大眾ID.4供電控制技術淺析

◆文/江蘇 吳書龍

大眾品牌ID.4是大眾品牌首款基于MEB平臺打造而來的全球首款純電動SUV車型。MEB平臺是德語“模塊化電驅動平臺”的縮寫，是大眾全新純電動車的專屬制造平臺，具有極強的擴展性，可打造不同車身軸距，并根據不同車型的的需求調校出不同的續航里程。ID.4在智能化的道路上又向前邁進了一步，對車輛啟動的邏輯做了改進：從坐上車的那刻起，車輛電器系統就被激活(AC、舒適娛樂系統)；踩住制動后，只需要轉動選擋桿，就可以起步。電氣化邁入全新E3架構階段，總線通訊速率提升，控制域更清晰；目前使用的是1.1版本，集中控制方式，通訊速度更快，控制單元集成化，數量更少、算力更高。因此，大部分維修技師和職業院校專業老師對大眾ID.4供電控制技術還不是很了解，也無法根據這些特性去進行故障診斷和分析。本文將針對這一情況，以大眾ID.4供電控制技術為例進行詳細介紹，希望對讀者朋友們有所幫助。

一、12V供電控制

1.蓄電池

在ID.4中，通過高電壓蓄電池的水冷式變壓器A19(DC/DC)為12V車載電網供電(圖1)，電壓最高為15.5V。只有在激活高電壓系統，也就是閉合高電壓蓄電池出口接觸器時，才能為低壓車載電網供電。因此DC/DC變壓器既是高電壓系統的用電器，同時又是12V車載電網的電源。對于高電壓電源管理系統來說，12V車載電網的能源需求始終具有最高優先權，因為12V車載電網必須有足夠的電壓才能運行高電壓系統。因此，一旦激活高電壓系統，將始終通過DC/DC變壓器為12V車載電網提供保護。 DC/DC變壓器由J533中的低電壓電源管理系統控制，J533通過LIN總線從J367獲得關于低電壓車載電網和12V蓄電池的最新電量信息。

圖1 12V車載電網供電信號流

12V蓄電池的參與對于啟動過程至關重要，ID.4即為51Ah濕電池的結構。車輛鎖止時，高電壓蓄電池與高壓電路斷開。在啟動過程中，高電壓蓄電池首先借助12V蓄電池連接到高壓電路。因此，無法啟動12V蓄電池放電狀態的電動汽車。根據低電壓車載電網當前的能源需求，低電壓管理系統向變壓器要求一個特定電壓。低電壓電源管理系統的目的是，將12V蓄電池的電量(SOC)保持在90%。如果SOC達到90% ，則不再為12V蓄電池充電。也就是說，所選擇的電壓使得蓄電池既不充電也不放電(零電流調節)。

ID.4通過定期和自動的診斷確定12V蓄電池的電量。診斷的主要組成部分是測試脈沖。 診斷僅在車輛停止時運行。在測試脈沖開始時，12V蓄電池為高電壓蓄電池充電。其結果是，12V蓄電池的靜態電壓下降并產生特征電壓曲線。在測試脈沖結束時，高電壓蓄電池充電結束，12V蓄電池的電壓返回到接近靜態電壓的數值。由測試脈沖產生的電壓曲線，允許作為蓄電池電量的說明。從而檢查并確保，蓄電池具有滿足系統要求的可用功率。蓄電池診斷的詳細流程如下。

(1)執行的前提條件

接線端15關閉，12V蓄電池上沒有充電器，沒有激活的車輛軟件在線遠程升級，車輛沒有處于運輸模式，高電壓蓄電池沒有充滿電。

(2)時間流程

①測試脈沖前：為了降低過壓，以大約10A(±1A)的電流為12V蓄電池放電180s，180s的零電流調節和靜態電壓測量 URuhe。

②在測試脈沖期間：12V蓄電池使用大約92A(±1A)電流為高電壓蓄電池充電20s，并測量參數(圖2)。

圖2 測試脈沖參數

③測試脈沖后：評估參數是判斷蓄電池是否老化的標準的基礎，這導致蓄電池診斷時長為380s。通過測試脈沖完成對12V蓄電池的診斷后，將通過參數評估將結果保存為計數器讀數。計數器的數值分為4個區域。針對每個數值區域分配了相關措施。這些措施包括故障存儲器記錄和組合儀表內的警告(圖3)。

圖3 參數評估結果儀表顯示

如果必須更換12V蓄電池，則必須更換為51Ah的蓄電池。因為通過測試脈沖的診斷，是針對51Ah蓄電池設計的。

2.蓄電池配電盒

ID.4配備3只蓄電池配電盒(圖4)：熔絲架A為熔絲架B和C供電，熔絲架B為機艙內的熔絲和繼電器供電，熔絲架C安裝在儀表板左側，為車內的熔絲和繼電器供電。

圖4 蓄電池配電盒

二、接線端控制

各個控制單元要想讓用電設備工作，必須要能通過總線或15電信號激活(喚醒)。將控制控制單元的起始位置就稱之為接線端。ID.4中的接線端控制由J533 (ICAS1)和J519控制，如圖5所示。J533承擔主要功能，而J519則負責讀取點火啟動按鈕并激活接線端15繼電器。除了已知的車輛狀態(例如信息娛樂系統的電源接線端S和點火開關供電接線端15)，還實現了“Comfort Ready(舒適模式就緒)”狀態和“READY”(行駛準備就緒)狀態。

圖5 接線端控制功能聯網信號

1.Comfort Ready控制

該狀態允許駕駛員在點火開關關閉時操作車內的信息娛樂系統和空調,其信號流控制如圖6所示，汽車鑰匙無需留在車內。當J386檢測到駕駛員車門打開時，通過J533將喚醒驅動系統CAN總線，持續喚醒時間90s，超過90s就算駕駛員坐下也不會激活。在這段時間內，駕駛員側座椅占用傳感器G1067可以檢測駕駛員座椅是否被占用，并將此信息通過安全氣囊模塊J234傳輸給J533。隨后J533激活 Comfort Ready 狀態，組合儀表中顯示“歡迎駕駛員”和“PARK”(駐車制動器被激活)等信息。同時通過高電壓蓄電池CAN總線喚醒高電壓電池管理器J840和空調電動壓縮機控制單元J979閉合高電壓電路(激活時可以聽到高壓電路閉合的聲音)，為空調的高電壓組件供電和信號控制；通過以太網喚醒信息娛樂系統。

圖6 Comfort Ready信號流

2.轉向柱解鎖控制

該狀態前提條件為駕駛員座椅已占用，Comfort Ready已激活，駕駛員車門已打開。信號流如圖7所示，當J386監測到駕駛員車門關閉時，進入及啟動控制單元J965會在車內啟動鑰匙搜索功能，J519接收來自汽車鑰匙的無線電響應，并將其發送到J533，確認鑰匙合法性。此外，J533還檢查J764的防盜鎖止數據，如果結果是正面的，則由N360解鎖轉向柱。J764通過舒適/便捷系統CAN總線報告轉向柱的完全解鎖狀態。

圖7 轉向柱解鎖信號流

3.接線端15控制

不受任何外部開關控制的控制單元供電稱之為“常電(端子代號Kl.30)”。為了節能控制單元不工作時會在內部對Kl.30進行切斷，進入低功耗“休眠”狀態；只有當控制單元開始工作時需要接收點火開關信號進行“喚醒”供電工作，這個信號稱之為“接線端 15(端子代號Kl.15)”。喚醒Kl.15前提條件為駕駛員座椅已占用，駕駛員車門已關閉，轉向柱解鎖。信號流如圖8所示，J533通過制動踏板(底盤CAN總線喚醒)或是通過點火啟動按鈕(舒適/便捷系統CAN總線喚醒)接收駕駛員打開點火開關的請求。從而通過J965啟動車內的鑰匙搜索功能，J519接收來自汽車鑰匙的無線電響應，并將其發送到J533進行檢查。如果結果是正面的，則J533通過所有數據總線發送信息“接線端15激活”。此外，J519將離散的接線端15信號發送到發動機控制單元J623并控制J329繼電器為接線端15供電。由 J329接通的電勢為車輛中的多個組件供電，包括電驅動裝置控制單元J841。如果此電勢沒有為J841供電，則可能無法產生牽引力。

圖8 接線端15信號流

4.Ready控制

該狀態出現的前提條件駕駛員座椅已被占用，接線端15已激活。信號流如圖9所示，當J533 通過底盤 CAN 總線接收制動踏板的狀態，行駛擋開關的位置(位于D或R擋)由轉向柱電子裝置控制單元J527通過舒適/便捷系統CAN總線發送給J519。如果車內的最后一次鑰匙搜索已于12s前完成，則結果被認為是過時的。在這種情況下，J533通過J965啟動鑰匙搜索，J519接收來自汽車鑰匙的無線電響應，并將其發送到J533進行檢查。如果結果是正面的，則J533通過所有數據總線發送信息“接線端 50激活”，儀表顯示“READY”，駐車制動器解除，當駕駛員將腳從踏板上移開時，車輛開始緩慢滾動滑移。

圖9 Ready信號流

5.離車控制

ID.4車輛采用無噪音電動機，并標配有單穩態行駛擋位傳感器和無鑰匙啟動系統。這些情況要求與之相匹配的離車控制方案，如圖10所示。該示意圖僅適用于未激活Auto Hold(自動駐車功能)的情況，Auto Hold(自動駐車功能)還可以強制關閉條件。為此組合了多個關閉條件，以確保車輛正確停放并且無法自行移動。

圖10 離車控制示意圖

當車輛停好后，按下啟停按鈕或者駐車制動按鈕，即可退出“READY”狀態。此外，還會執行防溜車功能，如果同時出現以下3種狀態中的2種狀態，則會關閉READY狀態并激活駐車制動器：駕駛員車門打開/駕駛員安全帶松開/駕駛員座椅未占用。

駕駛員可以通過按下啟動按鈕來關閉點火開關。車輛切換為Comfort Ready狀態。這也可以通過松開駕駛員安全帶來實現。此外，還有3種自動關閉點火開關的方法。為此必須滿足下列關閉條件：

(1)駕駛員安全帶松開，駕駛員座椅未占用且駕駛員車門打開；

(2)駕駛員安全帶松開，駕駛員座椅未占用且車輛鎖止；

(3)未激活任何診斷且駕駛員座椅超過30min未占用。

當滿足以下關閉條件之一時，將退出“Comfort Ready(舒適模式就緒)”狀態：

(1)駕駛員安全帶松開，駕駛員座椅未占用且駕駛員車門打開；

(2)車輛鎖止；

(3)Comfort Ready激活超過60min。

除了所列出的關閉條件外，電源管理系統監測到12V蓄電池電量不足時也可以關閉點火開關或 Comfort Ready。

三、結語

綜上所述，在理清了供電組件及接線端的控制后，結合電路圖分析具體針腳定義就能進行車輛相關故障診斷與排除。當出現電氣故障時，通過控制單元或電氣組件的熔絲判斷是控制單元或電氣組件電路還是接線端或供電組件故障；接線端或供電組件故障可以通過接線端控制信號流進一步判斷是接線端還是供電組件或啟動按鈕故障；如果是控制單元或電氣組件電路故障可以通過測量總線供電線電壓或信號線電壓波形等方法進行判斷；如以上線路都沒問題，則更換控制單元或電氣組件。