夏鳴春，張建海，李建勛，歐陽敏

（1.吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315315；

2.神龍汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

基于EC5發(fā)動機新增STT系統(tǒng)電器架構(gòu)分析與線束設(shè)計

夏鳴春1，張建海2，李建勛2，歐陽敏2

（1.吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315315；

2.神龍汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

敘述EC5發(fā)動機的非STT系統(tǒng)和STT系統(tǒng)電器架構(gòu)，簡要分析STT系統(tǒng)中中央穩(wěn)壓器、起動控制接口盒、蓄電池充電狀態(tài)盒和起停按鈕電器設(shè)備控制策略，闡述STT系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的線徑計算方法與熔斷絲容量大小確定方法，最后給出EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)線束拓撲圖和STT系統(tǒng)線束拓撲圖與線束3D圖。

EC5發(fā)動機；STT系統(tǒng)；電器架構(gòu)；線束拓撲圖

STT（Start and stop）系統(tǒng)為起停系統(tǒng)，其主要原理是為了減少汽車CO2的排放和降低汽車油耗，在車輛怠速低轉(zhuǎn)速的時候讓發(fā)動機停止運行，然后在駕駛員需要時重起發(fā)動機。

1 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)電器架構(gòu)分析

1.1 EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)和STT系統(tǒng)電器架構(gòu)區(qū)別

EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)和STT系統(tǒng)電器架構(gòu)圖分別如圖1、圖2所示。EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)和STT系統(tǒng)電器架構(gòu)相比，STT系統(tǒng)電器架構(gòu)新增了中央穩(wěn)壓器、起動控制接口盒、蓄電池充電狀態(tài)盒和起停按鈕電器設(shè)備。同時，升級了發(fā)動機艙繼電器熔斷絲盒、智能伺服盒、多功能發(fā)動機控制和蓄電池等電器設(shè)備的硬件和軟件。

圖1 EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)電器架構(gòu)圖

圖2 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)電器架構(gòu)圖

1.2 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)電器控制策略

1.2.1 中央穩(wěn)壓器

為了減少CO2的排放和油耗，在等待紅燈等情況下，EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)車型會自動關(guān)閉發(fā)動機，因此重起發(fā)動機次數(shù)明顯增加。為了穩(wěn)定電器設(shè)備端的輸入電壓，在蓄電池和發(fā)動機艙繼電器熔斷絲盒之間增加中央穩(wěn)壓器設(shè)備。中央穩(wěn)壓器通過推挽式轉(zhuǎn)換器在發(fā)動機重起動時候穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)輸出電壓。另外，在STT系統(tǒng)非激活的情況下，為了保持電路的電流通暢，在中央穩(wěn)壓器中增加分流器來實現(xiàn)。中央穩(wěn)壓器原理圖如圖3所示。中央穩(wěn)壓器電器架構(gòu)圖如圖4所示。

1.2.2 起動控制接口盒

起動控制接口盒采用MOSFET晶體管來控制起動機起動狀態(tài)，與傳統(tǒng)的繼電器控制方式相比，其耐久性有所提高。同時起動控制接口盒有一個集成診斷電路，可以診斷當車輛不能正常進入再起動模式，可以避免車輛進入到停車模式。起動控制接口盒電器架構(gòu)圖如圖5所示。

多功能發(fā)動機控制裝置將起動-再起動請求和批準信號傳輸給起動控制接口盒，當這2個信號同時達到正確情況時，起動控制接口盒輸出起動機增強控制信號，讓起動機線圈得電，此時起動機正常工作。同時，起動控制接口盒中的集成診斷電路將診斷信號反饋給多功能發(fā)動機控制裝置，來保證起動控制接口盒出現(xiàn)故障時STT系統(tǒng)能正常工作。

1.2.3 蓄電池充電狀態(tài)盒

蓄電池充電狀態(tài)盒是測量蓄電池電荷狀態(tài)（剩余電量/總電量）、電壓和溫度參數(shù)，其固定在蓄電池負極上，屬于蓄電池負極電纜的子件。蓄電池充電狀態(tài)盒電器架構(gòu)圖如圖6所示。

蓄電池充電狀態(tài)盒將測量蓄電池電荷狀態(tài)、電壓和溫度參數(shù)，通過LIN線傳輸給智能伺服盒，然后智能伺服盒將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給多功能發(fā)動機控制裝置。在多功能發(fā)動機控制裝置內(nèi)部有電壓控制裝置，該電壓控制裝置通過多功能發(fā)動機控制裝置和發(fā)電機兩者的LIN線通信來控制發(fā)電機的電壓，從而降低蓄電池能量損耗。

圖3 中央穩(wěn)壓器原理圖

圖4 中央穩(wěn)壓器電器架構(gòu)圖

圖5 起動控制接口盒電器架構(gòu)圖

蓄電池充電狀態(tài)盒有3種工作模式，其工作模式如圖7所示。第1種工作模式是激活模式，它是在LIN激活時，每隔100 ms將測量到的數(shù)據(jù)（蓄電池電荷狀態(tài)，電壓和溫度參數(shù)）通過LIN線傳輸給智能伺服盒；第2種工作模式是局部蘇醒模式，它是在LIN非激活和I蓄電池＜-500 mA或者I蓄電池＞50 mA時進入該工作模式，在該工作模式下將測量蓄電池電荷狀態(tài)、電壓和溫度參數(shù)，同時每小時對其參數(shù)進行計算更新；第3種工作模式是休眠模式，它是在LIN非激活時等待進入每分鐘周期性的局部蘇醒模式，在休眠模式中沒有任何工作。

1.2.4 起停按鈕

駕駛員可以通過起停按鈕來開啟或關(guān)閉起停功能。

圖6 蓄電池充電狀態(tài)盒電器架構(gòu)圖

2 線束線徑計算和熔斷絲容量確定方法

2.1 線束阻值計算

線束電阻計算公式如下

表1 接觸電阻［1］

圖7 蓄電池充電狀態(tài)盒電器工作模式圖

2.2 溫度對導線阻值的影響

表2 壓接電阻［2］

溫度對導線的影響不可忽視，因?qū)Ь€的阻值和溫度是成正比關(guān)系，所以導線在高溫下工作時，須考慮溫度對其的影響，導線的阻值和溫度的關(guān)系見公式（2）。

式中：RH（t）——在溫度t時的電阻，mΩ；RH（20）——在20°C時，每單位米導線的電阻，mΩ/m；l——導線的長度，m；t：——導線的環(huán)境溫度，℃。

2.3 導線的短路電流

一般情況下，導線的短路電流要求大于3.5倍熔斷器額定電流值。

2.4 熔斷器的特性與選取

1）熔斷器熔斷時間為熔斷器的熔化時間和電弧時間之和。

2）環(huán)境溫度對熔斷器的電氣性能影響：高溫使熔斷器分斷時間加快，低溫使熔斷器分斷時間減慢。

3）熔斷器額定電流值計算公式如下

式中：If——熔斷器額定電流值；In——電路工作電流；Rr——熔斷器環(huán)境溫度修正系數(shù)，其與溫度成反比。

4）熔斷器的熔斷電流計算公式如下

式中：如果是片式熔斷器，則d=2；如果是其它型號熔斷器，則d=6。

2.5 熔斷器容量與導線線徑匹配性

除了考慮導線線徑滿足電路允許的電流之外，還要考慮導線線徑與熔斷器容量之間的匹配性。因為在進行導線線徑優(yōu)化過程中，如果導線的線徑降低，從而電路電阻增加，則電路電流降低，最終導致電路中熔斷器的熔斷時間增加。這會導致導線在任意發(fā)煙電流下的發(fā)煙時間可能會存在小于熔斷器的熔斷時間。而在考慮熔斷器與導線線徑匹配性時，要求導線的發(fā)煙特性曲線位于熔斷器的熔斷特性曲線上方，同時兩曲線沒有交叉，如圖8所示。

圖8 熔斷器熔斷曲線與導線發(fā)煙曲線示意圖

因此在對導線線徑進行優(yōu)化時，必須確保導線在任意發(fā)煙電流下的發(fā)煙時間大于熔斷器的熔斷時間。

2.6 導線的傳熱計算

導線由線芯和絕緣層組成，其能承載最大電流與導線的絕緣層能承受最大溫度差成正比。導線的導熱微分方程與邊界條件如下［3］

式中：λ——絕緣層的導熱系數(shù)，W/（m·k）；l——導線長度，m；R——電阻，W；t1——絕緣層能承受的最高溫度，℃；t2——絕緣層能承受的最低溫度，℃；r1——線芯的半徑，m；r2——導線的半徑，m。

公式（12）也可以等效為

從式（13）看出，最大電流和電阻率、線芯的半徑、導線的半徑、絕緣層的導熱系數(shù)、絕緣層能承受的最高與最低溫度有關(guān)。

2.7 線束線徑計算和熔斷絲容量確定

計算電路由蓄電池、連接蓄電池到發(fā)動機艙繼電器熔斷絲盒的阻抗R1（2.328 mΩ）、發(fā)動機艙繼電器熔斷絲盒的內(nèi)阻抗Rint（3 mΩ）、發(fā)動機艙繼電器熔斷絲盒的熔斷絲F23（ATO40A）、起動控制接口盒的供電線（BM23）、起動控制接口盒電器設(shè)備（1004A）和起動控制接口盒的搭鐵線（M1004）組成。起動控制盒電路圖見圖9。其中：起動控制接口盒的Imax=36 A，TImax=1 s，Inom=0.3A，Umin=9 V。

圖9 起動控制接口盒電路圖

根據(jù)圖9和上述公式，可以計算得出起動控制接口盒電路總阻抗RH=34.57 mΩ，起動控制接口盒電路總電壓損耗為0.767 V，達到了起動控制接口盒最小電壓要求。熔斷絲熔斷曲線圖見圖10。在正常工作時，導線BM23實際溫升曲線和耐最大溫度示意圖見圖11。短路工作時，導線BM23短路曲線和熔斷絲熔斷示意見圖12，實際溫升曲線和耐最大溫度示意圖見圖13。

圖10 熔斷絲熔斷曲線圖

根據(jù)圖10可以看出，起動控制接口盒的熔斷絲選為ATO-40 A是可行的。

根據(jù)圖11可以看出，在正常工作情況下，導線BM23的穩(wěn)定溫度在85 ℃，其最大溫度為85.36 ℃，因此選擇T3（-40 ℃～125 ℃）導線，可以滿足正常工作條件。

圖11 導線BM23實際溫升曲線和耐最大溫度線圖（在正常工作時）

根據(jù)圖12可以看出，在短路工作情況下，導線BM23的短路電流的起始值為341.42 A，終止值為340.49 A，而熔斷絲在0.055 s時熔斷。

根據(jù)圖13可以看出，在短路工作情況下，如果該電路沒有熔斷絲，導線的最大溫度為300 ℃。而該電路有ATO-40A熔斷絲進行電路保護，在0.055 s時就熔斷，導線BM23的溫度上升到87.40 ℃就停止，因此選擇T3（-40 ℃～125 ℃）導線可以滿足短路工作條件。

圖13 導線BM23實際溫升曲線和耐最大溫度線圖（在短路工作時）

同理，可以計算出STT系統(tǒng)中其他電器的線徑大小與熔斷絲容量是否匹配。

3 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)線束定義設(shè)計

EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)和非STT系統(tǒng)線束拓撲圖分別見圖14、15。EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)線束3D圖見圖16。

圖14 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)線束拓撲圖

圖15 EC5發(fā)動機非STT系統(tǒng)線束拓撲圖

圖16 EC5發(fā)動機STT系統(tǒng)線束3D圖

線束拓撲圖中，“9049發(fā)電機LIN線，C3_0.50_2150”表示該回路的導線編碼為9049，功能為發(fā)電機和多功能發(fā)動機控制裝置通過LIN線進行通信，導線為C類導線，導線溫度等級為T3（-40 ℃～125 ℃），導線截面積為0.50 mm2，導線長度為2 150 mm。

4 總結(jié)

本文敘述EC5發(fā)動機的非STT系統(tǒng)和STT系統(tǒng)電器架構(gòu)，簡單分析了電器設(shè)備控制策略，給出了線徑計算方法與熔斷絲容量大小確定方法及線束定義設(shè)計方法，對發(fā)動機新增電器設(shè)備或者系統(tǒng)提供了借鑒方案。

［1］ CONNECTORSGENERAL REQUIREMENTS［S］．PSAPeugeot Citroen，2009．

［2］ CONNECTORS CRIMPING［S］.PSAPeugeot Citroen， 2008．

［3］ 楊世銘，陶文銓．傳熱學（第4版）［M］．北京：高等教育出版社，2006．

（編輯心 翔）

Electrical Architecture Analysis and Wiring Harness Design of New STT System Based on EC5 Engine

XIA Ming-chun1， ZHANG Jian-hai2， LI Jian-xun2， OUYANG Min2
(1. Geely Automobile Research Centre， Ningbo 315315；
2. Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China)

This article demonstrates the electrical architecture of Non STT system and STT system based on EC5 (1.6-litre naturally aspirated) engine， and analyzes the control strategy of DMTR device， BICD device， BECB device， and STT button in STT system；expounds methods of wire section calculation and fuse capacity confirmation of relevant devices in STT system；finally， the topology drawing of Non STT system harness and the 3D drawing of STT system harness are provided.

EC5 engine；engine；STT system；electrical architecture；topology drawing of wiring harness

U463.6

A

1003-8639（2017）08-0035-06

2016-10-17；

2016-11-23

夏鳴春（1985-），男，湖北武漢人，工程師，主要從事線束設(shè)計開發(fā)工作；張建海（1976-），男，湖北武漢人，工程師，主要從事電器架構(gòu)設(shè)計工作；李建勛（1979-），男，湖北嘉魚人，工程師，主要從事線束設(shè)計開發(fā)工作；歐陽敏（1985-），男，湖北荊門人，工程師，主要從事線束設(shè)計開發(fā)工作。