摘要：汽车供电系统设计完成后，一般要经过各种试验来验证设计的合理性。汽车供电系统是整车电器电用的提供者，一旦初始设计失效且失效后未引起足够重视或误分析都有可能对汽车量产造成严重后果。本文仅对整车企业内部各种设计过程中供电系统的试车失效进行分析。
关键词：供电系统；设计失效；设计验证
引言：汽车的电气系统分为供电系统和用电设备。供电系统指给用电设备产生、分配和传递电能装置的总称。它包括发电机、蓄电池、电线束、开关及继电器等。对供电系统的主要要求是：在车辆各种使用工况条件下，均能可靠地保证向用电设备供电；各零部件必须符合汽车电气设备基本技术条件及其专门技术条件的要求。
1供电系统失效分类
1.1供电系统电性能故障
1）电能质量引起信号失效、浪涌性损毁、音响杂音
①根源：现代的电压调节器都采用PWM调制占空比的方法来完成对电压的调节，开关切换过程在毫秒级完成，三相整流后的电压波形会有纹波产生，此波纹属正常反应，这是整流的特性。但设计较差的发电机中频繁的切换使发电机纹波的频率增高。根据傅里叶分析，其谐波甚至会达到kHz～MHz，甚至产生辐射射频危害。这种波形会影响数字电路的逻辑，强纹波甚至会产生浪涌损坏器件。
②措施：使用或改进滤纹波内部电容，尽可能装在发电机输出端附近并联形式。不能机械地按CKD原机型内置电容设计，因为国产化不同的嵌线结构，二极管特性，都会使谐振频率不同，所以一般采用逼近验证法来确定发电机各参数。
2）电池充不进电，充完后电很快用完，夏日无法起动
①根源：无法起动的原因较多，在设计阶段一般都是由于标定或供电系统过放电引起。成车之初所有样件均为手工、软模件、仅功能性电路，所以静态耗电量较大，常常致使蓄电池深度放电，极化严重（几乎所有整车企业在样车阶段都有此情况），所以充电时电压上升很快，而充人的电量却极少。
②措施：长期措施为调整ECU内部电路，降低静耗电水平。上汽一般最终SOP（量产阶段）车的静放电水平控制在20mA左右，并且BCU（车身控制单元）使用TRANSIT（运输）模式，避免耗电。短期方案中，上汽供电系统组推荐使用智能电池控制阀。该控制阀在KEY-OFF（钥匙拨出）时能智能地彻底关断电源。并且在销售车辆运输时也可以使用此模块，当至顾客手中的前一天，分销商（dealer）会取下送回整车厂，可以有效地保护供电系统的可靠性。
3）仪表失常或损坏，调节器损坏，通信丢包或逻辑失常
①根源：一般能产生让发电机调节器或模块损坏能量的有四种情况，其中整车高压脉冲能量是最为常见的。正确的发电机与蓄电池设计方案是能够抵挡大的脉冲或抛负载，而国内某些电机厂却省去了这个功能。
②措施：在设计时整车厂应强制发电机具有耐压功能，一般通过增加TVS吸收或吸收电容电阻或其它嵌位方法来限制或吸收高压。但是在选择电容时，要注意不能影响发电机DFM端子的波形质量，以免影响与EMS通信。
1.2发动机匹配问题
1）发动机起动困难或不能起动
①根源：如果在起动时大灯变暗，并且听到齿轮非正常撞击声，说明是起动机齿轮设计与齿罔设计不相匹配。整车耐久试验后，拆车后一般会发现牙形磨损严重。
②措施：检查起动机的压力角设置、模数设置、齿1司距、齿数、变位系数是否与齿圈参数相匹配（注：不能起动的原因很多，大多数是由于质量问题，比如行星轮卡死、起动机轴微曲、杂质进入机体、压紧弹簧损坏、花键损蚀卡滞和离合器打滑等，本文不予考虑，本文仅对初始整体设计匹配失效进行分析）。
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2）供电系统引起的皮带噪声、皮带断裂
①根源：原因很多，一般有：a．发电机带轮包角过小；b．功率设置超载；c．瞬时负载加载；d．皮带长度设计误差较大，与张紧力设置不正确。
②措施：针对a。可适当调整发电机中心坐标，一般最大20mill，但要对轮系进行重验证。针对b，可对发电机增加缓冲或单向机构，以平稳地接受超载。针对发电机负载突增引起皮带产生滑差，可以使用调节器负载软响应等延时功能保护皮带系统。情况d一般会对皮带产生高热和物理损伤，应常使用轮系仿真器进行重新校调，更改皮带长度与张紧力。
3）新蓄电池情况下的发动机起动无力
①根源：a．电池正负级接线头接触电阻设计过大，导致电流过小，起动无力；b．起动机端接头松动或生锈；C．如果发生在冬季时，蓄电池原设计容量过小或起动机与电池低温性能差均可导致。
②措施：针对a，配置合理的电池线缆和电池桩头，不同的锥度设计要配合相应的线缆端；针对b，起动机的接线外镀层在量产前一定要通过整车厂的潮湿、盐雾试验；针对c，在汽车设计中，在电池体积固定不可变动时，一般采用更改铅膏配方或是板栅结构的方法使冷起动电流加大。当然起动机的设计也要尽量避免直接使内部机械部分与外部环境连通或有较大空隙，以免深度冻结。
4）供电系统引起的油耗超过分配值
①根源：降油耗是现代汽车开发业面临的最大难题，对于供电部分引起油耗超标主要是由于发电机的反向转矩未能合理控制。
②措施：减小发电机转动惯量，在少电量需求时可以大幅减少发动机负载；还有一种方法是增大发电机效率，比如使用高密度电机，使得单位油耗的安时供应量增大；方法三三是设计合理的整车供电策略，荣威750使用的idel-jacking功能，可能根据用户的用电器开启需求智能地调节发动机各种参数。
2供电系统设计更改
2.1分电盒保险啜常性熔断，盒体变形或接良
①根源：假定用电器不出现质量问题时，惯常性熔断一般是由于保险丝容量设置偏小造成，而盒体变形，或接触不良则是由于盒体内铜带电路（BUSBAR）截面积设置过小。由于盒体内是多层板面压缩而成，所以铜带高热很容易引起盒体变形或接触不良。
②措施：重新匹配保险容量，一般熔断器的容量比实际电流大一倍。电路布线时，一定要注意BUSBAR的截面积不能小于导线的截面积，这样才能保证在多层板电路的情况下散热良好。一般情况下，电流在4A以下时，截面积为0．5mm2；当电流在4.6A时，导线截面积为0.85mm2；当电流在6~9A时，导线截面积为1.25mm2；当电流在9~12A时，导线截面积为2．0mm2；当电流在12~15A时，导线截面积选2.5~3.0mm2。另一点就是布线一定要分布均匀，不可有线路堆积现象，这样有利于EMC与自身散热，避免热变形。
2.2发电机与ECU无法通信或L灯无信号或供电系统长期报警
①根源：在非质量问题的前提下，一般此种故障是由于发电机电路与ECU电路不匹配的问题。
②措施：在设计中常常在星处不设定内部电源，而是依靠外部即“+12V”来进行信号给电。但是一些ECU考虑到EMC或功能定义却不带+12v电源，而是依赖于发电机内部电源。如果发电机技术人员没有了解到此种设计，这样就会产生设计不匹配．即产生互相依赖，但两者都没有电源，就会产生无信号或是长期报警状态。
结束语：
整车企业考验汽车设计和质量最为重要的手段就是样车路试，过程之中的每个失效模式都是对原始设计可靠性的反映。作为整车厂应分类总结各子系统失效的原因，并形成自己的开发经验与解决流程是十分重要的。上海汽车正在进行失效研究的工作，研究失效和设计的关系与各症状内在的联系。我们深信这些研究将是我们核心竞争力的源泉。
参考文献：
[1]裴朝东.汽车发动机控制单元电源供电系统分析与探讨[J].汽车电器.2017（04）
[2]郝飞，邓恒.汽车蓄电池系统模型及其验证（一）[J].轻型汽车技术.2017（03）
论文作者:黄荣德
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/12
标签：供电系统论文; 发电机论文; 起动机论文; 截面论文; 根源论文; 电流论文; 整车论文; 《基层建设》2018年第35期论文;