汽车起动过程电压突降的影响和问题解决

摘 要:本文阐述了由于起动电机的工作使电池电压突降引起汽车无法正常起动的问题,就该问题作了详细的原理说明和故障分析,通过对现有方法的分析和评估,提出在了在电路中增加保持电路来保障起动电机的正常运行,并通过实验验证,该方法切实可行.

关 键 词:起动控制电压突降保持电路

Abstract:Thispaperpresentsthevoltagedecreasesuddenlyduetotheoperationofthestartmotor,whichleadstothefailureofthevehiclestarting.Rootcauseisanalyzedandseveralsolutionsareevaluated.Thesolutionofaddingcontinuouspower-supplyfunctioninthecircuitisraisedandverifiedbybenchtests.

Keywords:startingcontrolvoltagedecreasessuddenlycontinuouspower-supplyfunction

1.前言

汽车起动的时候,有可能由于启动电机的工作造成电池电压突降,BCM控制器失去对起动电机继电器的控制,导致起动电机无法正常工作,汽车无法起动等故障和问题.如何从技术角度完全解决这一问题,一直是主机厂和各大零部件供应商面临的瓶颈.近年来,很多企业都做过研究和调查,常规方法有：关闭大灯、雨刮、多媒体设备等大功率负载设施后起动,或者加大电容来提供短时间内的持续供电,但从成本、性能等各方面可行性不高.

2.汽车起动原理和电压突降故障描述

2.1汽车起动原理

汽车发动机的起动过程需要起动电机的同步机械传动和ECU(发动机电子控制模块)发出的喷油指令来完成.BCM控制器端由LDO（含watchdog功能的电源芯片）输出一定的电压给MCU,接收到KL50的点火指令并完成钥匙认证后,输出有效信号给LSD（低边驱动芯片）,使继电器处于吸合状态,此时起动电机会开始转动,通过同步机械传动使发动机转动；同时,BCM与ECU（电子控制模块）通过CAN总线通信来使ECU输出喷油指令,发动机不停转动,汽车完成起动过程.如图1所示.

图1：汽车起动原理框图

2.2故障描述

汽车起动的时候,起动电机耗电量很大,使蓄电池电压下降,导致LDO的电压输入不稳定,此时MCU有可能重启,从而无法输出有效信号给LSD,导致继电器断开,这样起动电机就无法正常工作,从而造成发动机起动失败.按照ISO7637的标准,汽车起动的时候,Vbat的输入电压典型波形为下图2所示：

图2：汽车启动时,LDO的电压输入与时间的波形图(图中UBAT等于12V,VS等于-7V,Va等于-6V)

由上图可以看出,基于ISO标准7637-2-1990,电源电压Vbat在t6时段（15ms～40ms）电压降为最低,且会持续一段时间,是最危险的一个区间.如果MCU在此区间内发生重启,则继电器处于断开状态,起动电机无法起动.通过对某车型BCM产品的关键参数设置进行测试,LDO发生重启,主要原因为最低谷的5V电压以及该段电压持续的40ms的时间所致.如下图3所示.（蓝线为ISO标准的电源电压曲线,图线为LDO输出的resetPIN曲线,低有效,造成MCU重启）

图3：某车型BCM的LDO重启电压波形图

针对上述结果,重新调整试验参数.通过多次实验得出极限结果,当设置该段电压为：5.2V、40ms内,或者5V、35ms内,则不会造成LDO的重启.

3.新方法的原理与验证

3.1新方法的原理

在汽车起动时,蓄电池电压降低期间,MCUreset后,在初始化时,根据逻辑判断,MCU控制LSD芯片的PIN脚初始配置为输入高阻态,并在其硬件通路之间增加正反馈电路器件构成保持电路,使低驱芯片在电压瞬降的时候也能正常驱动,待电压恢复且重启完成后,重新对MCU的PIN进行输出配置等一系列操作,使启动过程正常完成.如图4-1/2所示.

图4-1：保持电路原理图-LDO重启前

图4-2：保持电路原理图-LDO重启后

3.2新方法的验证

增加保持电路后,当钥匙输出起动指令的时候(如下图2#绿色线即为LSD输出信号,从外部上拉状态变为输出低有效状态),继电器吸合,启动电机开始运转,电压发生突降(如下图1#线所示),导致BCM复位(如下图3#红色线所示),从下图可以看出该电池电压突降持续了49ms,在保持电路和软件MCUPIN配置的共同作用下,在电压突降及其导致的BCM重启过程中,LSD始终输出低端有效信号,起动过程没有受到任何影响.通过实验验证了该方法切实可行.

图5：增加保持电路、MCU重启情况下LSD输出波形图

4.结语

通过对电压突降导致起动电机无法正常工作的故障分析和评估,掌握了汽车起动的原理和常见问题,在理论依据的支持下,采用新方法——增加保持电路来确保起动电机正常工作,从成本、技术等方面综合考虑下,该方法优于现有的技术方案,且稳定性方面有更好的表现.