基于底盘控制器的发电机励磁及充电指示系统设计

许 欢，刘大伟，翟明磊，安 旺，王 茹，李惠宇，黄 河，成卫毅

（陕西汽车集团股份有限公司技术中心，陕西 西安 710200）

发电机励磁输出和蓄电池充电状态指示系统，是指为发电机提供外部励磁以实现发电机发电并指示蓄电池充电状态的系统。布置在驾驶室底部的底盘控制器作为专用的底盘功能控制模块，具有完备的输入、输出以及诊断功能，借助其实现励磁输出和蓄电池充电状态指示功能［1］，既能减少整车线束用量，降低成本，还可简化整车架构，满足“域控制”的整车电器架构行业发展趋势［2］，提升整车功能的升级和管控便利性。本文以某重型卡车为例，介绍基于底盘控制器的发电机励磁输出及蓄电池充电指示系统的设计与实现。

1 发电机励磁输出及充电状态指示系统构成

发电机励磁输出系统主要由底盘控制器CCM、电源切换模块（点火锁/一键启动PS系统）、发动机、发电机、蓄电池、仪表等部件构成。结构框图如图1所示。

1）底盘控制器 底盘控制器CCM作为励磁输出及蓄电池充电状态指示系统的核心控制部件，供电电源为蓄电池B+电，具备采集蓄电池电压、接收（发送）CAN报文的功能，参与OSEK网络管理，具有硬线输入、输出接口。

2）电源切换模块 电源切换模块按照车辆配置不同一般分为两种：一键启动系统和点火锁系统。电源切换模块主要用于实现整车电源挡位的切换和挡位信息的广播，其中点火锁配置需要与其他具有硬线采集和CAN信号发送功能的控制器（本文选用车身控制器）配合完成挡位信息的采集和广播。

3）发动机 发动机用于带动发电机转动发电，其转速和工作状态信号是判断车辆是否处于起动状态的重要条件。

4）发电机 发电机作为接受外部励磁并发电的重要部件，主要用于实现对蓄电池的充电功能［3］。

5）蓄电池 蓄电池作为底盘控制器的供电模块，主要为底盘控制器供电并让其实时采集电压值参数以供蓄电池充电状态判断。

6）仪表 仪表作为蓄电池充电状态指示系统的显示部件，主要用于接收并显示当前蓄电池充电状态。

2 发电机励磁输出功能设计

发电机励磁输出主要由底盘控制器根据当前车辆电源挡位及发动机工作状态来判断是否输出励磁给发电机。具体工作流程如图2所示。

图2 发电机励磁输出流程图

2.1 整车电源挡位判断

由于车辆配置不同，整车电源挡位的CAN信号来源也不一样，如表1所示。

1）当车辆配置一键启动PS系统时，整车电源挡位信号来源于一键启动控制器。

表1 整车电源挡位参考报文

2）当车辆配置点火锁系统时，整车电源挡位来源于硬线采集点火锁挡位的控制器，这里以车身控制器BCM为例。

2.2 发动机运行状态判断

由于车辆配置的发动机不同，判断发动机启动状态的条件也不一样，如表2所示。

表2 发动机运行状态参考报文

1）当车辆配置康明斯发动机时，底盘控制器通过判断康明斯发动机ECM发出的发动机工作状态信号是否为“Running”来判定车辆是否启动。

2）当配置为玉柴等无法发出发动机工作状态信号的发动机时，底盘控制器接收发动机ECM发出的发动机转速信号，自行判断发动机是否处于正常启动状态。此种判断方法需进行实车标定，确认合适的车速阈值。

2.3 励磁输出

2.3.1 励磁输出策略

1）当整车电源挡位处于“ON”挡，且发动机处于启动状态时，底盘控制器输出励磁给发电机，并发送励磁输出CAN信号（表3）为“有效”。

2）励磁输出保持10s后关闭，并发送励磁输出CAN信号（表3）为“无效”。

表3 发电机励磁输出CAN报文

2.3.2 励磁输出策略特点

1）底盘控制器励磁输出的持续时间可根据具体情况进行调整。此处设定“10s”，使得励磁输出具有充足的持续时间来保证发电机能成功建立自励。

2）励磁输出延时关闭的特性降低了线束破损导致的短路起火风险。

3）由于发电机运转状态下收到他励后建立自励的过程极短（500ms内），底盘控制器选择在确认发电机处于运转状态时输出励磁，经实车验证，发电机建立自励与车辆起动成功的时刻基本相同，不存在明显延时。此项设定避免了发电机未能正常运转时，底盘控制器依旧输出励磁的情况，既降低了发电机的损坏风险，还增加了底盘控制器励磁输出功能的使用寿命。

2.4 蓄电池充电状态指示

蓄电池充电状态主要通过底盘控制器对发动机工作状态和蓄电池电压信息进行判断来确定，仪表会接收蓄电池充电状态信号并进行状态显示。具体工作流程如图3所示。

图3 蓄电池充电状态指示流程图

2.4.1 蓄电池充电状态指示策略

1）底盘控制器实时采集整车电压，按前文所述，底盘控制器判断发动机处于启动状态且整车电压≥26.5V并保持2s时，发送蓄电池充电状态CAN信号（表4）为“充电中”。

2）如果底盘控制器CCM唤醒后，发动机处于未运转状态或者发动机处于运转状态且CCM本地采集蓄电池电压＜25.5V并计时2s时，发送蓄电池充电状态CAN信号（表4）为“未充电”。

表4 蓄电池充电状态CAN报文

3）仪表接收到底盘控制器发送的蓄电池充电状态信号后，进行状态图标显示，告知驾驶员当前蓄电池充电状态。

4）底盘控制器还将实时发送当前蓄电池电压值CAN信号（表5）至总线，以供检修人员进行功能或故障检查。

表5 蓄电池电压CAN报文

2.4.2 蓄电池充电状态指示策略特点

1）将发动机启动状态作为判断条件之一避免了整车下电后蓄电池存在电压虚高现象，导致底盘控制器误判为车辆“充电中”。

2）设置2s的持续延时避免了发电机工作时，整车电压波动触及25.5V的限值导致底盘控制器误判为车辆“未充电”。

3 结语

随着车辆智能化、安全化发展的不断推进，更加简洁、有条理的电器架构已逐渐成为行业的发展趋势。此系统不仅适用于当前车辆电器架构，还可移植于任意具有输入、输出模块及CAN通信能力的控制单元，具有广泛的应用前景，也可为将来的电器功能划分及实现方式提供一定的借鉴和参考。