道路車輛電氣和電子部件的電氣要求與性能試驗(yàn)研究

許毅，沈海舟，陸斌

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 電子電器家用電器質(zhì)量檢驗(yàn)所，上海 201114）

引言

汽車電氣和電子部件及其組件中12 V供電系統(tǒng)的電氣要求和性能試驗(yàn)項(xiàng)目，主要涉及：長(zhǎng)時(shí)過(guò)壓、瞬態(tài)過(guò)壓、瞬態(tài)欠壓、跳線跨接啟動(dòng)、拋負(fù)載、紋波電壓、電源電壓的緩慢下降和上升、電源電壓的緩慢下降和快速上升、重置行為、短暫中斷、啟動(dòng)脈沖、電力系統(tǒng)控制的電壓曲線、Pin中斷、連接中斷、反向極性、地電位差、信號(hào)線和負(fù)載電路的短路、絕緣電阻、靜態(tài)電流、介電強(qiáng)度、反饋、過(guò)電流、多電源電壓均衡電流。

與環(huán)境試驗(yàn)不同，汽車電子部件和組件的電氣安全和電性能試驗(yàn)一般不涉及對(duì)樣品后續(xù)的影響，試驗(yàn)序列可按任意順序進(jìn)行。對(duì)于每個(gè)試驗(yàn)和測(cè)試，均應(yīng)指定事件內(nèi)存條目和組件允許的功能狀態(tài)。當(dāng)試樣完全啟動(dòng)并處于滿足所有指定的功能狀態(tài)時(shí)，電氣試驗(yàn)開(kāi)始。

在不違背電氣試驗(yàn)的測(cè)試要求且采購(gòu)方同意的情況下，電氣試驗(yàn)和性能試驗(yàn)可在環(huán)境試驗(yàn)期間進(jìn)行，如果試樣在組合試驗(yàn)期間出現(xiàn)任何非正常情況，則應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立的重復(fù)試驗(yàn)。一組敏感參數(shù)或“關(guān)鍵”參數(shù)，如靜態(tài)電流曲線、工作電流、輸出電壓、接觸電阻、輸入阻抗、信號(hào)速率（上升和下降時(shí)間）和總線參數(shù)等，應(yīng)在性能規(guī)范中定義或與采購(gòu)方協(xié)議一致。這些參數(shù)應(yīng)在每次試驗(yàn)開(kāi)始前和每次試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)其符合性進(jìn)行檢查。

本文針對(duì)3.5 t以下汽車電氣和電子部件與組件，基于近年來(lái)國(guó)際上主流汽車企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的供貨測(cè)試規(guī)范[1，2]以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16750-2《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn) 第2部分：電氣負(fù)荷》[3]，首先對(duì)于最新現(xiàn)行測(cè)試要求中關(guān)于功能狀態(tài)的定義、功能等級(jí)劃分及其對(duì)應(yīng)工作電壓范圍等內(nèi)容進(jìn)行了闡述和說(shuō)明；進(jìn)一步，對(duì)于規(guī)范中關(guān)于12 V供電部件有技術(shù)內(nèi)容增補(bǔ)和變更的電氣安全和性能試驗(yàn)項(xiàng)目及其要求進(jìn)行了詳盡的研究和分析，分別涉及三項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)：瞬態(tài)欠壓、電源電壓的緩慢下降和上升、多電源電壓均衡電流。

1 功能狀態(tài)

試樣功能狀態(tài)的要求應(yīng)在試驗(yàn)之前、試驗(yàn)期間和試驗(yàn)之后給出。采購(gòu)商應(yīng)在圖紙或性能規(guī)范中定義各功能狀態(tài)下部件的功能行為（包括降低額定值，例如溫度和電壓），以及客戶的感知（如：視覺(jué)、聲學(xué)、觸覺(jué)、熱學(xué)方面）。

在任何情況下，存儲(chǔ)功能都應(yīng)始終保持在功能狀態(tài)A。非易失性存儲(chǔ)器的完整性應(yīng)在任意時(shí)間均得以保證。功能狀態(tài)的時(shí)間序列應(yīng)在性能規(guī)范中指明。允許的事件存儲(chǔ)條目必須與采購(gòu)方達(dá)成一致，并記錄在冊(cè)。

在功能狀態(tài)A至D中試樣不允許有所損壞。在任何時(shí)間都不允許有未定義的功能。安裝在試樣內(nèi)的電氣/電子組件的允許限值范圍（如：電、熱、機(jī)械）不能超出數(shù)據(jù)表的規(guī)定，至少應(yīng)通過(guò)參數(shù)測(cè)試（小）[1]的要求（即，在室溫和工作電壓條件下試樣無(wú)瑕疵功能的關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試）來(lái)驗(yàn)證。

功能狀態(tài) A：試樣滿足所有指定功能。

功能狀態(tài) B：未使用。

功能狀態(tài) C：試樣在暴露于試驗(yàn)參數(shù)期間不滿足一個(gè)或多個(gè)功能。在暴露于試驗(yàn)參數(shù)之后，試樣應(yīng)即刻自動(dòng)返回到功能狀態(tài)A，或者通過(guò)性能規(guī)范中指定的外部觸發(fā)機(jī)制返回到功能狀態(tài)A。任何時(shí)間都不允許未定義的功能。

功能狀態(tài) D1：試樣在暴露于試驗(yàn)參數(shù)期間不滿足一個(gè)或多個(gè)功能。在暴露于試驗(yàn)參數(shù)之后，試樣應(yīng)通過(guò)終端開(kāi)/關(guān)返回功能狀態(tài)A（如有必要，在總線空閑時(shí)）。

功能狀態(tài) D2：試樣在暴露于試驗(yàn)參數(shù)期間不滿足一個(gè)或多個(gè)功能。在暴露于試驗(yàn)參數(shù)之后，試樣應(yīng)通過(guò)簡(jiǎn)單的干預(yù)返回功能狀態(tài)A（如：更換故障保險(xiǎn)絲）。

功能狀態(tài) E：試樣在暴露于測(cè)試參數(shù)期間不滿足一個(gè)或多個(gè)功能，并在暴露于測(cè)試參數(shù)之后應(yīng)修復(fù)或更換。試樣應(yīng)符合美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所（UL）公布的UL 94中V-0阻燃等級(jí)[4]。

2 功能等級(jí)和工作電壓范圍

一個(gè)試樣通常包含數(shù)項(xiàng)功能，每個(gè)功能都可配置不同的功能等級(jí)。表1列出了每個(gè)功能等級(jí)對(duì)應(yīng)的功能狀態(tài)（A或C）。

使用功能等級(jí)的最低要求：

功能等級(jí)1：保障和維持供電所必需的功能或與起動(dòng)相關(guān)的功能。

功能等級(jí)2：高可用性的功能（所指高可用性的定義：部件的功能至少達(dá)到ISO 26262《道路車輛-功能安全》系列標(biāo)準(zhǔn)[5-7]中對(duì)于電力供應(yīng)所規(guī)定的ASIL A級(jí)（ASIL：汽車安全完整性等級(jí)））[6]。

表1 功能等級(jí)和工作電壓范圍對(duì)照表

功能等級(jí)3：駕駛操作必需的功能。

功能等級(jí)4：處于“發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉”或“電力系統(tǒng)僅從存儲(chǔ)供電”期間必須保留的快捷功能。

功能等級(jí)5：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間（“發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)”）或“電力系統(tǒng)處于供電時(shí)”必須提供的快捷功能。

功能等級(jí)6：診斷與通信。

3 瞬態(tài)欠壓

1）目的：根據(jù)電力電子系統(tǒng)的狀態(tài)（例如，能量存儲(chǔ)器的可用性），接通負(fù)載時(shí)可能導(dǎo)致瞬態(tài)欠壓。

2）測(cè)試：

①瞬態(tài)欠壓試驗(yàn)a

瞬態(tài)欠壓a試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見(jiàn)表2和圖1。

②瞬態(tài)欠壓b試驗(yàn)

瞬態(tài)欠壓b試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見(jiàn)表3和圖2。

用于保持駕駛準(zhǔn)備和電源供電的功能應(yīng)符合嚴(yán)酷等級(jí)1，對(duì)于高可用性等級(jí)的功能也同樣適用。

3）要求：

表2 瞬態(tài)欠壓a試驗(yàn)的配置參數(shù)

應(yīng)符合功能等級(jí)和工作電壓范圍的相應(yīng)要求，參見(jiàn)表1。

圖1 瞬態(tài)欠壓試驗(yàn)a脈沖圖

表3 瞬態(tài)欠壓b試驗(yàn)的配置參數(shù)

圖2 瞬態(tài)欠壓b試驗(yàn)脈沖圖

4 電源電壓的緩慢下降和上升

1）目的：

模擬車輛電池在緩慢放電和充電過(guò)程中發(fā)生的供電電壓的緩慢下降和上升。

2）測(cè)試：

①電源電壓的緩慢下降和上升a試驗(yàn)

電源電壓的緩慢下降和上升a試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見(jiàn)表4和圖3。

表4 電源電壓緩慢下降和上升a試驗(yàn)的配置參數(shù)

圖3 電源電壓緩慢下降和上升a試驗(yàn)脈沖圖

②電源電壓的緩慢下降和上升b試驗(yàn)

電源電壓的緩慢下降和上升b試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見(jiàn)表5和圖4。

3）要求：

試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估取決于在試驗(yàn)期間施加于部件的電壓范圍。

分為兩大塊：

①在定義的部件工作電壓范圍內(nèi)：功能狀態(tài)A。

②在定義的部件工作電壓范圍外：功能狀態(tài)C。

5 多電源電壓的均衡電流

1）目的：

表5 電源電壓的緩慢下降和上升b試驗(yàn)的配置參數(shù)

圖4 電源電壓的緩慢下降和上升b試驗(yàn)脈沖圖

對(duì)于具有彼此獨(dú)立的多個(gè)電源電壓輸入的組件，例如，若電壓由相互獨(dú)立的12 V電氣子系統(tǒng)供電，該試驗(yàn)確定這些供電分支的內(nèi)部獨(dú)立性。

2）測(cè)試：

多電源電壓均衡電流試驗(yàn)的配置參數(shù)和電路原理示意圖詳見(jiàn)表6和圖5。

表6 均衡電流試驗(yàn)的測(cè)試參數(shù)

圖5 均衡電流試驗(yàn)電路原理示意圖

3）要求：

在試驗(yàn)裝置中測(cè)量的均衡電流不允許超過(guò)100 μA。單個(gè)故障不能超過(guò)或損害供電支路的獨(dú)立性。試驗(yàn)后應(yīng)驗(yàn)證符合功能狀態(tài)A的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

新能源車的發(fā)展是國(guó)家在汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略方向。當(dāng)前，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量居于全球第一，產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)基本能與國(guó)際保持同一水平。2019年國(guó)家補(bǔ)貼大幅滑坡，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均承壓，但新能源汽車仍被認(rèn)為是未來(lái)走向汽車強(qiáng)國(guó)的主路線之一，是國(guó)家重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。因此，建立汽車強(qiáng)國(guó)之路，為包括新能源汽車在內(nèi)的整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)保駕護(hù)航，提供各方面更完備的配套技術(shù)支撐與檢測(cè)服務(wù)尤為緊要和急迫。

本文針對(duì)3.5 t以下汽車電氣電子部件、組件和模塊等產(chǎn)品的電氣負(fù)荷環(huán)境，以及12 V電系統(tǒng)的性能試驗(yàn)，給出了汽車電氣電子部件的功能狀態(tài)、功能等級(jí)和對(duì)應(yīng)運(yùn)行電壓范圍的劃分，詳細(xì)解析了近年來(lái)國(guó)際主要汽車品牌供貨規(guī)范中關(guān)于電氣要求和性能試驗(yàn)內(nèi)容的增補(bǔ)項(xiàng)目：瞬態(tài)欠壓、電源電壓的緩慢下降和上升、多電源電壓均衡電流三項(xiàng)試驗(yàn)，包括實(shí)施試驗(yàn)的目的、條件配置及試驗(yàn)原理、試驗(yàn)后需要驗(yàn)證的功能與參數(shù)等方面要求。相關(guān)的檢測(cè)試驗(yàn)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作將有助于推進(jìn)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)向著高質(zhì)量、高技術(shù)含量的方向發(fā)展和提升。