一种基于IC 控制的发电机励磁策略研究

周延藤， 赵 刚， 许 欢， 刘 辉， 肖 晓， 胡 清

（1.陕西汽车集团有限责任公司技术中心， 陕西 西安 710200；2.中汽研（天津） 汽车工程研究院有限公司， 天津 300300）

1 引言

随着汽车电气化的程度越来越高，对整车电源系统的稳定性和安全性提出了更加严格的要求。而发电机作为电源系统的核心部件，其能否安全可靠地工作，直接决定了汽车电器系统的可靠性和市场品质的口碑。发电机的主要作用是在发动机运行后，为整车各个负载和控制器提供电源，并且为蓄电池充电，是汽车电源系统的主要组成部分。根据发电机的工作原理，在发动机完成起动后，发电机需要外部提供一个励磁电流，使发电机建立励磁，正常工作，之后断开外部输入励磁电流。本文基于发电机的工作特性，提出了一种IC驱动发电机励磁的控制策略。

2 发电机励磁控制系统

2.1 发电机励磁控制策略

基于某新型卡车多路通信的电器架构开发的IC驱动发电机励磁电流信号输出需要同时满足以下条件。

1） 控制器接受到发动机转速从＜600r/min变为≥600r/min。

2） 点火开关处于ON挡。

执行动作：IC驱动发电机励磁电流输出，并在CAN总线上输出励磁电流信号为“有效”。满足以下任一条件，IC关闭发电机励磁信号输出：①发动机转速从＜600r/min变为≥600r/min，计时10s超时；②点火开关处于非ON挡。

执行动作：IC关闭发电机励磁电流输出，并在CAN总线上发出励磁电流信号为“无效”。

2.2 蓄电池充电指示

1） IC上ON挡电后，当发动机处于未运转状态，或者发动机处于运转状态且IC本地采集蓄电池电压（通过A1针脚判断蓄电池电压） 小于25.5V并计时2s时，IC发送蓄电池充电状态为“未充电”，IC点亮蓄电池故障指示灯。

2） IC上ON挡电后，当发动机处于运转状态时，且IC本地采集蓄电池电压≥26.5V并计时2s时，IC发送蓄电池充电状态为“充电中”，IC熄灭蓄电池故障指示灯。

备注：发动机处于未运转状态：发动机转速＜600r/min；发动机处于运转状态：发动机转速≥600r/min。

图1 IC驱动发电机励磁控制系统框图

2.3 发电机励磁控制系统组成

发电机励磁控制系统需要涉及到零部件有：发电机总成、IC、线束、电源模块、网关、一键起动模块PEPS、智能钥匙、ECM等。发电机励磁控制原理框图如图1所示。各部分功能介绍如下。

1） IC：驱动发电机励磁电流输出的核心部件，内部集成了励磁控制的功能逻辑。在输入端采集发动机转速信号和电源挡位信号（CAN报文） 后，经过内部逻辑判断，在控制端驱动针脚B1输出励磁电流，并在CAN总线上发送发电机励磁电流状态信号。

2） 发电机总成：集成在发动机上，为整车提供电源，并且为蓄电池充电。

3） 线束：将各零部件连接起来，用来传递输入和输出信息。

4） 电源模块：由两块12V铅酸蓄电池串联组成，在发动机未起动时，为整车各个控制器和负载提供电源。

5） 一键起动模块PEPS：控制整车电源挡位变化 （OFF挡、ACC挡、ON挡、START挡），同时将当前电源挡位信号发送到CAN总线上。

6） 智能钥匙：一键起动模块PEPS在整车上电过程中必须与智能钥匙经过验证，才能完成上电。

7） 网关：负责将发动机的转速信号从PCAN路由到BCAN上。

8） ECM：负责将发动机转速等信息发送到PCAN上。

IC、网关、ECM、PEPS等控制器之间的信号传递遵守CAN协议。图2为网络拓扑图。

图2 网络拓扑图

3 发电机失效故障案例和分析

基于发电机的控制策略，结合实际出现的案例，讨论当发电机工作失效后，故障的分析方法和改进措施。

一辆2020年7月的试制车，工作人员反馈，发动机起动完成后，仪表显示蓄电池电压24.2V，蓄电池故障指示灯不熄灭。

通过实车测试，故障现象与驾驶员描述一致，测试时发现，发动机起动后，发电机未建立励磁，使用万用表测试整车电压与仪表显示一致。

通过对发电机励磁系统的原理和结构的了解，针对车辆的故障现象，分析故障的原因可能有：①IC励磁控制模块故障；②网关信号路由出现故障；③发电机与IC之间励磁线束出现故障；④PEPS电源挡位信号出现异常；⑤发电机总成故障；⑥发电机与整车之间的充电线缆出现故障。

4 故障诊断流程

根据故障现象，从控制器信号输入端和输出端进行分析，设计出发电机模块故障的诊断流程，如图3所示。

根据故障分析的可能原因并结合故障诊断流程对问题进行排查。

1） 使用诊断仪对IC进行诊断，读取故障码，发现IC没有故障码。

图3 发电机故障诊断流程

2） 使用CANoe读取B_CAN和P_PCAN的总线报文，通过数据发现电源挡位信号和发动机转速信号正常且满足IC励磁驱动输出的条件，说明PEPS、ECM、网关等控制器正常。

3） 对从IC的B1针脚引出到发电机励磁端的线束进行导通和短路测试，线束正常。

4） 对发电机与整车之间的充电线缆检查，线束安装紧固可靠，未出现松动现象。

由此可以判断该问题的故障范围在IC输出执行端、发电机总成方面。

观察发电机总成外观，未发现损坏痕迹，由于拆卸发电机，对发电机内部检查电路较为复杂，因此优先排查IC输出端的励磁电流输出，测试方法为在发动机起动后，使用万用表测试励磁线束电压，发现励磁电压一直为0，发动机熄火重新上电到ON挡后，对仪表使用诊断仪利用UDS的0x2F服务（输入输出控制服务） 强制控制仪表输出励磁电流，测试结果为B1针脚的电压一直为0，因此确定故障点为IC硬件问题；重新更换一块新的IC后，起动发动机，发电机仍然不能正常工作，通过对故障件拆解分析，并用电流钳在台架上对励磁电流进行测试，结果显示励磁电流约为3A，这就导致IC对励磁电流做诊断时，会由于励磁电流过大而做出励磁线路短路的判断，进而切断励磁电流输出，造成发电机不工作的故障。因此在励磁线束上加装一个限流电阻，再对励磁电流进行测试，结果约为20mA，避免了误诊断现象的发生，发动机起动后，发电机可以正常工作，整车电压为27.8V，故障消除。

5 结论

本文通过介绍陕汽某型号商用车的发电机励磁控制策略，并结合实际故障案例，提出了一种当发电机工作出现失效问题时的故障排查思路。由于现代卡车电器功能越来越多，架构也越来越复杂，这就要求在解决实际问题时，要掌握发电机励磁控制子系统的工作原理，又要熟练运用诊断仪、万用表和电流钳等测试设备。通过分析数据和故障现象，快速确定故障点，解决问题，再深入分析导致问题的原因，采取整改措施优化设计方案。