淺談汽車常見饋電問題及排查流程方法

蔡偉杰，楊帥帥，徐川程

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

1 目標(biāo)

總結(jié)市場經(jīng)驗教訓(xùn)，系統(tǒng)分析饋電故障產(chǎn)生的原因，如何檢出及規(guī)避電流異常消耗做指導(dǎo)性作用。新從事此項工作的人員，對饋電的原理及常見的故障快速有個認(rèn)知。

2 分析

車輛發(fā)生饋電故障，會造成車輛無法使用，通俗地講饋電的汽車如同一堆廢鐵。汽車一旦饋電會造成用戶極大的抱怨，對品牌認(rèn)可度定會造成較大的影響，所以汽車饋電問題刻不容緩，是需要立刻解決和規(guī)避的故障。那么，汽車為什么會饋電呢？歸根結(jié)底，饋電問題無非是以下三個方面：充電系統(tǒng)故障、蓄電池故障、負(fù)載和控制器異常消耗，都需要做好系統(tǒng)的可靠性及魯棒性。電源系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 電源系統(tǒng)示意圖

2.1 充電系統(tǒng)故障

充電系統(tǒng)故障具體表現(xiàn)為：充電不足、過度充電、偶發(fā)性不發(fā)電、連續(xù)性不充電及修復(fù)充電失效。

充電不足和過度充電，主要受充電策略設(shè)計合理性影響，例如：充電電壓及電流設(shè)置過低或過高、導(dǎo)線截面積選型過小、安裝連接不可靠或銹蝕等。為了盡可能地延長蓄電池使用壽命，充電策略中需要融入部分蓄電池修復(fù)性充電策略，如：周期性及個別極端的工況下，升高到達(dá)蓄電池兩端的電壓或控制充電電流，使蓄電池周期性地充滿電或修復(fù)性充電，避免長時間處于低電量造成的損壞。

為了降低油耗，提升汽車性能等，現(xiàn)在汽車上越來越多地采用智能發(fā)電機(jī)。智能發(fā)電機(jī)監(jiān)測更多的系統(tǒng)狀態(tài)和交互信息，一旦發(fā)生某個信號不正確或失去通信，或者極端環(huán)境下部分功能限制等，造成短暫的發(fā)電機(jī)停止輸出，這種故障稱作偶發(fā)性不發(fā)電，短暫的不充電對整車用電器沒有影響，但時間過長會造成12V蓄電池電量下降甚至饋電，從而造成汽車拋錨。為了避免偶發(fā)性不充電，系統(tǒng)應(yīng)在智能控制的基礎(chǔ)上保留傳統(tǒng)充電方式或合理的故障替代方案，從而適應(yīng)各類環(huán)境和用戶習(xí)慣。

2.2 蓄電池故障

蓄電池的作用是發(fā)動機(jī)啟動時給起動機(jī)供電。當(dāng)整車用電器電流大于發(fā)電機(jī)電流時，輔助發(fā)電機(jī)給整車負(fù)載供電。整車電壓不穩(wěn)時，起到大容量電容的作用，從而穩(wěn)定汽車電壓。把多余的電能存儲起來。充電系統(tǒng)不發(fā)電時，短時間給負(fù)載和控制器供電。

蓄電池故障一般是：蓄電池不充電、內(nèi)部消耗電量、電能存儲能力下降、極柱銹蝕等。蓄電池在業(yè)內(nèi)已是成熟產(chǎn)品，國內(nèi)具有成熟的技術(shù)及生產(chǎn)能力。即便如此，大大小小的品質(zhì)故障依然經(jīng)常發(fā)生?？刂菩铍姵仄焚|(zhì)是一個持續(xù)改進(jìn)的過程，不可松懈和怠慢。

蓄電池選型非常重要，選型容量過大導(dǎo)致整車成本壓力大。選型容量過小存在小馬拉大車的現(xiàn)象，容易產(chǎn)生饋電故障。一般來說，蓄電池選型取決于整車靜態(tài)電流的大小和負(fù)載的多少。

2.3 負(fù)載和控制器異常消耗

電流異常消耗一般分為靜態(tài)電流超標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)不休眠電流消耗異常、控制器無法進(jìn)入低功耗等。

1）靜態(tài)電流超標(biāo)，是整車上一個或多個控制器靜態(tài)電流超過設(shè)計值，會造成車輛可靜止停放時間減短。

2）網(wǎng)絡(luò)不休眠，整車無法進(jìn)入低功耗模式，或控制器無法休眠或休眠后循環(huán)喚醒。多個控制器持續(xù)工作，并且相互之間有信號交互造成網(wǎng)絡(luò)無法休眠故障。一般發(fā)生于某個控制器bug，異常置位網(wǎng)絡(luò)管理報文，造成整車網(wǎng)絡(luò)處于長時間喚醒狀態(tài)。常見的這類故障出現(xiàn)在特殊用戶場景或低概率性偶發(fā)故障。此類問題也是最難查出原因的故障之一，需要花費一些專用知識、經(jīng)驗、手段，從系統(tǒng)及用戶使用場景多個維度來判斷故障發(fā)生原因。為了消除此類問題發(fā)生，整車應(yīng)在某個主節(jié)點ECU做監(jiān)控管理方案，監(jiān)控方案包括：網(wǎng)絡(luò)管理報文監(jiān)控、使網(wǎng)絡(luò)保持喚醒的條件監(jiān)控、ECU單體持續(xù)喚醒的原因監(jiān)控等。

3）控制器無法進(jìn)入低功耗，常見故障為：某個控制器因內(nèi)部判斷條件錯誤，造成自身處于Active狀態(tài)，持續(xù)消耗整車電流。在這種情況下，控制器應(yīng)記錄長時間在Active狀態(tài)的條件，應(yīng)有故障判斷機(jī)制，如：周期性判斷功能需求狀態(tài)，若無功能需求應(yīng)限時喚醒。

3 排查流程

饋電問題排查與其他問題不同，饋電問題具有概率性、偶發(fā)性及難以復(fù)現(xiàn)故障等特性。汽車一旦發(fā)生饋電，所有控制器可能因饋電引起的控制器重啟而破壞了故障現(xiàn)象。再次恢復(fù)電源電壓時，無法重現(xiàn)饋電的故障現(xiàn)象，從而錯過發(fā)生故障時的有效數(shù)據(jù)。所以排查饋電故障時，故障數(shù)據(jù)采集是非常重要的環(huán)節(jié)，采集的數(shù)據(jù)有發(fā)生故障前中后的總線log數(shù)據(jù)、整車或故障控制器的電流變化數(shù)據(jù)、整車控制器軟硬件版本信息。

饋電問題排查流程圖如圖2所示。饋電問題可基于發(fā)生問題數(shù)量分為單車個例故障與多車批量故障，將故障再分為兩類，分別是單車單次發(fā)生與單車多次發(fā)生。分別從電流消耗、蓄電池故障與充電系統(tǒng)3個方面進(jìn)行原因分析。單車單次饋電發(fā)生，需要進(jìn)行電流消耗問題排查；單車個例故障中單車多次發(fā)生、多車批量故障，需要從電流電耗、電池故障與充電系統(tǒng)3個方面分析。

圖2 饋電問題排查流程圖

1）電流消耗測量分析：一般車輛休眠后低壓蓄電池電流（統(tǒng)稱靜態(tài)電流）小于20mA，若靜態(tài)電流小于20mA，則跟蹤復(fù)發(fā)情況；若超過靜態(tài)電流20mA卻小于1A，分析確定超標(biāo)配電盒，找出電流異常消耗的部件并替換，跟蹤驗證結(jié)果。

2）蓄電池故障分析：測量故障車電池充放電性能，以80Ah電池為例，放電時間為SOC*80Ah/放電電流（標(biāo)準(zhǔn)使用20h），反之驗證充電能力，通過實測值與理論值比較確認(rèn)電池是否異常老化，更換蓄電池故障部件后驗證；同時確認(rèn)電池內(nèi)阻、CCA（Cold Cranking Ampere）值，使用內(nèi)阻表測量或診斷DID讀取，若電池內(nèi)阻高于10mΩ，則需要更換蓄電池后驗證。

3）充電系統(tǒng)分析：分為偶發(fā)性不充點、持續(xù)性不充電與充電能力差3個方面進(jìn)行分析。偶發(fā)性不充電因為難以復(fù)現(xiàn)，需配合外部數(shù)據(jù)如后臺大數(shù)據(jù)及ECU內(nèi)部記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制定針對性復(fù)現(xiàn)流程及改善方案；持續(xù)性不充電需采集故障數(shù)據(jù)而后分析原因，確定故障原因及制定改善方案；充電能力差，需確認(rèn)發(fā)電機(jī)發(fā)電性能、蓄電池充放電性能以及蓄電池傳感器準(zhǔn)確性3個方面，確定原因后制定改善方案，改善后軟硬件進(jìn)行回歸測試。

4 小結(jié)和推廣

對于充電系統(tǒng)在發(fā)生異常時，應(yīng)合理進(jìn)入故障模式，系統(tǒng)發(fā)生輕微故障時，應(yīng)設(shè)計合理的故障替代模式，故障替代模式應(yīng)保證車輛的基本功能及安全行車，并提醒駕駛員系統(tǒng)故障或功能降級等。系統(tǒng)出現(xiàn)驗證故障時，應(yīng)降低整車舒適功能的能耗，保證基本行車安全功能的用電。

電能存儲應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)稱型號測試，以及驗證其性能及產(chǎn)品的一致性。

用電設(shè)備盡量避免從KL30直接取電，若必須采用KL30供電時，應(yīng)盡量降低靜態(tài)功耗?？刂破黝愗?fù)載應(yīng)有效設(shè)計故障處理邏輯，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或異常，應(yīng)能夠保證正常休眠，不可持續(xù)消耗整車電能。

網(wǎng)絡(luò)偶發(fā)性不休眠問題，整車應(yīng)可以長時間記錄不休眠原因，并記錄保持不休眠的信號。