復(fù)合振動下車載射頻線纜SI 性能研究

童桂林

（電連技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518106）

隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化加速成長，車載高速信號傳輸?shù)谋戎匾苍诳焖僭黾?，也要求汽車?yīng)用線纜朝高頻化的需求發(fā)展，因此了解射頻線材在汽車應(yīng)用條件下的性能變化非常重要。

考慮到汽車在行駛中會產(chǎn)生振動，還會受到內(nèi)外部溫度、濕度等環(huán)境因素影響，因此選用溫度濕度振動三綜合試驗(yàn)機(jī)來模擬汽車在行駛過程中所受到的各種影響因素，以此作為測試環(huán)境來對線纜的信號進(jìn)行完整性分析。圖1為蘇軾三綜合試驗(yàn)箱。

圖1 蘇軾三綜合試驗(yàn)箱

選擇高頻線纜的性能需求有插入損耗小、阻抗穩(wěn)定、回波損耗小、使用頻率高等特點(diǎn)，因此從高頻使用來看，302-3是不錯的選擇，302-3這款線材也在眾多車廠中被廣泛應(yīng)用，得到普遍的認(rèn)可，本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也主要基于這款線材來做測試驗(yàn)證。經(jīng)以往多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在測試過程中連接緊密、是否對線纜進(jìn)行保護(hù)、將線纜在固定間距綁定都會使測試效果變好。

1 定性模擬分析不同應(yīng)用參數(shù)對線纜性能影響

1.1 對比測試

本節(jié)將對比在ISO 16750 V4 和V7振動條件下，通過改變振動幅度、是否加溫以及持續(xù)振動時(shí)間，來定性模擬振動的幅度、溫度及持續(xù)時(shí)間對線纜信號完整性的影響。表1為4種振動測試的振動條件。

表1 振動條件

將數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)振動前后插入損耗較回波損耗變化更為明顯，進(jìn)而選取4種振動條件中的IL曲線測試圖進(jìn)行對比分析，如圖2所示。可以明顯看出4種振動情況下的變化程度，對此可以將測試結(jié)果進(jìn)行對比分析得到以下結(jié)論。

1）對比圖2a、2c在同等振動幅度、同等振動時(shí)間條件下，加溫與不加溫可以明顯觀察到是否加溫對IL的惡化影響是最大的。

2）對比圖2a、2b在同樣加溫、同等振動條件下，時(shí)間越長，影響越大。

3）對比圖2a、2d在同樣加溫、同等振動時(shí)間條件下，振幅越大，影響越大。

圖2 IL曲線振動實(shí)驗(yàn)前后性能對比

4）對比圖2b、2d在同等加溫條件下，8h*3 V7振動的影響也大于32h*3 V4的影響，可以看到這樣的振幅變化下，時(shí)間的影響要小于振幅的影響。

1.2 根因分析

觀察上述振動前后測試結(jié)果IL曲線圖變化明顯，試驗(yàn)后明顯看出性能發(fā)生改變，對此進(jìn)行阻抗分析。將試驗(yàn)后測試線與實(shí)驗(yàn)前測試線進(jìn)行對比分析可以看出，如圖3深色為振動前TDR測試結(jié)果，淺色為振動后TDR測試結(jié)果。從線材阻抗變化可以看到，阻抗的變化是導(dǎo)致性能變化的根本原因，主要是線材結(jié)構(gòu)在振動環(huán)境中發(fā)生了變化，是因?yàn)殇X箔和絕緣在振動過程中受損引起的，導(dǎo)致插損的明顯變化。

圖3 阻抗對比曲線

2 定量分析常用振動標(biāo)準(zhǔn)對線纜性能的影響

在同一振動條件下對比不同因素帶來的影響時(shí)，對比測試結(jié)果可發(fā)現(xiàn)振動等級、是否加溫、振動持續(xù)時(shí)間會對測試產(chǎn)品造成影響，但這并不能說明在所有的振動條件下所受影響均相同，因此綜合各車廠的振動標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用目前常用302-3高頻線束進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)前302-3高頻線束常用長度為1m、5m，應(yīng)用這款線材的不同長度進(jìn)行測試試驗(yàn)，驗(yàn)證在不同振動標(biāo)準(zhǔn)下線材長度所受影響的大小。圖4為當(dāng)前車廠常用振動測試標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 常用振動測試標(biāo)準(zhǔn)

2.1 ISO 16750-3測試數(shù)據(jù)

從圖5中可看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表2可以看出其中當(dāng)振動等級、溫度、振動持續(xù)時(shí)間保持一致時(shí)，線長越長，其所受影響也就越大。

表2 ISO 16750不同線材IL數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖5 ISO 16750不同線材長度IL曲線測試圖

2.2 VW75174

圖6為VW75174不同線材長度IL曲線測試圖。在VW75174的振動標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行試驗(yàn)，可以從圖6中看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表3可以看出其中當(dāng)振動等級、溫度、振動持續(xù)時(shí)間保持一致時(shí)，線長越長，其所受影響也就越大。

圖6 VW75174不同線材長度IL曲線測試圖

表3 VW75174不同線材IL數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.3 VW80000

圖7 為VW80000 不同線材長度IL 曲線測試圖。在VW80000的振動標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行試驗(yàn)，可以從圖7中看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表4可以看出其中當(dāng)振動等級、溫度、振動持續(xù)時(shí)間保持一致時(shí)，線長越長，其所受影響也就越大。

圖7 VW80000不同線材長度IL曲線測試圖

表4 VW80000不同線材IL曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.4 ISO 20860-2 V1

圖8為1m線長振動前后IL曲線測試圖，圖9為5m線長振動前后IL曲線測試圖。

圖8 1m IL曲線測試圖

對照圖8與圖9可以看到，在ISO 20860-2 V1標(biāo)準(zhǔn)下振動，1m線材受到影響，5m線材并未受到較明顯的影響，這個數(shù)據(jù)有些疑惑了。

圖9 5m IL曲線測試圖

2.5 USCAR-2 V2

圖10為1m線長振動前后IL曲線測試圖，圖11為5m線長振動前后IL曲線測試圖。

圖10 線纜長度為1m IL曲線測試圖

圖11 線纜長度為5m IL曲線測試圖

對照圖10與圖11可以明顯觀察到在USCAR-2 V2標(biāo)準(zhǔn)下振動，1m＆5m線材并未受到較明顯的影響。結(jié)合USCAR-2 V2的數(shù)據(jù)看V1的振動結(jié)果，應(yīng)該是1m的線材有異常。

2.6 異常分析

在USCAR-2的振動條件下，圖12與圖13分別為V1與V2兩個振動等級IL曲線。可以從兩圖中看到不同線長IL曲線的變化程度，對比之前測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)線長越長，受到損耗越明顯，但如圖12所示在USCAR-2 振動標(biāo)準(zhǔn)V1等級中，302-3高頻線束1m線長所受影響明顯大于5m線長所受影響，且V2等級的振動幅度比V1等級的振動幅度大，但如圖13所示結(jié)果302-3高頻線束1m、5m線長并未發(fā)生較為明顯的變化。圖14為302-3高頻線束1m、5m線長在USCAR-2標(biāo)準(zhǔn)下振動測試實(shí)物圖，從圖中觀察到1號位置線束受到保護(hù)且有較好固定，而2號位置線束并未受到固定，因此這是導(dǎo)致302-3高頻線束1m線長測試結(jié)果產(chǎn)生差異的原因。

圖12 V1等級下不同線材長度IL曲線測試圖

圖13 V2等級下不同線材長度IL曲線測試圖

圖14 測試實(shí)物圖

3 總結(jié)與分析

3.1 同等振動標(biāo)準(zhǔn)不同測試環(huán)境

對于同等振動標(biāo)準(zhǔn)下不同測試環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，在振動幅度、是否加溫、振動持續(xù)時(shí)間這3個變量中進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)線材在此3種條件下所受影響均不相同，各有差異。

1）在其余各種振動條件相同時(shí)，線材受溫度的影響較為明顯，是否加溫對線材的惡化影響是最大的。在探究產(chǎn)生此種變化的原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)溫度變化改變了線材阻抗，從而導(dǎo)致了線材性能發(fā)生變化。

2）在同樣加溫、同等振動條件下，當(dāng)振動的時(shí)間不同時(shí)，隨時(shí)間的增長，線材惡化程度也隨之變大。

3）在同樣加溫、同等振動時(shí)間條件下，當(dāng)振動等級發(fā)生變化，觀察V4、V7的測試曲線，發(fā)現(xiàn)隨振動等級的提升，線材所受影響越大。

4）在同等加溫條件下，8h*3 V7振動的影響也大于32h*3 V4的影響，可以看到這樣的振幅變化下，振動時(shí)間對線材的影響要小于振動幅度對線材的影響。

3.2 常用車廠振動標(biāo)準(zhǔn)下線材長度不同

進(jìn)行了常用車廠振動標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)，對線材振動后的變化量及不同長度的影響可以量化地了解。同時(shí)可以進(jìn)一步看出ISO 16750-3：2012、VW75174、VW80000等帶溫振動條件下，線材損耗有較大的變化，USCAR-2 V1與V2兩個不帶溫振動，線材并未受到較為明顯的影響，且通過對比1m、5m兩款線材在此振動條件下所受的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)振動條件均相同時(shí)，線材越長所受影響越大，呈現(xiàn)隨長度的邊長非線性增大。

3.3 安裝建議

針對出現(xiàn)的畸變現(xiàn)象，指出將測試線束進(jìn)行有效固定能避免線材振動導(dǎo)致的線材受損這一情況，對于裝車過程中如何固定線材提出一些建議。

1）線材彎曲半徑不可小于20*ODmm（單根線測試時(shí)，OD為線材外徑，多根線一起測試時(shí)，OD為多根線材綜合外徑）。

2）固定間距建議在200mm左右，避免線材在振動過程中甩傷，在距離板端約100mm處，使用扎帶固定線端。

3）給線纜加保護(hù)層，可以減少線纜在振動中的受損，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用適當(dāng)增加線纜的保護(hù)套。在模擬振動中，在每處線端固定位，采用珍珠棉或同等防護(hù)材料對線材進(jìn)行保護(hù)，防止固定桿損傷線材，同步使用扎帶將線材固定在固定桿上。

3.4 不足與展望

本驗(yàn)證在常用車廠振動標(biāo)準(zhǔn)下僅進(jìn)行單一線材試驗(yàn)，數(shù)據(jù)量過少，不能定量地進(jìn)行分析每種振動條件下不同因素對線材造成的影響，以及各種不同線材在同振動條件下所受的影響。

同時(shí)在選用線材方面，也希望從線纜結(jié)構(gòu)本身去提升線纜在振動中的穩(wěn)定性，進(jìn)而加強(qiáng)信號傳輸?shù)耐暾?。其次?yīng)該規(guī)范車廠對線纜的安裝固定，在安裝過程中將線材保護(hù)好，在固定位置應(yīng)有所注意，盡量避免線材自身振動導(dǎo)致的損傷以及在固定線材時(shí)考慮彎折角度對線材的影響。