ECU電磁兼容試驗用負載和監(jiān)控系統(tǒng)

王濤，高鑫，李忠銀

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

為滿足法規(guī)要求，ECU在開發(fā)過程需要進行電磁兼容試驗，本文主要闡述一種ECU電磁兼容試驗過程中使用的負載箱和監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐。

通過對標準中試驗項目的理解，在產品的開發(fā)過程中應同時進行發(fā)射和抗擾性設計，因為該系統(tǒng)需要與ECU同步放置在電波暗室中進行試驗，同時又不能對ECU的試驗結果產生干擾，該系統(tǒng)典型性能要求為：電磁發(fā)射強度低于標準限值6dB，抗電磁輻射能力不低于150V/m。要求滿足性能的同時能給ECU提供穩(wěn)定的激勵信號及監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)。

1 ECU典型電磁兼容試驗布置

ECU典型輻射發(fā)射和輻射抗擾試驗環(huán)境如圖1所示，ECU通過直流濾波電源（蓄電池）供電，負載箱為ECU提供激勵信號和負載，負載箱的控制系統(tǒng)控制和監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)。

圖1 輻射發(fā)射試驗測試布置

輻射發(fā)射分為寬帶輻射發(fā)射和窄帶輻射發(fā)射，輻射發(fā)射試驗一般流程為先采集背景噪聲，即負載箱工作但ECU不工作，此時使用天線采集系統(tǒng)的輻射發(fā)射強度，該輻射發(fā)射強度需比標準中規(guī)定的限值低6dB，然后控制ECU工作在典型的工況下，再次采集系統(tǒng)的輻射發(fā)射強度，將該強度與標準中的限值進行對比，未超過限值認為測試通過。

輻射抗擾試驗（替代法）的一般流程為：先使用場強探頭進行電場的校準，負載箱控制系統(tǒng)控制ECU工作在典型的工況下，并實時監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)，此時對系統(tǒng)施加電場，負載箱和控制系統(tǒng)對電場施加過程中的ECU數據進行記錄，并對超差或失效的數據進行記錄和報警，如果整個電場施加過程中無信號超差或失效，則認為測試通過。

2 ECU功能框圖

ECU典型功能框圖如圖2所示。

圖2 ECU典型功能框圖

1）主要輸入的功能模塊有以下幾種：①正時信號采集模塊采集發(fā)動機輸出的曲軸和凸輪軸信號用來確定發(fā)動機的正時，一般信號類型為無源磁電型傳感器；②轉速信號采集模塊用來采集例如車速、風扇轉速等信號；③開關狀態(tài)檢測模塊用來檢測整車上如空調、巡航等控制開關的狀態(tài)；④數模轉換模塊用于采集傳感器的壓力和溫度信號，如發(fā)動機水溫、進氣壓力等。

2）主要輸出模塊的功能由傳感器供電。①繼電器驅動模塊，用于驅動各類繼電器，如啟動繼電器，進氣加熱繼電器等；②噴油驅動模塊主要用于驅動發(fā)動機的噴油嘴；③PWM驅動模塊主要用于驅動發(fā)動機或車輛上的開度閥，如燃料計量單元、電磁風扇等。

3 負載箱架構

如圖3所示，負載箱系統(tǒng)整個分為如下幾部分，對該系統(tǒng)要求最高的為采集板部分，該部分為ECU提供激勵信號和監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)，最容易被干擾和產生無意的超標發(fā)射。ECU與負載箱、負載箱與上位機之間均采用CAN通信進行數據交互，中間的數據傳輸線采用CAN轉化為光纖的方式進一步減小發(fā)射和被干擾可能性。

圖3 負載箱系統(tǒng)構成圖

4 采集板實現方案

如圖4所示，采集板主要分為兩部分，分別是信號采集模塊和激勵發(fā)生模塊。ECU的驅動通過連接線與負載連接，信號采集模塊采集ECU驅動負載所產生的電壓和電流信號，并將各項參數通過光電轉換器發(fā)送給上位機，上位機再判斷各項驅動功能是否正常工作；上位機控制激勵發(fā)生模塊模擬多種真實的傳感器產生電壓電流及轉速等信號，并將其輸入給ECU，來模擬發(fā)動機的各種工作狀態(tài)。采集板使用全封閉的金屬外殼，并使用專用的鋰電池供電，同時采集板的電源轉換模塊多采用LDO而非DCDC，以防止對外產生干擾和受到外界干擾。

圖4 采集板功能示意圖

5 結語

本文主要闡述一種ECU電磁兼容試驗過程中使用的負載箱和監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐，通過使用模擬負載和模擬激勵信號使ECU工作在常用工作狀態(tài)下，以盡可能地得到真實并詳細的試驗數據，對類似產品的試驗設計具有一定的參考價值。

如圖5所示，該種設計的負載箱的輻射發(fā)射完全可以滿足CISPR25中規(guī)定的Level5要求，并且在150v/m的強電場條件下數據采集誤差不超過1%。

圖5 輻射發(fā)射試驗波形