【 商用车整车静态功耗优化探究】

商用车整车静态功耗优化探究

前言

商用车普遍存在过长时间放置后车辆无法启动问题，该问题主要原因之一为整车静态功耗过大导致[1-2]。过大的整车静态功耗会使车辆蓄电池容量增大从而增加整车成本和重量；若蓄电池容量不变则车辆静态放置时间缩短，从而影响车辆正常启动。因此在车辆设计时控制整车静态功耗尤为重要[3-5]。行业控制整车静态功耗主要从减少用电器、优化蓄电池方面进行控制，本课题主要从零部件静态功耗、整车电源分配、控制策略优化方面探究控制整车静态功耗。

1 整车静态功耗产生的原因

整车静态功耗是指车辆在关闭蓄电池机械开关后各用电器在整车休眠状态下的电流消耗。
车辆产生静态功耗的原因具体如下：
1）部分电器控制单元有记忆功能需求；
2）故障诊断的需要；
3）用电器持续短时间工作的需求，即部分用电器控制单元虽然未工作但在一定时间后才会进入休眠状态[3][8]。
结合以上原因分析出轻卡车型存在电流消耗的主要零部件有车身控制器（BCM）、车门控制器（DCM）、发动机控制器（ECU）、尿素泵控制器（DCU）、远程排放终端（T-BOX）、组合仪表、行驶记录仪、中控屏等。

2.整车静态电流的测试、对标分析

** 为探究出一种对控制整车静态功耗有效可行的方法，特对4款不同品牌的轻卡进行整车静态电流测试。测试方法：关闭电源总开关，断开蓄电池负极线束，将CSM分流器串联接入蓄电池引出线与车身接地点之间；关闭被测车辆车载用电器，关闭车辆门窗等，使整车进入休眠状态；进行数据记录。各轻卡静态电流测试值见表1，经对比分析数据，得出轻卡A静态电流值偏高，故而导致轻卡A静态功耗大。 **

表1:实测各轻卡静态电流值
车型 静态电流值/mA
轻卡A 59
轻卡B 11
轻卡C 10
轻卡D 12
轻卡E 7

为确定轻卡A静态功耗高的原因，进一步对各轻卡电器零部件静态电流测试，测试方法：测试使用万用表和静态电流测试
仪见图1，将万用表黑色笔插入电子设备电源正极，同时万用表红笔与电源线正极相连见图2，电子设备负极正常相连，也就是把万用表串联到电路中，以作为电流表测试，待液晶显示屏完全暗下来之后，将红色表笔快速移动到mA档，看到的电流值见图3[4-7]。

图1：静态电流测试仪

图2：串联万用表

图3：静态电流测试显示
运用上述测试方法，测量各轻卡车型的零部件静态电流，测试数据见表2，经对比分析，轻卡A的零部件A、零部件E和零部件G静态电流过高，导致轻卡A静态功耗值高。
表2：轻卡A各零部件静态电流值

3 整车静态功耗的控制

3.1静态功耗指标控制
车辆配置、用途不同，所允许的静态电流值不同，使得整车的静态功耗也不同，商用车按6-8周停放时间进行设计，在设计开发车辆时，根据车型配置以及启动需求确定蓄电池容量，根据蓄电池容量以及静态存放要求，运用以下公式计算出该车型静态电流范围：

式中：
为整车静态电流；
90%为车辆下线时，蓄电池的实际容量与额定容量的百分比；
60%为确保车辆正常启动的蓄电池最低实际电量与额定电量的百分比；
1‰为蓄电池1天的自损耗率；
T为储运时间(天)；
为蓄电池的20h率额定容量
车辆放置时会有很小的电量消耗，蓄电池电量的消耗会影响蓄电池电压值，电压和车辆的启动有关系，具体见表3，根据蓄电池容量与电压对照表可查出蓄电池电压，根据电压和以上公式准确计算出车辆可启动值，从而确定车辆可存放天数。
表3：蓄电池容量与电压对照表

根据整车静态电流理论值，确定各用电器的静态电流。轻卡A满足存放要（按7周计算）整车静态电流应不大于17.5mA,根据对标以及市场产品零部件静态电流测试，确定轻卡各零部件静态电流值见表4。
表4：用电器静态电流表
用电器 静态电流设计要求/mA

1. 零部件A ≤3
2. 零部件B ≤3
3. 零部件C ≤3
4. 零部件D ≤3
5. 零部件E ≤3
6. 零部件F ≤0.5
7. 零部件G 0
   3.2整车静态功耗优化方案
   整车静态功耗优化从设计、试制两个阶段进行，在整车设计阶段根据零部件使用情况，设计电源分配、制定各零部件静态电流指标；在试制阶段测试验证零部件，未达到设计指标的通过优化控制策略控制零部件静态电流，从而控制其功耗。
   在整车静态电流未达到设计指标要求时，从整车电源分配优化、零部件优化和控制逻辑优化三方面进行优化控制整车电流，从而控制整车静态功耗。
   根据用电器静态电流指标可确定轻卡A的零部件A、零部件E、零部件G静态电流需优化，结合上述优化方法对轻卡A整车静态电流进行控制，从而控制整车静态功耗。
   整车电源分配优化：
   零部件G电器原理优化：在零部件G前增加继电器，由ON电控制零部件G工作，原理图见图4。
   

图4：零部件G电器原理图

零部件优化：经对标测试轻卡A车型的零部件A静态电流高于其他轻卡车型，对轻卡A车型的零部件A静态电流进行优化，将零部件内控制改用微控制单元（MCU）控制，另外采用氧化半导体（MOS）管方案提高电磁兼容（EMC）要求等级，降低零部件A的静态电流；
控制策略优化：采集整车报文，通过报文分析确定零部件A、零部件E无法休眠，调整控制策略，具体如下：零部件A、增加车门未关闭3min后进入休眠；将零部件A、零部件E的顶灯、迎宾灯控制策略由在车门关闭15min后休眠更改为3min后休眠，降低零部件零部件A、零部件E的静态功耗。
3.3优化后整车静态功耗测试验证
零部件优化后按上述整车静态电流测试和零部件静态电流测试方法对整车和零部件静态电流进行测试验证，进而确定整车静态功耗。轻卡A优化后实测整车静态电流和用电器静态电流值，具体见表5。

表5：轻卡A优化后实测静态电流表
用电器 静态电流/mA

根据上文静态电流计算公式，结合测试经验以及综合车辆存放环境，优化后轻卡A可存放50天以上。

4 结论

整车静态功耗控制主要从设计和试制两个阶段进行控制，具体流程见图5。设计时根据车辆需求确定蓄电池容量，根据整车静态放置需求确定整车静态电流指标；按指标分解至各整车休眠后需要工作的零部件，各零部件按要求设计；试制阶段对实车静态电流进行测试，验证是否达到设计要求，若未达到要求，对各零部件、整车电源分配和控制器控制策略进行分析、整改，直至整车静态电流
满足设计要求，从而使整车静态功耗得以控制。

图4：整车静态功耗控制流程图
整车静态功耗优化从整车电源分配、零部件和控制逻辑优化三方面进行从而控制整车静态功耗。

参考文献

［1］张义和，电路设计全攻略：电路板设计（M） 北京；科学技术出版社，2013；96-103.
［2］童国庆，赵春鹏，马芳武等，鸿运出口运输车蓄电池亏电问题的解决（J），汽车电器，2011（9）；16-18.
［3］李高林，刘铁山等，整车静态功耗测试研究（J） 汽车电器，2014（8）；60-62.
［4］郑鹏飞，浅谈降低整车静态电流的方法策略 汽车电器，2019（000）002.
［5］沈海洋，崔振亚，徐川程，浅谈降低整车静态电流的方法策略 汽车电器，2020（3）;55-57.
［6］李源，王爱国，黄英，一种自动调节亮度的车内顶灯；中国，CN291820767361.2[P].2018-11-27.
［7］王积伟，控制理论与控制工程[M].北京：机械工业出版社，2011；157-166
［8］伍昆，于文韬，陈晶，出口车型静态电流的限制与管理[J],汽车电器，2013（4）；5-6