整車饋電問題分析與方案優(yōu)選

謝 甦，龔 暉，夏永強，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)化架構設計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］。為整車電器架構設計提供可參考性的思路［4］。

1 相關電氣原理分析

從模塊信號交互原理上分析，主要涉及到3個模塊：PTECU、IC、ICU模塊，分別表示分動器、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，它們之間通過信號交互，IC需要通過硬線采集PTECU的兩驅、四驅信號，用于儀表顯示模式［5］。同時，PTECU硬線接收兩驅、四驅信號來切換擋位，因此，共同點是IC、ICU同時采集兩驅、四驅信號，同時儀表還具有顯示發(fā)電機充電指示燈的功能，儀表是一條支路連接發(fā)電機。3個模塊之間的電路原理如圖1所示。

ICU檢測模式信號的接口電路如圖2所示，分別接收4H、4L模式的信號，模式信號低邊有效，分動器ECU通過硬線發(fā)送低電平給ICU，同時通過旁邊的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

項目樣車在使用2天重新上電后，發(fā)現(xiàn)無法起動，同時打開發(fā)動機蓋，發(fā)現(xiàn)繼電器中的熔斷絲盒中冷卻風扇繼電器、預熱繼電器頻繁吸合，用萬用表測量蓄電池電壓為5.8V左右，存在饋電情況。經(jīng)過確認整車在使用后是正常鎖車的，不存在使用不當導致問題出現(xiàn)。經(jīng)過現(xiàn)場診斷發(fā)現(xiàn)整車鎖車后的靜態(tài)電流為0.4A，另外，和工程師確認當供電電源出現(xiàn)電壓過低時，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檢測模式信號的接口電路

3 故障分析

為了確認這個饋電問題，在下電后鎖車，同時跟蹤整車報文，發(fā)現(xiàn)整車報文停止發(fā)送后測得靜態(tài)電流為0.4A，正常靜態(tài)電流必須低于20mA以內才能滿足整車需求。由于該樣車是在原基礎車型上改制（增加一個網(wǎng)絡節(jié)點），因此懷疑是此模塊造成的問題。同時取出熔斷絲后測得整車靜態(tài)電流為10mA，基本上達到正常標準，因此直接確認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，模塊連接IG電和battery電，根據(jù)報文可以確認整車已經(jīng)停止發(fā)送報文，ICU模塊停止發(fā)送報文，芯片功耗較低。從內部的原理分析，ICU模塊的battery電用于采集PTECU的兩驅、四驅信號，同時，下電后需要延遲掉電存儲芯片數(shù)據(jù)以及執(zhí)行功能操作，因此采用此battery電。根據(jù)現(xiàn)場測試情況，確認儀表和ICU連接部分電壓為5V，發(fā)電機電壓1.08V，發(fā)電機連接蓄電池正極的電流300mA，發(fā)電機對發(fā)電機外殼電流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，導致整車靜態(tài)電流過高，產生饋電情況。鑰匙OFF擋下，發(fā)電機L端有1V左右的電壓，其實該情況等同于鑰匙打在ON擋，此時調節(jié)器處于軟啟動狀態(tài)，預勵磁占空比29%，內部存在功耗。從原理上分析該問題IC內部IG電獲得電壓，經(jīng)過充電指示燈回路給發(fā)電機電壓信號，因此發(fā)電機產生400mA左右電流，導致整車饋電。

4 整改方案優(yōu)選

針對以上饋電問題，根本原因是ICU模塊與IC模塊并聯(lián)在分動器ECU上面，ICU反串電給發(fā)電機導致下電后還存在功耗。解決問題的思路有3個：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)關系，采取其他設計思路進行分動器和ICU之間的信號交互；③內部電源進行可控處理，下電后ICU的供電切斷。下文根據(jù)上述3種思路采取實際措施并分析工程可行性。

4.1 方案1

在儀表側增加二極管隔離ICU和儀表的信號互相干擾問題，在儀表內部電路增加一個二極管，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］。滿足分動器ECU同時和IC、ICU信號交互，又不允許ICU長電回流到IC中。如圖3所示。此方案需要更改IC的內部電路設計，增加一個二極管，儀表更改周期3個月。另外，二極管放在線束上的措施，此方案只能測試使用，但是工程上無法應用，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)絡架構，整車ICU、IC采用CAN通信，而PTECU沒有采用CAN通信，ICU、IC模塊同時采集PTECU的硬線信號，此方案的思路是取消ICU和IC之間的并聯(lián)關系，可通過IC采集的PTECU的硬線信號轉發(fā)成報文的形式發(fā)送到總線上，然后ICU接收儀表發(fā)出的模式信號，這樣有效解決ICU和IC并聯(lián)導致的反串電壓。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。這幾種軟件變更變動小，不需要做ICU重新標定，但由于修改軟件較多，修改軟件后測試周期長，因此不建議采用。

4.3 方案3

電源可控分為外部可控和內部可控，分別采用以下方案a、b。

1）方案a：修改ICU內部電路，將電源端內部可控，此方案時間較長，不易實施。風險是修改電路后需要重新作電磁兼容實驗，需要確保信號互擾和靜電破壞等各項實驗可以通過。鑒于此方案不易實施且更改周期長，這個方案建議不采用。

2） 方案b：將ICU的常電源改動到ECU的主繼電器下面，方案供電設計原理如圖4所示，可解決ICU和儀表的信號互相干擾問題，由ECU控制ICU上電［7］。根據(jù)ECU內部控制策略，上ON擋電后，ECU控制繼電器吸合，從給ICU電源供電到ICU發(fā)出空擋開關信號只需要54ms，上電到啟動時間最短需要200ms，因此，風險一已經(jīng)不存在。整車下電后，延時時間最短不低于15s，下電后ICU模塊執(zhí)行動作以及內部芯片存儲數(shù)據(jù)要求不低于5s，因此，延時時間滿足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的常電源改動到ECU的主繼電器下面，僅涉及線束變更，更改內容少，修改周期短，變更設計成本少，因此該方案為最佳方案。

5 結論

基于項目開發(fā)階段的饋電問題，結合原理和現(xiàn)象進行深入分析，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。針對此類問題，設計整車電源分配時應考慮對靜態(tài)電流的影響，且模塊battery電使用需要深度評估，以免引起樣車出現(xiàn)電源不可控導致饋電問題出現(xiàn)。設計者要對子系統(tǒng)電氣原理圖和整車原理進行兼容性評估。