大众ID.4供电控制技术浅析
一、12v供电控制
1. 蓄电池
在id.4中，通过高电压蓄电池的水冷式变压器a19（dc/dc）为12v车载电网供电（图1），电压最高为15.5v。只有在激活高电压系统，也就是闭合高电压蓄电池出口接触器时，才能为低压车载电网供电。因此dc/dc变压器既是高电压系统的用电器，同时又是12v车载电网的电源。对于高电压电源管理系统来说，12v车载电网的能源需求始终具有最高优先权，因为12v车载电网必须有足够的电压才能运行高电压系统。因此，一旦激活高电压系统，将始终通过dc/dc变压器为12v车载电网提供保护。dc/dc变压器由j533中的低电压电源管理系统控制，j533通过lin总线从j367获得关于低电压车载电网和12v蓄电池的最新电量信息。
图1 12v车载电网供电信号流
12v蓄电池的参与对于启动过程至关重要，id.4即为51ah蓄电池的结构。车辆锁止时，高电压蓄电池与高压电路断开。在启动过程中，高电压蓄电池首先借助12v蓄电池连接到高压电路。因此，无法启动12v蓄电池放电状态的电动汽车。根据低电压车载电网当前的能源需求，低电压管理系统向变压器要求一个特定电压。低电压电源管理系统的目的是，将12v蓄电池的电量（soc）保持在90%。如果soc达到90%，则不再为12v蓄电池充电。也就是说，所选择的电压使得蓄电池既不充电也不放电（零电流调节）。
id.4通过定期和自动的诊断确定12v蓄电池的电量。诊断的主要组成部分是测试脉冲。诊断仅在车辆停止时运行。在测试脉冲开始时，12v蓄电池为高电压蓄电池充电。其结果是，12v蓄电池的静态电压下降并产生特征电压曲线。在测试脉冲结束时，高电压蓄电池充电结束，12v蓄电池的电压返回到接近静态电压的数值。由测试脉冲产生的电压曲线，允许作为蓄电池电量的说明。从而检查并确保，蓄电池具有满足系统要求的可用功率。蓄电池诊断的详细流程如下。
（1）执行的前提条件
接线端15关闭，12v蓄电池上没有充电器，没有激活的车辆软件在线远程升级，车辆没有处于运输模式，高电压蓄电池没有充满电。
（2）时间流程
①测试脉冲前：为了降低过压，以大约10a（±1a）的电流为12v蓄电池放电180s、 180s的零电流调节和静态电压测量ur uhe。
②在测试脉冲期间：12v蓄电池使用大约92a（±1a）电流为高电压蓄电池充电20s，并测量参数（图2）。
图2 测试脉冲参数
③测试脉冲后：评估参数是判断蓄电池是否老化的标准的基础，这导致蓄电池诊断时长为380s。通过测试脉冲完成对12v蓄电池的诊断后，将通过参数评估将结果保存为计数器读数。计数器的数值分为4个区域。针对每个数值区域分配了相关措施。这些措施包括故障存储器记录和组合仪表内的警告（图3）。
图3 参数评估结果仪表显示
如果必须更换12v蓄电池，则必须更换为51 ah的蓄电池。因为通过测试脉冲的诊断，是针对51 ah蓄电池设计的。
2. 蓄电池配电盒
id.4 配备3只蓄电池配电盒（图4）：熔丝架a为熔丝架b和c供电，熔丝架b为机舱内的熔丝和继电器供电，熔丝架c安装在仪表板左侧，为车内的熔丝和继电器供电。
图4 蓄电池配电盒
二、接线端控制
各个控制单元要想让用电设备工作，必须要能通过总线或15电信号激活（唤醒）。将控制控制单元的起始位置就称之为接线端。id.4中的接线端控制由j533 （icas1）和j519控制，如图5所示。j533承担主要功能，而j519则负责读取点火启动按钮并激活接线端15继电器。除了已知的车辆状态（例如信息娱乐系统的电源接线端s和点火开关供电接线端15），还实现了“comfort ready（舒适模式就绪）”状态和“ready”（行驶准备就绪）状态。
1. comfort ready控制
该状态允许驾驶员在点火开关关闭时操作车内的信息娱乐系统和空调，其信号流控制如图6所示，汽车钥匙无需留在车内。当j386检测到驾驶员车门打开时，通过j533将唤醒驱动系统can总线，持续唤醒时间90s，超过90s就算驾驶员坐下也不会激活。在这段时间内，驾驶员侧座椅占用传感器g1067可以检测驾驶员座椅是否被占用，并将此信息通过安全气囊模块j234传输给j533。随后j533激活comfort ready状态，组合仪表中显示 “欢迎驾驶员”和“park”（驻车制动器被激活）等信息。同时通过高电压蓄电池can总线唤醒高电压电池管理器j840和空调电动压缩机控制单元j979闭合高电压电路（激活时可以听到高压电路闭合的声音），为空调的高电压组件供电和信号控制；通过以太网唤醒信息娱乐系统。
图6 comfort ready信号流
2. 转向柱控制解锁
该状态前提条件为驾驶员座椅已占用，comfort ready已激活，驾驶员车门已打开。信号流如图7所示，当j386监测到驾驶员车门关闭时，进入及启动控制单元j965会在车内启动钥匙搜索功能，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533，确认钥匙合法性。此外，j533还检查j764的防盗锁止数据，如果结果是正面的，则由n360解锁转向柱。j764通过舒适／便捷系统can总线报告转向柱的完全解锁状态。
图7 转向柱解锁信号流
3. 接线端15控制
不受任何外部开关控制的控制单元供电称之为“常电（端子代号k1.30）“。为了节能控制单元不工作时会在内部对k1.30进行切断，进入低功耗“休眠”状态；只有当控制单元开始工作时需要接收点火开关信号进行“唤醒”供电工作，这个信号称之为“接线端15（端子代号k1.15）”。唤醒ki.15前提条件为驾驶员座椅已占用，驾驶员车门已关闭，转向柱解锁。信号流如图8所示，j533通过制动踏板（底盘can总线唤醒）或是通过点火启动按钮（舒适／便捷系统can总线唤醒）接收驾驶员打开点火开关的请求。从而通过j965启动车内的钥匙搜索功能，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533进行检查。如果结果是正面的，则j533通过所有数据总线发送信息 “接线端15激活”。此外，j519将离散的接线端15信号发送到发动机控制单元j623并控制j329继电器为接线端15供电。由j329接通的电势为车辆中的多个组件供电，包括电驱动装置控制单元j841。如果此电势没有为j841供电，则可能无法产生牵引力。
图8 接线端15信号流
4. ready控制
该状态出现的前提条件驾驶员座椅已被占用，接线端15已激活。信号流如图9所示，当j533通过底盘can总线接收制动踏板的状态，行驶挡开关的位置（位于d或r挡）由转向柱电子装置控制单元j527通过舒适／便捷系统can总线发送给j519。如果车内的最后一次钥匙搜索已于12s前完成，则结果被认为是过时的。在这种情况下，j533通过j965启动钥匙搜索，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533进行检查。如果结果是正面的，则j533通过所有数据总线发送信息“接线端50激活”，仪表显示“ready”，驻车制动器解除，当驾驶员将脚从踏板上移开时，车辆开始缓慢滚动滑移。
图9 ready信号流
5. 离车控制
id.4车辆采用无噪音电动机，并标配有单稳态行驶挡位传感器和无钥匙启动系统。这些情况要求与之相匹配的离车控制方案，如图10所示。该示意图仅适用于未激活auto hold（自动驻车功能）的情况，auto hold（自动驻车功能）还可以强制关闭条件。为此组合了多个关闭条件，以确保车辆正确停放并且无法自行移动。
当车辆停好后，按下启停按钮或者驻车制动按钮，即可退出“ready”状态。此外，还会执行防溜车功能，如果同时出现以下3种状态中的2种状态，则会关闭ready状态并激活驻车制动器：驾驶员车门打开／驾驶员安全带松开／驾驶员座椅未占用。
驾驶员可以通过按下启动按钮来关闭点火开关。车辆切换为comfort ready状态。这也可以通过松开驾驶员安全带来实现。此外，还有3种自动关闭点火开关的方法。为此必须满足下列关闭条件：
（1）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且驾驶员车门打开；
（2）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且车辆锁止；
（3）未激活任何诊断且驾驶员座椅超过30min未占用。
当满足以下关闭条件之一时，将退出“comfort ready（舒适模式就绪）”状态：
（1）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且驾驶员车门打开；
（2）车辆锁止；
（3）comfort ready激活超过60min。
除了所列出的关闭条件外，电源管理系统监测到12v蓄电池电量不足时也可以关闭点火开关或comfort ready。
三、结语
综上所述，在理清了供电组件及接线端的控制后，结合电路图分析具体针脚定义就能进行车辆相关故障诊断与排除。当出现电气故障时，通过控制单元或电气组件的熔丝判断是控制单元或电气组件电路还是接线端或供电组件故障；接线端或供电组件故障可以通过接线端控制信号流进一步判断是接线端还是供电组件或启动按钮故障；如果是控制单元或电气组件电路故障可以通过测量总线供电线电压或信号线电压波形等方法进行判断；如以上线路都没问题，则更换控制单元或电气组件。
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1. 蓄电池
在id.4中，通过高电压蓄电池的水冷式变压器a19（dc/dc）为12v车载电网供电（图1），电压最高为15.5v。只有在激活高电压系统，也就是闭合高电压蓄电池出口接触器时，才能为低压车载电网供电。因此dc/dc变压器既是高电压系统的用电器，同时又是12v车载电网的电源。对于高电压电源管理系统来说，12v车载电网的能源需求始终具有最高优先权，因为12v车载电网必须有足够的电压才能运行高电压系统。因此，一旦激活高电压系统，将始终通过dc/dc变压器为12v车载电网提供保护。dc/dc变压器由j533中的低电压电源管理系统控制，j533通过lin总线从j367获得关于低电压车载电网和12v蓄电池的最新电量信息。
图1 12v车载电网供电信号流
12v蓄电池的参与对于启动过程至关重要，id.4即为51ah蓄电池的结构。车辆锁止时，高电压蓄电池与高压电路断开。在启动过程中，高电压蓄电池首先借助12v蓄电池连接到高压电路。因此，无法启动12v蓄电池放电状态的电动汽车。根据低电压车载电网当前的能源需求，低电压管理系统向变压器要求一个特定电压。低电压电源管理系统的目的是，将12v蓄电池的电量（soc）保持在90%。如果soc达到90%，则不再为12v蓄电池充电。也就是说，所选择的电压使得蓄电池既不充电也不放电（零电流调节）。
id.4通过定期和自动的诊断确定12v蓄电池的电量。诊断的主要组成部分是测试脉冲。诊断仅在车辆停止时运行。在测试脉冲开始时，12v蓄电池为高电压蓄电池充电。其结果是，12v蓄电池的静态电压下降并产生特征电压曲线。在测试脉冲结束时，高电压蓄电池充电结束，12v蓄电池的电压返回到接近静态电压的数值。由测试脉冲产生的电压曲线，允许作为蓄电池电量的说明。从而检查并确保，蓄电池具有满足系统要求的可用功率。蓄电池诊断的详细流程如下。
（1）执行的前提条件
接线端15关闭，12v蓄电池上没有充电器，没有激活的车辆软件在线远程升级，车辆没有处于运输模式，高电压蓄电池没有充满电。
（2）时间流程
①测试脉冲前：为了降低过压，以大约10a（±1a）的电流为12v蓄电池放电180s、 180s的零电流调节和静态电压测量ur uhe。
②在测试脉冲期间：12v蓄电池使用大约92a（±1a）电流为高电压蓄电池充电20s，并测量参数（图2）。
图2 测试脉冲参数
③测试脉冲后：评估参数是判断蓄电池是否老化的标准的基础，这导致蓄电池诊断时长为380s。通过测试脉冲完成对12v蓄电池的诊断后，将通过参数评估将结果保存为计数器读数。计数器的数值分为4个区域。针对每个数值区域分配了相关措施。这些措施包括故障存储器记录和组合仪表内的警告（图3）。
图3 参数评估结果仪表显示
如果必须更换12v蓄电池，则必须更换为51 ah的蓄电池。因为通过测试脉冲的诊断，是针对51 ah蓄电池设计的。
2. 蓄电池配电盒
id.4 配备3只蓄电池配电盒（图4）：熔丝架a为熔丝架b和c供电，熔丝架b为机舱内的熔丝和继电器供电，熔丝架c安装在仪表板左侧，为车内的熔丝和继电器供电。
图4 蓄电池配电盒
二、接线端控制
各个控制单元要想让用电设备工作，必须要能通过总线或15电信号激活（唤醒）。将控制控制单元的起始位置就称之为接线端。id.4中的接线端控制由j533 （icas1）和j519控制，如图5所示。j533承担主要功能，而j519则负责读取点火启动按钮并激活接线端15继电器。除了已知的车辆状态（例如信息娱乐系统的电源接线端s和点火开关供电接线端15），还实现了“comfort ready（舒适模式就绪）”状态和“ready”（行驶准备就绪）状态。
1. comfort ready控制
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图6 comfort ready信号流
2. 转向柱控制解锁
该状态前提条件为驾驶员座椅已占用，comfort ready已激活，驾驶员车门已打开。信号流如图7所示，当j386监测到驾驶员车门关闭时，进入及启动控制单元j965会在车内启动钥匙搜索功能，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533，确认钥匙合法性。此外，j533还检查j764的防盗锁止数据，如果结果是正面的，则由n360解锁转向柱。j764通过舒适／便捷系统can总线报告转向柱的完全解锁状态。
图7 转向柱解锁信号流
3. 接线端15控制
不受任何外部开关控制的控制单元供电称之为“常电（端子代号k1.30）“。为了节能控制单元不工作时会在内部对k1.30进行切断，进入低功耗“休眠”状态；只有当控制单元开始工作时需要接收点火开关信号进行“唤醒”供电工作，这个信号称之为“接线端15（端子代号k1.15）”。唤醒ki.15前提条件为驾驶员座椅已占用，驾驶员车门已关闭，转向柱解锁。信号流如图8所示，j533通过制动踏板（底盘can总线唤醒）或是通过点火启动按钮（舒适／便捷系统can总线唤醒）接收驾驶员打开点火开关的请求。从而通过j965启动车内的钥匙搜索功能，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533进行检查。如果结果是正面的，则j533通过所有数据总线发送信息 “接线端15激活”。此外，j519将离散的接线端15信号发送到发动机控制单元j623并控制j329继电器为接线端15供电。由j329接通的电势为车辆中的多个组件供电，包括电驱动装置控制单元j841。如果此电势没有为j841供电，则可能无法产生牵引力。
图8 接线端15信号流
4. ready控制
该状态出现的前提条件驾驶员座椅已被占用，接线端15已激活。信号流如图9所示，当j533通过底盘can总线接收制动踏板的状态，行驶挡开关的位置（位于d或r挡）由转向柱电子装置控制单元j527通过舒适／便捷系统can总线发送给j519。如果车内的最后一次钥匙搜索已于12s前完成，则结果被认为是过时的。在这种情况下，j533通过j965启动钥匙搜索，j519接收来自汽车钥匙的无线电响应，并将其发送到j533进行检查。如果结果是正面的，则j533通过所有数据总线发送信息“接线端50激活”，仪表显示“ready”，驻车制动器解除，当驾驶员将脚从踏板上移开时，车辆开始缓慢滚动滑移。
图9 ready信号流
5. 离车控制
id.4车辆采用无噪音电动机，并标配有单稳态行驶挡位传感器和无钥匙启动系统。这些情况要求与之相匹配的离车控制方案，如图10所示。该示意图仅适用于未激活auto hold（自动驻车功能）的情况，auto hold（自动驻车功能）还可以强制关闭条件。为此组合了多个关闭条件，以确保车辆正确停放并且无法自行移动。
当车辆停好后，按下启停按钮或者驻车制动按钮，即可退出“ready”状态。此外，还会执行防溜车功能，如果同时出现以下3种状态中的2种状态，则会关闭ready状态并激活驻车制动器：驾驶员车门打开／驾驶员安全带松开／驾驶员座椅未占用。
驾驶员可以通过按下启动按钮来关闭点火开关。车辆切换为comfort ready状态。这也可以通过松开驾驶员安全带来实现。此外，还有3种自动关闭点火开关的方法。为此必须满足下列关闭条件：
（1）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且驾驶员车门打开；
（2）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且车辆锁止；
（3）未激活任何诊断且驾驶员座椅超过30min未占用。
当满足以下关闭条件之一时，将退出“comfort ready（舒适模式就绪）”状态：
（1）驾驶员安全带松开，驾驶员座椅未占用且驾驶员车门打开；
（2）车辆锁止；
（3）comfort ready激活超过60min。
除了所列出的关闭条件外，电源管理系统监测到12v蓄电池电量不足时也可以关闭点火开关或comfort ready。
三、结语
综上所述，在理清了供电组件及接线端的控制后，结合电路图分析具体针脚定义就能进行车辆相关故障诊断与排除。当出现电气故障时，通过控制单元或电气组件的熔丝判断是控制单元或电气组件电路还是接线端或供电组件故障；接线端或供电组件故障可以通过接线端控制信号流进一步判断是接线端还是供电组件或启动按钮故障；如果是控制单元或电气组件电路故障可以通过测量总线供电线电压或信号线电压波形等方法进行判断；如以上线路都没问题，则更换控制单元或电气组件。
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