整车馈电问题分析与方案优选

谢 甦，龚 晖，夏永强，郑玉圆，涂将辉，赵能卿

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001）

随着车辆电器设备的增多，整车开发过程中因电器模块之间不兼容的问题而引起的故障也越来越多，馈电问题在整车电气开发过程中较常见［1］。本文通过江铃某皮卡车型电器故障案例分析，在众多解决方案中优选出一种优化架构设计解决因串电引起的馈电问题，由于模块接常电，整车下电休眠后，会有静态电流出现［2］。因此为了降低整车静态电流，就必须考虑在实现功能要求下，尽可能接ON挡电或ACC电［3］。为整车电器架构设计提供可参考性的思路［4］。

1 相关电气原理分析

从模块信号交互原理上分析，主要涉及到3个模块：PTECU、IC、ICU模块，分别表示分动器、仪表、电子离合器，其中ICU和ECU、IC模块采用CAN总线连接，PTECU采用硬线连接，它们之间通过信号交互，IC需要通过硬线采集PTECU的两驱、四驱信号，用于仪表显示模式［5］。同时，PTECU硬线接收两驱、四驱信号来切换挡位，因此，共同点是IC、ICU同时采集两驱、四驱信号，同时仪表还具有显示发电机充电指示灯的功能，仪表是一条支路连接发电机。3个模块之间的电路原理如图1所示。

ICU检测模式信号的接口电路如图2所示，分别接收4H、4L模式的信号，模式信号低边有效，分动器ECU通过硬线发送低电平给ICU，同时通过旁边的battery电拉高，整车下电后，常电一直存在。

图1 电路原理图

2 故障现象

项目样车在使用2天重新上电后，发现无法起动，同时打开发动机盖，发现继电器中的熔断丝盒中冷却风扇继电器、预热继电器频繁吸合，用万用表测量蓄电池电压为5.8V左右，存在馈电情况。经过确认整车在使用后是正常锁车的，不存在使用不当导致问题出现。经过现场诊断发现整车锁车后的静态电流为0.4A，另外，和工程师确认当供电电源出现电压过低时，容易出现ECU功能异常情况，继电器频繁吸合不是直接故障原因，而是馈电引起的问题，因此，该问题定性为馈电引起的连锁问题。

图2 ICU检测模式信号的接口电路

3 故障分析

为了确认这个馈电问题，在下电后锁车，同时跟踪整车报文，发现整车报文停止发送后测得静态电流为0.4A，正常静态电流必须低于20mA以内才能满足整车需求。由于该样车是在原基础车型上改制（增加一个网络节点），因此怀疑是此模块造成的问题。同时取出熔断丝后测得整车静态电流为10mA，基本上达到正常标准，因此直接确认是由于该模块引起的静态电流过高。为了深入研究该问题源头，分析ICU模块的CDS，经确认，模块连接IG电和battery电，根据报文可以确认整车已经停止发送报文，ICU模块停止发送报文，芯片功耗较低。从内部的原理分析，ICU模块的battery电用于采集PTECU的两驱、四驱信号，同时，下电后需要延迟掉电存储芯片数据以及执行功能操作，因此采用此battery电。根据现场测试情况，确认仪表和ICU连接部分电压为5V，发电机电压1.08V，发电机连接蓄电池正极的电流300mA，发电机对发电机外壳电流100mA。根据原理分析，常电电压在下电后反串给仪表，仪表又分压给发电机，导致整车静态电流过高，产生馈电情况。钥匙OFF挡下，发电机L端有1V左右的电压，其实该情况等同于钥匙打在ON挡，此时调节器处于软启动状态，预励磁占空比29%，内部存在功耗。从原理上分析该问题IC内部IG电获得电压，经过充电指示灯回路给发电机电压信号，因此发电机产生400mA左右电流，导致整车馈电。

4 整改方案优选

针对以上馈电问题，根本原因是ICU模块与IC模块并联在分动器ECU上面，ICU反串电给发电机导致下电后还存在功耗。解决问题的思路有3个：①采取措施阻断ICU到IC之间的反串电压，不允许电压回流到仪表中；②取消ICU到IC之间的并联关系，采取其他设计思路进行分动器和ICU之间的信号交互；③内部电源进行可控处理，下电后ICU的供电切断。下文根据上述3种思路采取实际措施并分析工程可行性。

4.1 方案1

在仪表侧增加二极管隔离ICU和仪表的信号互相干扰问题，在仪表内部电路增加一个二极管，不允许ICU电压反串给IC，这种方案是阻断ICU与IC之间的电压［6］。满足分动器ECU同时和IC、ICU信号交互，又不允许ICU长电回流到IC中。如图3所示。此方案需要更改IC的内部电路设计，增加一个二极管，仪表更改周期3个月。另外，二极管放在线束上的措施，此方案只能测试使用，但是工程上无法应用，因此建议不采用。

图3 方案1更改方案

4.2 方案2

根据目前整车网络架构，整车ICU、IC采用CAN通信，而PTECU没有采用CAN通信，ICU、IC模块同时采集PTECU的硬线信号，此方案的思路是取消ICU和IC之间的并联关系，可通过IC采集的PTECU的硬线信号转发成报文的形式发送到总线上，然后ICU接收仪表发出的模式信号，这样有效解决ICU和IC并联导致的反串电压。此方案需要做的系统变更有：更改仪表软件，更改ICU软件通过总线接收PTECU的模式信号。这几种软件变更变动小，不需要做ICU重新标定，但由于修改软件较多，修改软件后测试周期长，因此不建议采用。

4.3 方案3

电源可控分为外部可控和内部可控，分别采用以下方案a、b。

1）方案a：修改ICU内部电路，将电源端内部可控，此方案时间较长，不易实施。风险是修改电路后需要重新作电磁兼容实验，需要确保信号互扰和静电破坏等各项实验可以通过。鉴于此方案不易实施且更改周期长，这个方案建议不采用。

2） 方案b：将ICU的常电源改动到ECU的主继电器下面，方案供电设计原理如图4所示，可解决ICU和仪表的信号互相干扰问题，由ECU控制ICU上电［7］。根据ECU内部控制策略，上ON挡电后，ECU控制继电器吸合，从给ICU电源供电到ICU发出空挡开关信号只需要54ms，上电到启动时间最短需要200ms，因此，风险一已经不存在。整车下电后，延时时间最短不低于15s，下电后ICU模块执行动作以及内部芯片存储数据要求不低于5s，因此，延时时间满足ICU模块的功能需求。建议采用此方案。

图4 ICU模块电源供电原理图

综上所述，方案3中的b方案将ICU的常电源改动到ECU的主继电器下面，仅涉及线束变更，更改内容少，修改周期短，变更设计成本少，因此该方案为最佳方案。

5 结论

基于项目开发阶段的馈电问题，结合原理和现象进行深入分析，根据故障根本原因分析出3种问题的思路，列举出不同思路下解决问题的方案，并评估方案的可行性，最终优选出一种开发周期短的最佳方案，即ICU模块的常电改接到ECU控制主继电器下。针对此类问题，设计整车电源分配时应考虑对静态电流的影响，且模块battery电使用需要深度评估，以免引起样车出现电源不可控导致馈电问题出现。设计者要对子系统电气原理图和整车原理进行兼容性评估。