某微車充電指示電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

田金磊，白冰，張震華

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

某微車充電指示電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

田金磊，白冰，張震華

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

闡述設(shè)計(jì)前期選用一款發(fā)電機(jī)，在裝車試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)車輛不能熄火的故障。分析其原因并提出解決方法，然后通過(guò)試驗(yàn)車輛進(jìn)行驗(yàn)證。

發(fā)電機(jī)；不能熄火；控制策略

汽車前期開發(fā)中，電氣系統(tǒng)工程師需要搜集整車各個(gè)終端用電設(shè)備的詳細(xì)參數(shù)及內(nèi)部原理圖，然后根據(jù)這些資料繪制出電源分配圖和電氣原理圖，并寫出電氣計(jì)算書。其中電氣計(jì)算書很重要，它不但使汽車關(guān)鍵用電器滿足電氣性能的要求，而且保證了用電器與整車電子電路良好匹配。所以用完善規(guī)范的電氣計(jì)算書來(lái)指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)，可以減少后期驗(yàn)證出現(xiàn)的問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)開發(fā)效率。本文通過(guò)某微車發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及匹配時(shí)，出現(xiàn)不能正常熄火的故障為例，來(lái)闡述發(fā)電機(jī)選型與問(wèn)題分析，并提出解決方法。

1 發(fā)電機(jī)選型

1.1 發(fā)電機(jī)額定電流計(jì)算與校核

發(fā)電機(jī)額定電流應(yīng)大于極限用電工況（夏季雨夜）下的最大用電負(fù)荷，即豪華配置的發(fā)電機(jī)額定電流≥最大用電負(fù)荷×系數(shù)（功能擴(kuò)展用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)）=60.78×1.15≈70A，根據(jù)廠家產(chǎn)品目錄，選取額定電流為75A的發(fā)電機(jī)。

車輛正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500～3000 r／min，發(fā)電機(jī)皮帶輪傳動(dòng)比為2.375。換算到發(fā)電機(jī)：2.375×1 500=3 562 r／min，2.375×3 000=7 125 r／min，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速3 562～7 125 r／min。校核所選發(fā)電機(jī)輸出特性曲線在車輛正常行駛時(shí)如圖1所示，熱態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)電流為67～75A，滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 車輛怠速工況對(duì)發(fā)電機(jī)的校核

考慮到應(yīng)避免選定的發(fā)電機(jī)功率冗余過(guò)大，導(dǎo)致成本浪費(fèi)。車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中（怠速情況），允許蓄電池短時(shí)間輔助發(fā)電機(jī)同時(shí)給整車用電器供電，即怠速極限用電工況下用電器消耗電流=發(fā)電機(jī)怠速工況下的輸出電流+蓄電池放電電流=連續(xù)工作制電流+短時(shí)工作制電流×頻率系數(shù)。滿足蓄電池電量100%狀態(tài)下輔助供電70min后，能夠保證下次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的電流和電壓。

經(jīng)過(guò)計(jì)算校核，選出了適合該車輛的某品牌發(fā)電機(jī)，并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果為滿足設(shè)計(jì)要求。

2 問(wèn)題描述與查找

某微車樣車在一切正常的狀態(tài)下，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后鑰匙關(guān)到OFF狀態(tài)時(shí)，車輛不熄火。在發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈點(diǎn)亮、掛倒檔、觸動(dòng)玻璃升降開關(guān)等任一IG1電的電器元件工作時(shí)，車輛可以正常熄火。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火一般都是發(fā)動(dòng)機(jī)ON檔電源信號(hào)（IG1）未斷開，測(cè)量原理圖（圖2）檢測(cè)點(diǎn)1，發(fā)現(xiàn)IG1有2.5V的電壓。可以排除是蓄電池常電與IG1電路通過(guò)線束并聯(lián)所致，判斷為用電器內(nèi)部電路故障。

2）更換ECU，故障依然存在，然后針對(duì)IG1電路上面的其他電器元件與車輛線路，逐個(gè)斷開并檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)1的電壓，發(fā)現(xiàn)儀表或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組斷開的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常熄火且檢測(cè)點(diǎn)1的電壓為0。

3）更換儀表，故障依然存在，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)可以正常發(fā)電。將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組端子、電源輸出端子、充電指示燈端子逐個(gè)斷開，當(dāng)充電指示燈端子斷開后，車輛熄火且檢測(cè)點(diǎn)電壓為0。測(cè)量充電指示燈線路一切正常，最終確定為發(fā)電機(jī)問(wèn)題。

3 問(wèn)題分析

由圖2得知，發(fā)電機(jī)充電指示燈信號(hào)通過(guò)儀表內(nèi)燈泡與儀表的IG1電源相連。斷開儀表與發(fā)電機(jī)充電指示燈電路，當(dāng)鑰匙在ON檔時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)1處電壓為12 V，發(fā)電機(jī)指示燈輸出電路檢測(cè)點(diǎn)2為2.1 V（圖3a），兩點(diǎn)間有10V左右電位差。當(dāng)鑰匙在ST檔車輛起動(dòng)后，檢測(cè)點(diǎn)1電壓升高到發(fā)電機(jī)的輸出電壓14.2V，而此時(shí)發(fā)電機(jī)指示燈輸出電路檢測(cè)點(diǎn)2由2.1V上升到14.2V（圖3b），兩點(diǎn)電位差為0。連接儀表與發(fā)電機(jī)充電指示燈電路，鑰匙在ON檔時(shí)，由所測(cè)得的電位差可知指示燈點(diǎn)亮，車輛起動(dòng)后指示燈熄滅。

所選發(fā)電機(jī)電路簡(jiǎn)圖如圖4所示。由圖4可知，發(fā)電機(jī)充電指示燈接線柱L在發(fā)電機(jī)內(nèi)接二極管D7~ D9和3個(gè)共陽(yáng)極組二極管組成的三相橋式整流電路，整流后為14.2V直流電壓信號(hào)。當(dāng)車輛從起動(dòng)狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的瞬間，直流電壓信號(hào)出現(xiàn)了一定的延時(shí)。由圖2可知，它通過(guò)充電指示燈燈泡與儀表內(nèi)電子電路產(chǎn)生了回路，以致儀表內(nèi)的IG1（檢測(cè)點(diǎn)1）針腳產(chǎn)生2.5V的電壓。此電壓通過(guò)儀表傳遞到整車IG1電路，如ECU、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組、倒車燈、玻璃升降等電路，使ECU（廠家回復(fù)IG1針腳電壓高于0.5 V ECU就能工作）與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組都正常工作。發(fā)電機(jī)處在自勵(lì)狀態(tài)，充電指示燈電路靠發(fā)電機(jī)自勵(lì)產(chǎn)生的電壓一直提供給IG1電路（檢測(cè)點(diǎn)1）2.5V的電壓，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火。同時(shí)只要儀表內(nèi)與IG1相連的燈泡（含發(fā)電機(jī)故障指示燈）或外部IG1電路工作時(shí)，就會(huì)拉低IG1電路的電壓到0.5V以下，此時(shí)ECU停止工作，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

4 解決方案

4.1 整改儀表

把儀表中的充電指示燈燈泡改用發(fā)光二極管，這樣就可以對(duì)發(fā)電機(jī)觸點(diǎn)L的電路起到隔離作用，車輛關(guān)閉時(shí)不能與IG1電源系統(tǒng)形成回路。

4.2 更換發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)模塊

更換發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)模塊控制方式為搭鐵控制。優(yōu)化后發(fā)電機(jī)電路簡(jiǎn)圖如圖5所示。點(diǎn)火開關(guān)接通且發(fā)電機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，蓄電池端電壓經(jīng)接線柱IG輸入單片集成電路，使三極管T1、T2均有基極電流流過(guò)，于是T1、T2同時(shí)導(dǎo)通。T1導(dǎo)通使勵(lì)磁繞組搭鐵，發(fā)電機(jī)由蓄電池進(jìn)行他勵(lì)。T2導(dǎo)通時(shí)有電流流過(guò)充電指示燈，電流流向?yàn)椋盒铍姵卣龢O→點(diǎn)火開關(guān)→充電指示燈→接線柱L→T2→搭鐵E→蓄電池負(fù)極；充電指示燈亮，表示發(fā)電機(jī)不發(fā)電。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其端電壓高于蓄電池電動(dòng)勢(shì)而小于調(diào)節(jié)電壓時(shí)，T1仍導(dǎo)通，但發(fā)電機(jī)由他勵(lì)轉(zhuǎn)為自勵(lì)，并向蓄電池充電。同時(shí)，由于P點(diǎn)電壓輸入單片集成電路，使T2截止，電流消失，故充電指示燈熄滅，表明發(fā)電機(jī)正常工作。這時(shí)發(fā)電機(jī)充電指示燈電路與儀表電路截止，不能通過(guò)儀表與IG1電源系統(tǒng)形成回路。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)整改對(duì)充電指示燈電路形成了雙重截?cái)啵钩霈F(xiàn)該問(wèn)題的幾率降到了最低，后期可靠性車輛耐久試驗(yàn)時(shí)也從未發(fā)生過(guò)類似問(wèn)題。針對(duì)發(fā)電機(jī)的選型設(shè)計(jì)書，增加了信號(hào)控制方面的要求，以保證用電器與整車電子電路良好匹配，提高設(shè)計(jì)效率。

［1］李春明．汽車電器與電路［M］．北京：高等教育出版社，2003．

［2］康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京：高等教育出版社，2006．

［3］GB／T2820.7—2002，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組第7部分：用于技術(shù)條件和設(shè)計(jì)的技術(shù)說(shuō)明［S］．

（編輯 心翔）

Design Improvement of Charging Indication Circuit for A Minicar

TIAN Jin-lei，BAI Bing，ZHANG Zhen-hua
（Haima Automobile Co.，Ltd.，Zhengzhou，450016，China）

A style of generator is used in the preliminary design，but the vehicle can not stall in the running test.The authors analyzed the fault causes，proposed the solution and verified it through test.

generator；can not stall；control strategy

U463.631

A

1003－8639（2014）07－0006－02

2013-08-08；

2013-09-01

田金磊（1985-），男，助理工程師，從事電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作；白冰（1982-），男，工程師；張震華（1976-），男，工程師。