【摘" 要】針對車輛啟動過程中會拉低蓄電池電壓，從而可能導(dǎo)致車輛各ECU誤報(bào)欠壓故障的問題，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)信號的啟動過程低壓故障屏蔽策略，在不改變ECU原有故障產(chǎn)生條件的同時(shí)，消除故障誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化駕駛體驗(yàn)。節(jié)約成本的設(shè)計(jì)思路也為此策略的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】啟動過程；蓄電池；低壓故障；屏蔽

中圖分類號：U463.633" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）04-0031-02

Research on Shielding Strategy of Battery Low Voltage Fault During Vehicle Cranking*

TIAN Feng，ZHANG Wenfang，HE Fang，PENG Chengrong，HUANG Chunhai，HUANG Jufeng

（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】Aiming at the problem that the battery voltage will be lowered during the vehicle cranking process，which may lead to the battery low voltage fault of the vehicle ECUs，a low voltage fault shielding strategy based on the network signals is proposed，which eliminates the risk of fault 1 positive and optimizes the driving experience without changing the original fault conditions of the ECUs. The design thought of cost saving also laid the foundation for the implementation of this strategy.

【Key words】vehicle cranking；battery；low voltage fault；shielding strategy

1" 引言

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上的電子控制單元ECU越來越多[1]，而ECU的正常工作依賴于12V蓄電池系統(tǒng)的持續(xù)正常供電。ECU和12V蓄電池系統(tǒng)正常工作的電壓范圍通常為9～16V[2]，低于這個范圍，ECU將難以維持其正常功能，有些ECU甚至將正常工作的最低電壓門限設(shè)置在10.5V以上。目前，幾乎所有的ECU都設(shè)有故障自診斷系統(tǒng)[3]，當(dāng)來自蓄電池的供電電壓持續(xù)低于9V時(shí)，ECU會將電壓過低故障以診斷故障代碼（DTC）的方式記錄在其內(nèi)部，有些安全相關(guān)的ECU還會點(diǎn)亮故障指示燈或者在儀表上進(jìn)行文字提醒。然而，蓄電池的低電壓狀態(tài)并不是只有在虧電或者系統(tǒng)故障的時(shí)候才會出現(xiàn)，正常情況下也可能出現(xiàn)低電壓工況。當(dāng)車輛啟動時(shí)，起動機(jī)的工作會產(chǎn)生較大電流，從而在啟動過程中拉低蓄電池電壓。這可能會引發(fā)ECU記錄電壓過低DTC，甚至出現(xiàn)短暫性低壓報(bào)警，點(diǎn)亮故障燈，給客戶帶來擔(dān)憂和困擾，影響駕駛體驗(yàn)。為此，本文在結(jié)合現(xiàn)有故障策略的基礎(chǔ)上，提出一種針對ECU的低壓故障屏蔽策略，消除在車輛啟動過程中誤報(bào)低壓故障的情況。

2" 啟動過程低壓探究

正常的蓄電池電壓一般在12.6V左右[4]，常溫啟動時(shí)，蓄電池電壓會被瞬間拉低3～5V，然后隨著啟動完成，電壓會在1s內(nèi)恢復(fù)至正常狀態(tài)。而在極寒環(huán)境下的冷啟動，蓄電池的啟動能力大幅降低[5]，加之低溫條件下機(jī)油粘度增高、燃油霧化不良等因素，啟動時(shí)間將大大延長，蓄電池電壓也會被拉得更低，持續(xù)時(shí)間更久。圖1和圖2分別為某SUV車型蓄電池在夏季常溫條件下（30℃）和低溫條件下（-30℃）的啟動測試電壓波形。從圖中可以看到：電量正常的蓄電池在車輛啟動時(shí)，電壓會被瞬間拉低至9V以下。其中，常溫條件下，電壓被拉低的幅度為4V左右，啟動過程持續(xù)約560ms。而在低溫條件下，電壓被拉低幅度超過6V，啟動過程持續(xù)時(shí)間超過4s。

由此可見，在車輛啟動過程中，接受12V蓄電池系統(tǒng)供電的各ECU供電電壓會短暫低于其正常工作電壓，進(jìn)入報(bào)告低壓故障的電壓區(qū)間。而隨著環(huán)境溫度的降低，ECU的供電電壓會進(jìn)一步降低，低壓持續(xù)時(shí)間也進(jìn)一步增長，誤報(bào)低壓故障的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。事實(shí)上，在低溫啟動測試過程中，通過診斷儀讀取了車上絕大多數(shù)ECU上報(bào)的電壓過低DTC，這也印證了前述的理論分析。

3" 現(xiàn)有策略分析

鑒于啟動過程會短暫出現(xiàn)低電壓工況，各大主機(jī)廠也采取了一定的策略來試圖消除由于啟動給車輛使用帶來的影響，目前主流的有以下幾種方案。

1）延長低壓故障報(bào)出時(shí)間。該方案通過增加ECU低電壓故障報(bào)出時(shí)長來“躲過”啟動階段，但較難把控，且延長時(shí)間或許可以屏蔽掉常溫下的啟動過程，但低溫環(huán)境下的冷啟動就比較難解決了，而監(jiān)控時(shí)間設(shè)置得過長又會導(dǎo)致在真正發(fā)生故障時(shí)不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)安全隱患。

2）降低低壓故障碼設(shè)置門限。該方案在不改變低電壓故障監(jiān)控時(shí)長的情況下，將監(jiān)控門限設(shè)置在8V以下，甚至7V以下，這對瞬間出現(xiàn)的低電壓能起到一定的免疫作用，但該策略會導(dǎo)致在非啟動階段下，壓降不夠大的電壓故障無法被監(jiān)控到，給售后排查問題帶來困難。

3）延長故障報(bào)出時(shí)間與降低故障設(shè)置門限結(jié)合。該方案結(jié)合了前兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，從時(shí)間和閾值上同步限制故障碼報(bào)出的工況，但同時(shí)也大大更改了ECU原有的低壓故障監(jiān)控策略，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，對于電壓故障直接影響到行車安全功能的ECU并不適用。

4）監(jiān)控總線發(fā)動機(jī)啟動信號。該方案基于發(fā)動機(jī)控制模塊ECM發(fā)出的總線發(fā)動機(jī)啟動信號，當(dāng)信號值為1時(shí)，表明發(fā)動機(jī)處于啟動過程，屏蔽低壓故障監(jiān)控，反之則打開。然而，并非所有車型的ECM都能發(fā)出此信號，對于啟動繼電器不由ECM控制的車型來說無法實(shí)施。且經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，車輛啟動時(shí)，在ECM發(fā)出啟動信號之前一段時(shí)間，蓄電池電壓就已經(jīng)被拉低了，此方案并不能完全屏蔽掉整個電壓被拉低的過程。如圖3所示，圖中啟動信號值被賦予了10的偏移量，可見在啟動信號發(fā)出時(shí)，電壓幾乎已經(jīng)恢復(fù)到了正常狀態(tài)。

4" 基于總線信號的啟動過程屏蔽策略

4.1" 總線信號正常時(shí)的屏蔽策略

綜合前述分析，要想準(zhǔn)確識別車輛啟動過程，合理利用車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號是關(guān)鍵。而最優(yōu)的啟動過程低壓故障屏蔽策略一定需要同時(shí)滿足以下幾個條件。

1）不改變ECU原有的低壓故障產(chǎn)生條件。

2）不改變車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號結(jié)構(gòu)，不涉及新增網(wǎng)絡(luò)信號。

3）可在任意車型上實(shí)施，有足夠強(qiáng)的車型適應(yīng)性。

4）屏蔽策略從時(shí)間上能覆蓋整個啟動過程。

對于一個完整的啟動過程，大致分為：點(diǎn)火鑰匙擋位為START→啟動繼電器吸合→發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動→ECM發(fā)起防盜認(rèn)證請求→防盜認(rèn)證通過→噴油點(diǎn)火→發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)提升→啟動完成。由此可見，可覆蓋整個啟動過程的信號監(jiān)控策略起始點(diǎn)為點(diǎn)火鑰匙擋位信號變?yōu)镾TART，結(jié)束點(diǎn)為發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號變?yōu)橐堰\(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)車采集的數(shù)據(jù)結(jié)果，也驗(yàn)證了這一策略的正確性，如圖4所示。為了方便對比查看，圖中點(diǎn)火鑰匙擋位信號和發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號做了偏移處理，其中11代表點(diǎn)火鑰匙擋位信號為START，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號為已運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2" 總線信號異常時(shí)的屏蔽策略

由于監(jiān)控啟動過程的策略依賴于點(diǎn)火鑰匙擋位和發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)2個網(wǎng)絡(luò)信號的正常發(fā)送，若2個信號出現(xiàn)異常，例如信號所在報(bào)文丟失或信號無效等，則無法正常判斷啟動過程。為了盡可能降低誤報(bào)故障的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)考慮到總線故障已有其他相關(guān)策略來記錄故障碼，因此本文將總線報(bào)文及信號出現(xiàn)故障的情況定義為視同啟動過程，屏蔽低電壓故障監(jiān)控，即相關(guān)的總線故障可抑制低電壓故障報(bào)出。

4.3" 欠壓故障屏蔽策略流程設(shè)計(jì)

在整車上ON擋后，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文才開始發(fā)送至各ECU，因此屏蔽策略也是從整車上ON擋后開始。各ECU需判斷相關(guān)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文及信號是否可用，若不可用，則直接屏蔽低壓故障監(jiān)控。相關(guān)報(bào)文及信號均可用的情況下，各ECU按照前述策略，根據(jù)啟動過程的開始和結(jié)束條件判斷是否屏蔽低壓故障監(jiān)控。其具體流程如圖5所示。

5" 結(jié)論

啟動過程蓄電池低壓故障的屏蔽策略，在不改變各ECU原有故障設(shè)置條件的情況下，解決了啟動過程各ECU誤報(bào)低壓故障的情況，實(shí)現(xiàn)了對用戶駕駛體驗(yàn)的優(yōu)化。同時(shí)，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文及信號組合判斷的方式，最大程度地避免了設(shè)計(jì)更改，從而節(jié)約項(xiàng)目成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈學(xué)強(qiáng). 電動汽車電控單元設(shè)計(jì)[D]. 北京：北方工業(yè)大學(xué)，2011.

[2] 廖艷孝. 國六排放高壓共軌柴油機(jī)ECU硬件電路研究與設(shè)計(jì)[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2018.

[3] 王忠良，陳昌建. 故障自診斷系統(tǒng)的原理與診斷[J]. 汽車電器，2004（1）：28-31.

[4] 周劍，何建華，張建海. 汽車蓄電池虧電問題分析與處理[J]. 汽車電器，2014（2）：37-39，44.

[5] 胡光斕，崔勇. 13L重卡啟動蓄電池的選型與極寒啟動驗(yàn)證[J]. 汽車維修與保養(yǎng)，2023（2）：55-57.

（編輯" 凌" 波）