或車上感應器物理喚醒的模塊分配為淺休眠電源管理模式； 當監(jiān)測到車輛超過7天未起動前提下， 整車電源將分配為深度休眠電源管理模式， 此時整車將不再響應網(wǎng)絡或APP端、 云端所傳輸?shù)倪h程控制功能（也包括遠程啟動功能）， 為降低整車靜態(tài)電流功耗， 只響應物理鑰匙啟動請求。

2.2 減少KL30節(jié)點數(shù)量和延時工作時間

傳統(tǒng)各功能域下， 控制單元為分布矩陣式節(jié)點分布，運用先進星型網(wǎng)絡架構減少網(wǎng)絡直掛節(jié)點數(shù)量， 如將BCM作為車身域主控域DCU， 空調(diào)控制器等控制單元作為從屬網(wǎng)絡節(jié)點由接在BCM后控制電動窗電源取電， 這些控制器在整車下電后工作的主要原因是為了讓顧客有更好的用戶使用體驗， 但均不需要維持很久的上電時間。 我們可以通過域內(nèi)主控制器來控制繼電器通斷， 滿足從屬控制器的上電需求， 依托先進的電子電器架構體系， 如果各網(wǎng)絡節(jié)點因為軟件BUG所導致的虧電幾率相等， 可指數(shù)級降低整車靜態(tài)電流虧電風險。 如圖2所示。

圖2 分布矩陣式電子架構變革為 “星型” 網(wǎng)絡

可延時工作部件的工作時間， 可適當鎖定以減少靜態(tài)電流消耗： 如下電后娛樂系統(tǒng)延時工作時間由越來的3min更改為1.5min。

2.3 降低車外網(wǎng)絡與信號對整車異常休眠喚醒的影響

網(wǎng)聯(lián)汽車通過手機收發(fā)相關車控指令， 通過移動通信網(wǎng)絡， 網(wǎng)聯(lián)通信云聯(lián)動車機， 故而網(wǎng)聯(lián)車機可能因車外網(wǎng)絡與信號影響出現(xiàn)整車異常休眠喚醒情況， 進而導致靜態(tài)電流超標甚至整車虧電， 可通過設置相關網(wǎng)絡及信號監(jiān)測與管理策略來弱化或消除這一類事件的影響。

藍牙天線模塊Ble為在整車休眠后具有一定功能的器件， 主要實現(xiàn)藍牙鑰匙解鎖及啟動車輛。 整車休眠后要一直處于polling狀態(tài)， 藍牙信號如果一直維持將消耗較多電流， 可通過控制策略進行分時策略及鈍化控制polling周期來降低功耗， 當off下電后ble反復連接時， ble保持連接時間越來越短的控制策略8min->5min->2min， 累計連接時長改為15min， 超過15min后手機APP關閉后臺自動掃描ble功能， 需要用戶打開APP至前臺后方可再次激活， 這樣既可以降低模塊靜態(tài)電流功耗， 又可以保證功能的可用性， 避免客戶抱怨； 網(wǎng)聯(lián)車機可能在網(wǎng)絡異常情況下出現(xiàn)靜態(tài)電流超標， 根本原因為運營商網(wǎng)絡狀態(tài)的變化， 車機Modem基帶芯片會發(fā)送事件至車機系統(tǒng)， 交互頻繁下rild （數(shù)據(jù)傳輸模塊） 處于持鎖狀態(tài)， 導致車機MPU休眠失敗， 通過更改軟件優(yōu)化車機休眠時屏蔽Modem的事件通知。

2.4 通過域控制器設置“運輸模式”降低車輛長時間運輸電流消耗

對于車輛未售出前及中轉(zhuǎn)過程需長途運輸?shù)能囕v， 一般要求車輛下線超1個月仍可正常起動， 為了滿足這一市場需求， 既往所采取的常規(guī)手段有加大蓄電池容量， 將非行駛狀態(tài)非關聯(lián)接常電控制模塊設置在同一個開關或繼電器下， 在運輸過程中斷開以減少靜態(tài)電流消耗。 網(wǎng)聯(lián)架構開發(fā)中可通過車身域主控制器開發(fā)電源管理模式為 “運輸模式”， 可利用車輛自身相關按鍵和開關的組合操作方式進入， 在 “運輸模式” 下主控域控制器MCU將禁用車輛上非啟動且靜態(tài)電流大的相關驅(qū)動 （主要為信息娛樂域與智能駕駛域內(nèi)零部件）， 同時通過CAN網(wǎng)絡上傳相關報文禁用相關網(wǎng)絡， 使藍牙通信模塊bLe和網(wǎng)聯(lián)車機模塊及相關功能失效。

2.5 重新審視模塊物理喚醒源存在必要性以減少電流消耗

電控模塊從實現(xiàn)自身功能角度出發(fā)， 一般都希望盡可能多采集車上相關傳感器信息用于功能邏輯判斷和開發(fā)，但同時由于傳感器采集信號的增加， 也增加了模塊物理喚醒源異常喚醒的幾率， 所以需要在兼顧靜態(tài)電流設計的基礎上重新評估物理喚醒源存在的必要性， 同時在滿足可用性前提下盡可能實現(xiàn)功能邏輯優(yōu)化， 圖3是BCM門開休眠策略優(yōu)化過程， BCM原休眠策略為門開即保持喚醒狀態(tài)， 后經(jīng)評審優(yōu)化休眠策略為， 有門打開BCM喚醒和保持CAN網(wǎng)絡3min， 3min后如門信號無變化則BCM休眠， 如果此時再打開側(cè)門， 則進行3min重計時。

圖3 BCM物理喚醒策略變更之門信號

2.6 依托網(wǎng)絡與大數(shù)據(jù)分析等新技術應用智能管控靜態(tài)電流

依托于現(xiàn)有大數(shù)據(jù)品質(zhì)分析平臺， 可以整理出實車出現(xiàn)虧電的經(jīng)驗閾值并結(jié)合實驗室冷啟動相關數(shù)據(jù)， 我們采用網(wǎng)聯(lián)車機以車輛下電時刻作為標志時刻進行計時， 相應時段后既可以規(guī)避蓄電池自身因為前艙內(nèi)溫度等造成的虛電壓提高蓄電池SOC的檢測精確度， 又可在整車休眠后排除發(fā)電機充電電壓的影響， 通過定時喚醒檢測12V蓄電池SOC， 依托所檢測出來的蓄電池SOC， 通過信息或短信下發(fā)預警客戶關注蓄電池低電壓風險； 對于新能源EV車型， 則相對傳統(tǒng)車型可以開發(fā)更多新的補電功能， 可以通過高壓動力電池通過啟動DC/DC模塊在車輛即使是停車狀態(tài)進行自動補電， 故而新能源EV車型結(jié)合自動補電措施， 整車駐車天數(shù)可以相應減少。

2.7 創(chuàng)新電源管理系統(tǒng)架構

部分豪華車型， 現(xiàn)以采用全新雙電池方案， 將啟動電池單獨布置專門用于車輛起動， 電池功能主要側(cè)重于冷啟動高瞬時電流需求對充電效率要求不高， 對極限使用溫度要求高一般以鉛酸蓄電池為主， 另一輔助電池主要用于車輛行駛及停放時的體驗功能供電， 輔助電池主要側(cè)重于電池容量和充電效率， 對極限使用溫度要求低， 隨著蓄電池技術的發(fā)展， 近年來鈦酸蓄電池， 鋰電池都有在現(xiàn)有車型項目進行嘗試， 只是雙電池方案成本成倍增加， 對價格敏感車型無法得到全面普及。

3 結(jié)束語

未來汽車電動化和智能化程度將越來越高， 給客戶帶來使用便捷性和科技感的同時， 車上所搭載的傳感器和控制模塊數(shù)量越來越多。 由于各子系統(tǒng)操作系統(tǒng)種類和數(shù)量的增加， 系統(tǒng)集成復雜度越來越高， 而各模塊供應商開發(fā)相對獨立， 虧電問題的出現(xiàn)將越來越頻繁， 虧電問題的解決也將越來越嚴峻， 因而需要作為系統(tǒng)集成方的各主機廠以總覽全局的高度系統(tǒng)性解決和控制靜態(tài)電流問題。