基于底盤控制器的發(fā)電機勵磁及充電指示系統(tǒng)設計

許 歡，劉大偉，翟明磊，安 旺，王 茹，李惠宇，黃 河，成衛(wèi)毅

（陜西汽車集團股份有限公司技術中心，陜西 西安 710200）

發(fā)電機勵磁輸出和蓄電池充電狀態(tài)指示系統(tǒng)，是指為發(fā)電機提供外部勵磁以實現發(fā)電機發(fā)電并指示蓄電池充電狀態(tài)的系統(tǒng)。布置在駕駛室底部的底盤控制器作為專用的底盤功能控制模塊，具有完備的輸入、輸出以及診斷功能，借助其實現勵磁輸出和蓄電池充電狀態(tài)指示功能［1］，既能減少整車線束用量，降低成本，還可簡化整車架構，滿足“域控制”的整車電器架構行業(yè)發(fā)展趨勢［2］，提升整車功能的升級和管控便利性。本文以某重型卡車為例，介紹基于底盤控制器的發(fā)電機勵磁輸出及蓄電池充電指示系統(tǒng)的設計與實現。

1 發(fā)電機勵磁輸出及充電狀態(tài)指示系統(tǒng)構成

發(fā)電機勵磁輸出系統(tǒng)主要由底盤控制器CCM、電源切換模塊（點火鎖/一鍵啟動PS系統(tǒng)）、發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池、儀表等部件構成。結構框圖如圖1所示。

1）底盤控制器 底盤控制器CCM作為勵磁輸出及蓄電池充電狀態(tài)指示系統(tǒng)的核心控制部件，供電電源為蓄電池B+電，具備采集蓄電池電壓、接收（發(fā)送）CAN報文的功能，參與OSEK網絡管理，具有硬線輸入、輸出接口。

2）電源切換模塊 電源切換模塊按照車輛配置不同一般分為兩種：一鍵啟動系統(tǒng)和點火鎖系統(tǒng)。電源切換模塊主要用于實現整車電源擋位的切換和擋位信息的廣播，其中點火鎖配置需要與其他具有硬線采集和CAN信號發(fā)送功能的控制器（本文選用車身控制器）配合完成擋位信息的采集和廣播。

3）發(fā)動機 發(fā)動機用于帶動發(fā)電機轉動發(fā)電，其轉速和工作狀態(tài)信號是判斷車輛是否處于起動狀態(tài)的重要條件。

4）發(fā)電機 發(fā)電機作為接受外部勵磁并發(fā)電的重要部件，主要用于實現對蓄電池的充電功能［3］。

5）蓄電池 蓄電池作為底盤控制器的供電模塊，主要為底盤控制器供電并讓其實時采集電壓值參數以供蓄電池充電狀態(tài)判斷。

6）儀表 儀表作為蓄電池充電狀態(tài)指示系統(tǒng)的顯示部件，主要用于接收并顯示當前蓄電池充電狀態(tài)。

2 發(fā)電機勵磁輸出功能設計

發(fā)電機勵磁輸出主要由底盤控制器根據當前車輛電源擋位及發(fā)動機工作狀態(tài)來判斷是否輸出勵磁給發(fā)電機。具體工作流程如圖2所示。

圖2 發(fā)電機勵磁輸出流程圖

2.1 整車電源擋位判斷

由于車輛配置不同，整車電源擋位的CAN信號來源也不一樣，如表1所示。

1）當車輛配置一鍵啟動PS系統(tǒng)時，整車電源擋位信號來源于一鍵啟動控制器。

表1 整車電源擋位參考報文

2）當車輛配置點火鎖系統(tǒng)時，整車電源擋位來源于硬線采集點火鎖擋位的控制器，這里以車身控制器BCM為例。

2.2 發(fā)動機運行狀態(tài)判斷

由于車輛配置的發(fā)動機不同，判斷發(fā)動機啟動狀態(tài)的條件也不一樣，如表2所示。

表2 發(fā)動機運行狀態(tài)參考報文

1）當車輛配置康明斯發(fā)動機時，底盤控制器通過判斷康明斯發(fā)動機ECM發(fā)出的發(fā)動機工作狀態(tài)信號是否為“Running”來判定車輛是否啟動。

2）當配置為玉柴等無法發(fā)出發(fā)動機工作狀態(tài)信號的發(fā)動機時，底盤控制器接收發(fā)動機ECM發(fā)出的發(fā)動機轉速信號，自行判斷發(fā)動機是否處于正常啟動狀態(tài)。此種判斷方法需進行實車標定，確認合適的車速閾值。

2.3 勵磁輸出

2.3.1 勵磁輸出策略

1）當整車電源擋位處于“ON”擋，且發(fā)動機處于啟動狀態(tài)時，底盤控制器輸出勵磁給發(fā)電機，并發(fā)送勵磁輸出CAN信號（表3）為“有效”。

2）勵磁輸出保持10s后關閉，并發(fā)送勵磁輸出CAN信號（表3）為“無效”。

表3 發(fā)電機勵磁輸出CAN報文

2.3.2 勵磁輸出策略特點

1）底盤控制器勵磁輸出的持續(xù)時間可根據具體情況進行調整。此處設定“10s”，使得勵磁輸出具有充足的持續(xù)時間來保證發(fā)電機能成功建立自勵。

2）勵磁輸出延時關閉的特性降低了線束破損導致的短路起火風險。

3）由于發(fā)電機運轉狀態(tài)下收到他勵后建立自勵的過程極短（500ms內），底盤控制器選擇在確認發(fā)電機處于運轉狀態(tài)時輸出勵磁，經實車驗證，發(fā)電機建立自勵與車輛起動成功的時刻基本相同，不存在明顯延時。此項設定避免了發(fā)電機未能正常運轉時，底盤控制器依舊輸出勵磁的情況，既降低了發(fā)電機的損壞風險，還增加了底盤控制器勵磁輸出功能的使用壽命。

2.4 蓄電池充電狀態(tài)指示

蓄電池充電狀態(tài)主要通過底盤控制器對發(fā)動機工作狀態(tài)和蓄電池電壓信息進行判斷來確定，儀表會接收蓄電池充電狀態(tài)信號并進行狀態(tài)顯示。具體工作流程如圖3所示。

圖3 蓄電池充電狀態(tài)指示流程圖

2.4.1 蓄電池充電狀態(tài)指示策略

1）底盤控制器實時采集整車電壓，按前文所述，底盤控制器判斷發(fā)動機處于啟動狀態(tài)且整車電壓≥26.5V并保持2s時，發(fā)送蓄電池充電狀態(tài)CAN信號（表4）為“充電中”。

2）如果底盤控制器CCM喚醒后，發(fā)動機處于未運轉狀態(tài)或者發(fā)動機處于運轉狀態(tài)且CCM本地采集蓄電池電壓＜25.5V并計時2s時，發(fā)送蓄電池充電狀態(tài)CAN信號（表4）為“未充電”。

表4 蓄電池充電狀態(tài)CAN報文

3）儀表接收到底盤控制器發(fā)送的蓄電池充電狀態(tài)信號后，進行狀態(tài)圖標顯示，告知駕駛員當前蓄電池充電狀態(tài)。

4）底盤控制器還將實時發(fā)送當前蓄電池電壓值CAN信號（表5）至總線，以供檢修人員進行功能或故障檢查。

表5 蓄電池電壓CAN報文

2.4.2 蓄電池充電狀態(tài)指示策略特點

1）將發(fā)動機啟動狀態(tài)作為判斷條件之一避免了整車下電后蓄電池存在電壓虛高現象，導致底盤控制器誤判為車輛“充電中”。

2）設置2s的持續(xù)延時避免了發(fā)電機工作時，整車電壓波動觸及25.5V的限值導致底盤控制器誤判為車輛“未充電”。

3 結語

隨著車輛智能化、安全化發(fā)展的不斷推進，更加簡潔、有條理的電器架構已逐漸成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。此系統(tǒng)不僅適用于當前車輛電器架構，還可移植于任意具有輸入、輸出模塊及CAN通信能力的控制單元，具有廣泛的應用前景，也可為將來的電器功能劃分及實現方式提供一定的借鑒和參考。