整車電子電氣性能測(cè)試介紹

白樹立

(奇瑞汽車股份有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)

0 引言

隨著車用電氣設(shè)備越來(lái)越多，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，汽車電氣系統(tǒng)已形成一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)作為一個(gè)整體，在設(shè)計(jì)時(shí)必須使它們的工作能互相匹配，所以對(duì)整車電氣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試顯得很重要。

1 整車控制策略的編制

在設(shè)計(jì)期間，需要勾畫出整車的控制策略框架，計(jì)算整車電路系統(tǒng)大概包括哪些用電單元，其負(fù)載大致多大，每個(gè)用電單元采取何種控制方式，同時(shí)需要對(duì)整車的用電器進(jìn)行初步確定。并設(shè)計(jì)整車電器控制圖，進(jìn)行整車電器的匹配、集成，如開關(guān)與用電器間的控制關(guān)系、觸點(diǎn)容量的確定、控制邏輯的初步確認(rèn)、計(jì)算出需要何種電源分配中心。

在電路的設(shè)計(jì)中，電路的安全是需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)必須考慮到電路的保護(hù)和電路的控制，及整個(gè)電路中各個(gè)元件的匹配。滿足以上設(shè)計(jì)要求需要開發(fā)階段對(duì)整車電子電器系統(tǒng)做必要的測(cè)試驗(yàn)證。

2 電子電氣功能測(cè)試流程

新的車型設(shè)計(jì)開始之前，對(duì)車型的分析非常重要。整車電路的主要分析內(nèi)容應(yīng)包括:整車配置分析、整車電路系統(tǒng)的功能和控制策略、主要電器參數(shù)、特殊電器系統(tǒng)的分析、各種細(xì)節(jié)分析等幾個(gè)方面。對(duì)于一個(gè)新開發(fā)車型，一般按照?qǐng)D1所示流程逐步完成整車測(cè)試。

3 測(cè)試環(huán)境確認(rèn)

(1)實(shí)車環(huán)境:全功能可測(cè)試;與環(huán)境、行駛環(huán)境強(qiáng)相關(guān)。

(2)臺(tái)架環(huán)境:信號(hào)臨界值測(cè)試;異常測(cè)試、故障測(cè)試;問(wèn)題復(fù)現(xiàn)。

(3)自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境:極限工況;重復(fù)性測(cè)試;定量性測(cè)試。

4 確定測(cè)試內(nèi)容

4.1 電源分配測(cè)試

圖2為某車型部分電源分配圖示例。

測(cè)試目的為:(1)驗(yàn)證電源分配測(cè)量的合理性;(2)驗(yàn)證線束合理性;(3)驗(yàn)證保險(xiǎn)合理性;(4)確定電源網(wǎng)絡(luò)中干擾源與敏感體之間的影響;(5)獲得各個(gè)負(fù)載的實(shí)際功耗;(6)獲取整車電源網(wǎng)絡(luò)的工作電流。

測(cè)試內(nèi)容包括:(1)不同電源電壓狀態(tài)下測(cè)試 (12 V、14 V);(2)測(cè)試所有單個(gè)負(fù)載、控制器的工作電流。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:NISSAN、Ford等整車廠測(cè)試/評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);標(biāo)桿車測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。

圖3是某車型電源網(wǎng)絡(luò)上的干擾源負(fù)載導(dǎo)致控制器經(jīng)常燒毀測(cè)試案例。

4.2 整車及分系統(tǒng)靜態(tài)電流測(cè)試

靜態(tài)電流 (暗電流，Dark Current)是指汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下 (點(diǎn)火OFF、整車休眠)仍然消耗的電流。

汽車漏電現(xiàn)象是指汽車靜止放置若干天后蓄電池電量虧損導(dǎo)致車輛無(wú)法正常起動(dòng)，如:記憶、防盜、其他等。

測(cè)試目的是指導(dǎo)新車型的開發(fā)，包括最小化車輛的靜態(tài)電流、確定合適的電池容量、發(fā)現(xiàn)不必要的接地漏電流現(xiàn)象。

測(cè)試內(nèi)容包括:(1)整車靜態(tài)電流測(cè)試。評(píng)價(jià)整車靜態(tài)電流是否滿足設(shè)計(jì)要求;(2)分系統(tǒng)靜態(tài)電流測(cè)試。分析各級(jí)保險(xiǎn)、繼電器流過(guò)的靜態(tài)電流，定位異常靜態(tài)電流的位置;(3)控制器靜態(tài)電流的測(cè)試。在實(shí)車環(huán)境下驗(yàn)證各控制器靜態(tài)電流是否滿足整車廠需求。

評(píng)價(jià)方法。車輛在常溫靜止6周后，剩余的電力仍能滿足起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，計(jì)算公式如下:

式中:P為20 h率容量 (A·h);

SOC1為蓄電池一般可用SOC，一般為70% ～80%;

SOC2為蓄電池最低起動(dòng)SOC(－30℃環(huán)境下)，一般為20%～40%;

ID為整車靜態(tài)電流 (A);

IB為蓄電池自放電電流 (A)。

4.3 電平衡測(cè)試

(1)測(cè)試目的:①通過(guò)測(cè)試不同工況、不同負(fù)載工作狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)、電池的電流大小和變化獲取電源系統(tǒng)的平衡關(guān)系;②指導(dǎo)新車型開發(fā)和驗(yàn)證整車電源系統(tǒng)的選型合理性。

圖4為車輛電源系統(tǒng)的開發(fā)流程。

(2)測(cè)試內(nèi)容:①不同氣候下測(cè)試;②車輛不同行駛工況下的電平衡:靜態(tài)、動(dòng)態(tài)。

不同氣候條件包括:①冬季、夏季;②白天、夜晚;③雨、雪、晴天。

不同車輛狀態(tài):①靜態(tài)，怠速;②動(dòng)態(tài)，不同車速，有以下幾種情況:低速 (20～40 km/h)，夏季，雨夜;低速 (20～40 km/h)，冬季，雪夜;高速 (80～100 km/h)，夏季，雨夜;高速 (80～100 km/h)，冬季，雪夜。

(3)測(cè)試工況:①靜態(tài)電平衡測(cè)試:一般怠速工況 (冬季、夏季);夜間怠速工況 (冬季、夏季);擁堵路況下怠速(冬季、夏季);②動(dòng)態(tài)電平衡測(cè)試:一般城市工況 (冬季、夏季);擁堵城市工況 (冬季、夏季);城郊駕駛工況 (冬季、夏季);高速路工況 (冬季、夏季);連續(xù)轉(zhuǎn)彎工況 (冬季、夏季)。

(4)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括:①項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、部分整車廠對(duì)標(biāo)結(jié)果;②BOSCH電平衡測(cè)試標(biāo)準(zhǔn);③Nissan電平衡測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

車輛電平衡要求電氣高負(fù)載時(shí)蓄電池能夠幫助發(fā)電機(jī)一起提供電能，在車輛低負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)能提供負(fù)載消耗，并給蓄電池充電。電平衡測(cè)試中車輛在標(biāo)準(zhǔn)駕駛循環(huán)后，蓄電池的容量應(yīng)不能減少，并最好能夠增加。

4.4 整車啟動(dòng)回路電壓降測(cè)試

測(cè)試目的:驗(yàn)證起動(dòng)電壓波形是否滿足控制器需求規(guī)范;控制器需求開發(fā)來(lái)源 (電壓要求)。

4.5 感性負(fù)載影響測(cè)試

(1)測(cè)試目的:驗(yàn)證電源分配的合理性;評(píng)估感性負(fù)載順便脈沖對(duì)控制器的影響。

(2)感性負(fù)載。汽車電器系統(tǒng)存在著大量感性負(fù)載，如各種繼電器、電機(jī)和電磁閥等，這些感性負(fù)載在開路瞬間，會(huì)成為一種寬頻率、大能量的瞬變干擾源。

評(píng)價(jià)方法:(1)整車廠標(biāo)準(zhǔn);(2)ISO 7637(見圖5)。

控制器輸入信號(hào)接口電路硬件處理方法一般分為圖6所示信號(hào)類和圖7所示電源類兩種。

5 拋負(fù)載測(cè)試

汽車拋負(fù)載現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)，若負(fù)載突然減小或完全無(wú)負(fù)載，會(huì)引起發(fā)電機(jī)輸出電流急劇下降，在發(fā)電機(jī)電樞繞組上產(chǎn)生正向瞬變過(guò)電壓。

(1)拋負(fù)載測(cè)試內(nèi)容工況的選擇:斷開蓄電池時(shí)測(cè)試 (如蓄電池SOC為50%);發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下測(cè)試 (怠速、中轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速);斷開電器負(fù)載時(shí)測(cè)試 (大功率負(fù)載)。

(2)測(cè)試點(diǎn):所有ECU的Power端 (若ECU太多，首選離斷開用電器最近的ECU);發(fā)電機(jī)的電源端。

6 電機(jī)類負(fù)載堵轉(zhuǎn)測(cè)試

(1)測(cè)試目的:①獲取堵轉(zhuǎn)對(duì)線束盒保險(xiǎn)的影響;②驗(yàn)證線束保護(hù)設(shè)計(jì)的合理性;③驗(yàn)證控制器對(duì)堵轉(zhuǎn)的處理機(jī)制。

(2)測(cè)試內(nèi)容:①測(cè)試電機(jī)正常工作電流、堵轉(zhuǎn)電流;②堵轉(zhuǎn)引起的電源網(wǎng)絡(luò)電壓變化。

7 線束與接地系統(tǒng)測(cè)試

(1)測(cè)試目的:①驗(yàn)證線束設(shè)計(jì)的合理性;②驗(yàn)證線束走線和布置的合理性。

(2)測(cè)試內(nèi)容:①線束溫度場(chǎng)測(cè)試;②上限環(huán)境溫度、下限環(huán)境溫度 (高溫、高寒)。

(3)測(cè)試/評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):①德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN72551;②日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JASO D 607;③整車廠標(biāo)準(zhǔn)。

圖8所示為車輛溫度場(chǎng)示意圖。

(4)不同環(huán)境下線束設(shè)計(jì)要求不一樣:①熱區(qū)域必須使用耐溫高的導(dǎo)線，如TXL、PP;②冷區(qū)域可以使用耐溫低的導(dǎo)線，如TWP、PE;③潮濕區(qū)域使用密封塑件和帶膠熱縮管的壓接;④干燥區(qū)域可以使用非密封塑件和膠帶防護(hù)的壓接。

導(dǎo)線的耐電流情況和導(dǎo)線所在溫度環(huán)境有很大關(guān)系，導(dǎo)線的耐流值隨溫度的升高而降低，所以設(shè)計(jì)電路線徑要考慮導(dǎo)線所裝配的區(qū)域周邊溫度的影響。

如公式:R20=Rt/［1+0.039(t－20)］

式中:R20為20℃下的電阻，mΩ/m;Rt為測(cè)量的導(dǎo)體電阻，mΩ/m;t為電阻測(cè)量時(shí)刻導(dǎo)體溫度，℃。

8 結(jié)束語(yǔ)

以上列舉的是在設(shè)計(jì)階段常用的一些驗(yàn)證方法。在某款車型開發(fā)中采用了上述測(cè)試驗(yàn)證方法，通過(guò)整車試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)強(qiáng)化可靠性驗(yàn)證，整車供電系統(tǒng)未發(fā)生任何故障。但實(shí)際測(cè)試中還有短路故障對(duì)線束、保險(xiǎn)的影響測(cè)試 (例:線束設(shè)計(jì)的合理性、線路保護(hù)的設(shè)計(jì)合理性)等，在這里就不一一介紹。

【1】ISO 7637-2道路車輛－由傳導(dǎo)和耦合引起的電磁騷擾:第2部分［S］.

【2】張明森.車的電量平衡計(jì)算［J］.汽車電器，2010(10):11－15.

【3】OSCH電平衡測(cè)試標(biāo)準(zhǔn).