汽車電器件回路功耗測試方法與應用

姚 強，高美芹

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥230601）

近二十年來汽車電子電器發(fā)展如火如荼，隨著電子信息技術和汽車制造業(yè)的不斷變革，汽車電子電器技術對車輛的各項性能產(chǎn)生重要影響。據(jù)相關機構(gòu)統(tǒng)計分析，目前汽車的創(chuàng)新70%來源于汽車電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品成本占整車比例已經(jīng)從上世紀70年代的4%，成長到現(xiàn)在的30%左右。這一數(shù)據(jù)未來仍將進一步提升，預期到2030年，該比例將可達到50%［1］。車輛電子電器件的配置越來越豐富，對整車電能的消耗也隨之增加，對于傳統(tǒng)燃油車輛來講，所有的電能都來自發(fā)動機，電能的增加必然導致油耗的升高，而在使用過程中客戶對車輛的油耗又非常的敏感，因此對車輛電子電器件能耗測試、評價是整車電器開發(fā)中重要環(huán)節(jié)。

1 汽車電器供電原理及電器能耗介紹

傳統(tǒng)汽車電氣設備供電所使用的電源是低壓直流電源，采用蓄電池或發(fā)電機雙電源供電，乘用車為12V、商用車為24V，整車線束采用單線制，一般負極搭鐵［2］。蓄電池、發(fā)電機、用電器為并聯(lián)布置，如圖1所示。

蓄電池和發(fā)電機是并聯(lián)工作，在發(fā)動機正常工作時，由發(fā)電機向用電設備供電并向蓄電池充電，蓄電池可以看做負載；發(fā)動機不工作時，蓄電池向整車供電，發(fā)電機、蓄電池、用電器功率計算如下［3］：

圖1 汽車供電原理示意圖

式中：W用電器——用電器功率；A1——用電器電流：V1——用電器電壓。

式中：W蓄電池——蓄電池功率；A2——蓄電池電流；V2——蓄電池電壓。

式中：W發(fā)電機——發(fā)電機功率；A3——發(fā)電機電流；V3——發(fā)電機電壓。

當發(fā)電機供電時，整車電能消耗情況：

當蓄電池供電時，整車電能消耗情況：

整車在電器設計匹配階段均會對每個電器件的功耗進行匹配設計，該功耗數(shù)據(jù)為零部件的臺架數(shù)據(jù)，如乘用車為12V工作電壓下的電器功率。電器部件在裝車后由于發(fā)電機、蓄電池的供電電壓不同，線束的線阻產(chǎn)生的壓降，插接器、搭鐵點的連接電阻，工作環(huán)境溫度等因素影響，實際的電器功耗與設計值存在一定的偏差。

2 汽車整車電器件功耗測試原理

汽車整車電器件功耗測試采用電壓、電流傳感器，測量一段時間內(nèi)發(fā)電機、蓄電池、用電負載的工作電壓、電流，利用數(shù)據(jù)采集設備收集這些實時電壓、電流數(shù)據(jù)，然后通過電流與電壓的乘積即可計算得發(fā)電機、蓄電池、用電負載的實際功率。由于電器件裝配至整車后帶有線束、插接器、搭鐵點等，電器件的功耗以回路的功耗作為其整車真實功耗，能常用的測量方法有直接測量和間接測量兩種。

2.1 直接測試法

2.1.1 測試原理

1）使汽車用電器供電回路穿過電流傳感器，利用電流傳感器直接測量汽車電器回路的工作電流I，有的電器回路能直接安裝電流傳感器，對于空間較小不易安裝電流傳感器的回路采用在回路熔斷絲位置加裝延長線的辦法解決；

2）利用電壓傳感器測量電器工作時蓄電池兩端工作電壓U，如圖2所示。

圖2 直接測量電器回路功耗原理圖

2.1.2 直接測量法功耗計算

利用數(shù)據(jù)采集器記錄一段時間內(nèi)用電器的平均電流、平均電壓數(shù)據(jù)，即可計算出用電器對應回路的功率如式（6）所示：

式中：W——電器回路功率，W；U平均——電器回路平均工作電壓，V；I平均——電器回路平均工作電流，A。

2.1.3 測量步驟

1）將車輛點火鑰匙置于“OFF”狀態(tài)，斷開蓄電池負極。

2）將被測用電器熔斷絲去除。

3）預估被測電器工作電流選擇合適量程的電流傳感器（傳感器量程不應大于被測電器回路工作電流的兩倍）。

4）用延長導線恢復被測用電器電路，并使之穿過電流傳感器，恢復后的電路應連接可靠無金屬導線裸露。

5）電壓傳感器先連接電器功耗測試系統(tǒng)再與蓄電池負極、正極連接。

6）將車輛蓄電池負極線恢復，啟動車輛并保持怠速，開啟用電器、待被測用電器電流保持穩(wěn)定后開始測量，開啟電器回路功耗測試系統(tǒng)測試30s，試驗結(jié)束恢復電器回路。

2.2 間接測量法

2.2.1 測試原理

1）同時測量車輛的蓄電池充電電流I1和發(fā)電機發(fā)電電流I2，發(fā)電機發(fā)電電流減去蓄電池充電電流即為電器回路工作電流I。

2）利用電壓傳感器直接測量電器回路工作時蓄電池兩端工作電壓U，如圖3所示。

3）開啟用電器測量的功率與關閉用電器的功率差，即為被測用電器回路的功耗。

圖3 間接測量電器回路功耗原理圖

2.2.2 間接測量法功耗計算

利用數(shù)據(jù)采集器記錄一段時間內(nèi)車輛正常工作時發(fā)電機與蓄電池的平均電流、平均電壓數(shù)據(jù)，即可計算出發(fā)電機與蓄電池的功率情況，兩者功率差即為其他用電器對應回路的功率，如式（7）-（10）所示：

式中：I發(fā)電機1——不開啟任何用電器維持發(fā)動機正常工作時發(fā)電電流，A；I蓄電池1——不開啟任何用電器維持發(fā)動機正常工作時蓄電池電流，A；I基礎——不開啟任何用電器維持發(fā)動機正常工作時用電電流，A；I發(fā)電機2——開啟任何用電器、發(fā)動機正常工作時發(fā)電電流，A；I蓄電池2——開啟任何用電器、發(fā)動機正常工作時蓄電池電流，A；I開用電器——開啟任何用電器、發(fā)動機正常工作時用電電流，A；I用電器——用電器正常工作時用電電流，A。

2.2.3 測量步驟

1）將車輛點火鑰匙置于“OFF”狀態(tài)，斷開蓄電池負極、斷開發(fā)電機電源線。

2）選擇200A、50A兩個電流傳感器，使發(fā)電機電源線穿過200A電流傳感器、蓄電池負極線穿過50A電流傳感器，蓄電池電流測量傳感器電源保持OFF狀態(tài)。

3）電壓傳感器先連接電器功耗測試系統(tǒng)再與蓄電池負極、正極連接。

4）開啟電器回路功耗測試系統(tǒng)根據(jù)所選的電流傳感器、電壓傳感器設置傳感器參數(shù)，設置測試時間30s采集文件保存路徑等。

5）將車輛蓄電池負極線恢復，啟動車輛并保持怠速，觀察發(fā)電機發(fā)電電流狀態(tài)，當發(fā)電電流保持穩(wěn)定時打開蓄電池電流傳感器。

6）待發(fā)電機發(fā)電電流和蓄電池充電電流保持穩(wěn)定時開始記錄車輛的基礎電功耗數(shù)據(jù)。

7）開啟被測用電器，待發(fā)電機發(fā)電電流和蓄電池充電電流保持穩(wěn)定后開始測量被測電器回路開啟后電功耗數(shù)據(jù)（應確保其他用電器不工作）。

2.3 兩種測量法優(yōu)劣

直接測量法得出的數(shù)據(jù)為被測電器回路的實際工作數(shù)據(jù)，不受別的用電器開啟狀態(tài)的影響，試驗精度更高，但其測量過程繁瑣、耗費時間長。間接測量法是通過開啟關閉用電器功耗差值間接得到被測功耗，其測試結(jié)果受到其他用電器工作狀態(tài)影響，試驗精度稍差，但測試簡便、能快速出測試結(jié)果，而得到較好的應用。

3 汽車電器件回路功耗數(shù)據(jù)及應用

3.1 單個用電器回路功耗

可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)得到如：遠光燈、近光燈、位置燈、雨刮等單個用電器回路的功耗［4］，并進行車型數(shù)據(jù)對比如下表1所示。

表1 電器件回路功率數(shù)據(jù)

3.2 測量典型場景下的用電功耗

根據(jù)車輛設計電器配置，在特定的使用場景下可以開啟的用電器狀態(tài)制定了如表2所示的6個電器使用典型場景，根據(jù)單個功率消耗情況與用電器開啟狀態(tài)即可評價典型場景下用電功率消耗。

3.3 整車用電器工作狀態(tài)分析

當測試的電器件回路功率與設計功率出現(xiàn)較大偏差或者兩個相同器件間功率偏差較大時，如表3中所示的玻璃升降器功率，右門上升和下降的功率均遠大于左門，經(jīng)檢查為右門玻璃升降器裝配品質(zhì)不高玻璃摩擦阻力大造成。

4 總結(jié)

采用直接或者間接測試車輛實際電器件功耗，可以準確反映車輛電器件裝車后的實際功率消耗與設計功率值的偏差，也可以判斷電器回路線徑的設計合理性、插接器或搭鐵點的安裝品質(zhì)，甚至還可以檢測電器運轉(zhuǎn)是否正常。制定的特征工況下的電器功耗可以與標桿競品車進行比對，確認電器消耗是否占優(yōu)勢，通過電能消耗分析可以為整車油耗優(yōu)化提供新的解決思路。

表2 典型場景電器開啟狀態(tài)

表3 玻璃升降器功率測試數(shù)據(jù)