汽車低壓電源不發電情況下的駕車體驗測試

胡文權，王沖

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

車輛的低壓電源主要包含DC-DC或發電機，其供電關系如圖1所示。

圖1 低壓電源供電關系

1）蓄電池在車輛起動前、起動瞬間給低壓用電器供電。

2）車輛起動后，低壓電源同時給用電器供電并給蓄電池充電。

3）在某些高負載工況下，由于低壓電源供電量受限，蓄電池輔助低壓電源給整車用電器供電。

4）低壓電源停止輸出后，由蓄電池支撐電器負載工作至電器系統出現欠壓保護。

1 汽車低壓電源

1.1 傳統發電機

發電機是普通燃油車起動后的供電電源，其任務是對除起動機以外的所有用電器供電，并向蓄電池充電。發電機不發電導致的后果：電器件出現低壓保護不工作導致車輛拋錨；車輛因蓄電池電量低而無法起動。除了車輛耐久老化外，使用維護不當也會造成發電機故障；發電機故障的原因主要有以下幾方面。

1）電機本體故障：碳刷磨損；線圈短路燒蝕或斷路；調節器故障；超輸出功率保護。

2）輸入輸出線路故障：勵磁電路故障；信號線插件脫落或斷裂；輸出線斷路或短路。

3）傳動裝置故障：皮帶磨損松動或斷裂；碰撞導致的支架或軸承斷裂；維修或更換時未調整好支架位置。

4）過熱故障：風道被積塵堵塞，通風不良，造成發電機散熱困難；軸承磨損局部過熱；鐵芯繞組絕緣損壞產生渦流效應；車輛冷卻系統故障。

1.2 新能源汽車DC-DC

DC-DC可將動力電池組的高電壓直流電轉換為恒定的低電壓直流電，既給全車低壓電器供電，又給輔助蓄電池充電。新能源汽車有高壓互鎖保護設計，若DC-DC故障發生在高壓輸入側，則整車會出現無法起動上電或動力丟失；若故障發生在低壓側且未出現短路現象，則相當于DC-DC低壓端無輸出，車輛會出現不充電報警，整車電源管理系統會啟用低電壓模式以節省電量，低壓電器的工作由低壓蓄電池或超級電容供給來支撐。

2 測試目標

為了良好的客戶體驗，需要對車輛的部分重要系統進行冗余設計。本測試的目標包含以下方面。

1）評價從低壓電源輸出失效開始，直至駕駛員發現整車必要的功能受到影響時所行使的距離和時間是否符合設計要求。

2）對打火起動或拖車救援難易程度進行評估。

3）對電器系統功能表現進行分析，確保客戶遇到類似情況時，能夠正常應變處理（符合正常的心理感知預期和處理事件方式）。

4）與虛擬仿真結果、靜態測試結果對比，驗證電源管理策略、低壓保護、功能安全策略是否達成。

5）評估車輛在不同駕駛模式設置（動力/電動/混動/制動能量回收級別/啟停開關）下低壓電器耗電量對行駛里程和駕駛體驗的影響。

3 測試準備

3.1 車輛預期功能確認

1）各控制器與執行器的工作電壓范圍確認：轉向助力、制動系統、換擋系統、散熱系統、燈光信號、SOS系統、車門控制、雨刮洗滌系統等。

2）電氣系統設計功能邏輯確認：何種電壓下應該出現何種信號提示、提示順序、失效后重啟條件、功能安全邏輯等。

3）低壓電源斷開順序確認：分別嘗試先斷低壓電源后起動車輛或先起動車輛后斷開低壓電源。

3.2 技術要求確認

測試過程中，電氣系統以及功能無永久損壞，在組件規定的工作電壓范圍內的應滿足狀態Ⅰ，在組件規定的工作電壓范圍外的應滿足狀態Ⅲ；行駛里程應滿足預期目標；報警信息應滿足設計規范，無未定義的故障碼產生；電源模式和電器功能應滿足功能安全設計要求。

車輛功能狀態分類定義如下。

狀態Ⅰ：試驗中和試驗后，電器及系統所有功能滿足設計要求。

狀態Ⅱ：試驗中電器及系統所有功能滿足設計要求，但允許有一個或多個超出允許偏差；試驗后所有功能應自動恢復到規定限值。存儲功能應符合狀態Ⅰ。

狀態Ⅲ：試驗中電器及系統一個或多個功能不滿足設計要求，但試驗后所有功能應自動恢復到正常運行。

狀態Ⅳ：試驗中電器及系統一個或多個功能不滿足設計要求，且試驗后不能自動恢復到正常運行，需要對電器及系統通過簡單地重新激活，才能自動恢復到正常操作狀態。

狀態Ⅴ：試驗中電器及系統一個或多個功能不滿足設計要求，且試驗后不能自動恢復到正常運行，需要對電器及系統進行修理或更換，才能恢復其正常操作。

測試布點、監控信號、氣候、車速、駕駛循環時間、檢查項目、結束條件、電器負載開啟種類、低壓電源斷開路數和順序等條件以具體法規、標準或特定要求而定，本文涉及的以上參數僅供參考。

3.3 測試車輛準備

確認車輛部件安裝完整，讀取軟硬件信息；進入怠速或行駛模式，檢查車輛功能；車輛熄火下電。試驗車搭載與原車同型號的新蓄電池，試驗前將蓄電池充滿。

3.4 測試布點

對車輛蓄電池、低壓電源、電源分配盒、轉向機、鼓風機、散熱風扇、燈光、雨刮、關鍵控制器等點位的電壓電流進行傳感器布置，并調試好數采設備應用界面。

用總線數據采集儀器接至車輛ETC接口，導入指定車型解析文件，配置信號（發動機轉速、車速、冷卻液溫度、電池SOC、電池電壓、電池溫度、車輛電源模式、ABS狀態、EPB狀態等）顯示界面，作為儀表熄滅后車輛狀態的信息備份。將單個或多個攝像機架設在能夠攝錄到車輛儀表、中控大屏、換擋手柄、前風擋、方向盤等圖像的位置，并插上攝像機外接電源。

4 測試步驟

4.1 進場和熱車

1）將車輛駛入場地發車等待區域，讀取并清除故障碼，若故障碼無法清除，應做好記錄，作為后續評估的參考。

2）開啟設備進行電壓電流、網絡信號、溫度等數據采集，并開啟錄像機進行事件記錄。同時用滿電蓄電池替換掉原車蓄電池。

3）車輛起動上電后，開啟近光燈、雨刮低速、空調設定22℃，關閉座椅加熱、后除霜，斷開低壓電源輸出（做好絕緣防護和物理固定），進行秒表零點計時，車輛原地怠速5min。

4.2 駕駛循環

駕駛車輛起步至指定路線，并以（50±5）km/h的速度行駛5min，然后減速靠邊停車，進行功能檢查：助力轉向、燈光信號、雨刮洗滌、空調、電子駐車、門鎖及玻璃升降等。緩慢加速至（50±5）km/h，駛入測試路線內。重復上面的步驟，直至駕駛員主觀覺察到車輛報警信息。由測試人員根據車輛基本性能（轉向、制動、冷卻、視野、加速、換擋等）受影響的程度決定是否繼續行駛。無法繼續加速行駛后，車輛靠邊開啟危險報警燈，在車輛后方約150m位置設立帶燈光閃爍的三角警示牌；若車輛未自動熄火下電，嘗試按鍵下電。待車輛下電后，停止記錄數據，并嘗試讀取故障碼。

4.3 車輛恢復及應急功能檢查

恢復整車狀態后（恢復發電機或DC-DC低壓輸出端連接后，嘗試跨接12V或24V外接電源起動），進行車輛功能檢查。若車輛無法起動或起動后無法行駛（P擋無法解除、EPB無法釋放、轉向無助力等），掛回P擋，讀取故障碼。

在清除故障碼后，再次嘗試起動或者行駛。若依然失敗，車輛下電后，斷開蓄電池和高壓開關插件1min以上，然后嘗試起動行車；若依然無法行車，嘗試車輛上電后可否掛空擋和釋放駐車制動，做道路救援的拖車準備。部分車型有拖車模式的，要檢查是否能進行拖車模式。檢查SOS或道路救援功能是否有效，將車輛下電以節省電量。

5 結果評估

對電壓電流、網絡報文、事件記錄以及故障碼進行數據解析處理；依據3.2技術要求進行結果評估。總線信號分布示例如圖2所示，可能出現的事件示例見表1。

圖2 總線信號分布示例

表1 可能出現的事件示例