整車饋電問題分析與方案優選

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選出一種優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，會有靜態電流出現［2］。因此為了降低整車靜態電流，就必須考慮在實現功能要求下，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電機充電指示燈的功能，儀表是一條支路連接發電機。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 故障現象

項目樣車在使用2天重新上電后，發現無法起動，同時打開發動機蓋，發現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。經過現場診斷發現整車鎖車后的靜態電流為0.4A，另外，和工程師確認當供電電源出現電壓過低時，容易出現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，發現整車報文停止發送后測得靜態電流為0.4A，正常靜態電流必須低于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（增加一個網絡節點），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電流過高。為了深入研究該問題源頭，分析ICU模塊的CDS，經確認，模塊連接IG電和battery電，根據報文可以確認整車已經停止發送報文，ICU模塊停止發送報文，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據以及執行功能操作，因此采用此battery電。根據現場測試情況，確認儀表和ICU連接部分電壓為5V，發電機電壓1.08V，發電機連接蓄電池正極的電流300mA，發電機對發電機外殼電流100mA。根據原理分析，常電電壓在下電后反串給儀表，儀表又分壓給發電機，導致整車靜態電流過高，產生饋電情況。鑰匙OFF擋下，發電機L端有1V左右的電壓，其實該情況等同于鑰匙打在ON擋，此時調節器處于軟啟動狀態，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，經過充電指示燈回路給發電機電壓信號，因此發電機產生400mA左右電流，導致整車饋電。

4 整改方案優選

針對以上饋電問題，根本原因是ICU模塊與IC模塊并聯在分動器ECU上面，ICU反串電給發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

根據目前整車網絡架構，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之間的并聯關系，可通過IC采集的PTECU的硬線信號轉發成報文的形式發送到總線上，然后ICU接收儀表發出的模式信號，這樣有效解決ICU和IC并聯導致的反串電壓。此方案需要做的系統變更有：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模塊執行動作以及內部芯片存儲數據要求不低于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

基于項目開發階段的饋電問題，結合原理和現象進行深入分析，根據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，最終優選出一種開發周期短的最佳方案，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，以免引起樣車出現電源不可控導致饋電問題出現。設計者要對子系統電氣原理圖和整車原理進行兼容性評估。