火花塞絕緣體點擊穿成因及抗電檢測方法探討

【摘" 要】文章介紹火花塞絕緣體點擊穿的故障模式、失效后果以及造成點擊穿的成因，并提供幾種火花塞成品抗電檢測方法，還對不同的抗電方法的優(yōu)劣勢和可靠性進行探討，得出更加適用新一代增壓發(fā)動機用火花塞的抗電檢測方案以及檢測電壓設置的原則，以便能提高火花塞抗電檢測的可靠性，降低車輛短里程行駛后發(fā)生火花塞絕緣體點擊穿的故障率。

【關鍵詞】陶瓷；火花塞；絕緣體點擊穿；大孔洞；微裂紋；抗電檢測；負載電壓

中圖分類號：U463.643" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）04-0063-04

Cause of Insulator Puncture and Discussion on High Voltage Test Methods

DU Dekui，CHEN Long，LI Yao，QIAN Jin

（Weichai Torch Technology Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China）

【Abstract】This paper introduced failure model，failure effect，and root cause of spark plug insulator puncture，provided several high voltage test methods for finished spark plugs，discussed the advantage，disadvantage and reliability of different test methods，recommended a kind of test method and test voltage setting criteria which is suitable for spark plug for new generation turbo charged engines，and thus to improve reliability of high voltage test，decrease the failure rate of spark plug insulator puncture after short distance running of vehicle in the field.

【Key words】ceramic；spark plug；insulator puncture；big porosity；micro-cracks；high voltage test；high voltage with capacitance load

作者簡介杜德魁（1970—），男，高級工程師，一直從事火花塞工程技術領域的工作，在中國火花塞應用工程領域屬于領軍人物，現(xiàn)為工程技術總監(jiān)，第5屆汽標委火花塞分標委委員兼秘書長；陳龍（1984—），男，高級工程師，碩士，陶瓷事業(yè)部副部長，從事火花塞絕緣體研發(fā)和生產技術管理工作；李耀（1990—），男，工程師，高級主任工程師，第5屆汽標委火花塞分標委秘書；錢進（1971—），男，助理工程師，高級主任工程師，總工程師。

1" 引言

近些年配置高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS（Advanced Driving Assistant System）的汽車市場飛速增長，國內外各大汽車零部件廠商的智能駕駛輔助產品相繼問世，如智能前視攝像頭、毫米波雷達、雷達攝像頭1R1V（1 Radar 1 Vision）融合等方案。智能駕駛輔助系統(tǒng)利用各種傳感器獲取車輛周圍的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，通過控制算法決策控制車輛的加速、制動、轉向，包括自適應巡航ACC（Adaptive Cruise Control）、自動緊急制動AEB（Authentic Emergency Brake）、橫向偏離預警LDW（Lane Departure Warning）、橫向保持輔助LKA（Lane Keeping Assist）等功能[1-2]。

目前大部分主機廠采用實車測試與虛擬仿真測試配合的手段，用虛擬仿真測試進行實車無法完成的極限工況、故障碼、故障功能降級的驗證，彌補實車測試的不足，提高測試覆蓋度[3-4]。但智能駕駛仿真測試仍然存在一定問題，如仿真模型精度、性能測試與實車匹配程度、仿真場景庫建設效率、費用等問題[5]。

2" ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)搭建

本文搭建的ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)主要對當前主流的1V1R雷達攝像頭融合的智能駕駛測試方案進行研究。如圖1所示，毫米波雷達控制器FR（Front Radar）、智能前視攝像頭IFC（Intelligent Front Camera），作為硬件在環(huán)系統(tǒng)的被測電控單元，分別集成于雷達回波模擬器和視頻采集暗箱中。毫米波雷達控制器與攝像頭之間私有CAN（圖1中CAN2）連接，并將總線信號通過公有CAN（圖1中CAN1）發(fā)送至整車，系統(tǒng)通過CAN板卡實現(xiàn)真實ECU總線與車輛動力系模型、IO模型接口的匹配，將控制器的橫向、縱向控制信號反饋到車輛動力學模型，實現(xiàn)智能駕駛輔助控制。視頻采集暗箱負責為攝像頭提供車輛行駛的道路、天氣、交通（車、人）環(huán)境，雷達模擬器負責為毫米波雷達控制器提供本車與目標之間的距離模擬、速度模擬、雷達散射截面RCS（Radar Cross Section）模擬和角度模擬。

3" 雷達回波模擬器原理

雷達模擬器通過天線將目標電磁回波傳遞給雷達，從而實現(xiàn)目標模擬[6]。雷達的探測波經過路徑：雷達→模擬器接收天線→下變頻組件→接收射頻線纜→模擬單元→發(fā)射射頻線纜→上變頻組件→模擬器發(fā)射天線，最終形成返回波被雷達接收。目標距離、速度、RCS模擬通過信號處理的方式實現(xiàn)，目標角度模擬通過機械旋轉的方式實現(xiàn)。

3.1" 距離模擬

距離模擬用可變延遲線實現(xiàn)，如圖2所示。多組光電開關（圖3）串聯(lián)在一起，每2個光電開關之間布置不同長度的延遲線，所有光電開關按照控制指令切換，不同的排列組合對應不一樣總長度的延遲線。

3.2" 速度模擬

速度模擬采用多普勒頻移方案實現(xiàn)。雷達信號在模擬器中會先后經過上變頻和下變頻，模擬器根據(jù)設置的速度值，額外將fd = 的多普勒頻類融合到回波中，如圖4所示。

3.3" RCS模擬

RCS模擬采用功率調制實現(xiàn)。目標截面積RCS在目標回波功率中體現(xiàn)，兩者成正比。模擬器中的數(shù)控衰減器可以調節(jié)目標回波功率，從而實現(xiàn)RCS模擬，如圖5所示。

3.4" 角度模擬

角度模擬采用機械圓環(huán)轉臺（圖6）實現(xiàn)。根據(jù)雷達測角原理，目標角度模擬無法通過信號處理方式實現(xiàn)，而是需要通過機械裝置旋轉改變模擬器天線和雷達的實際相對角度關系實現(xiàn)。另外，雷達模擬和測試需要在布滿吸波材料的屏蔽暗箱（圖7）內完成，避免外界干擾。

屏蔽暗箱和機械圓環(huán)轉臺裝置介紹如下。

1）暗箱為圓桶型結構，中部配置2層可運動圓環(huán)。

2）每層圓環(huán)安裝一組射頻前端（上下變頻模塊和收發(fā)天線），對應一個方向目標模擬。

3）屏蔽暗箱內壁粘貼吸波材料，圓環(huán)天線層采用平面型吸波材料，其余區(qū)域采用角錐型吸波材料。

4）每層圓環(huán)通過同步帶由伺服電機驅動，伺服驅動器采用EtherCAT方式通信，保證多電機之間運動實時性。

5）雷達暗箱內壁覆蓋吸波材料，機械運動部件也進行合理遮擋，能避免虛目標。

6）雷達待測樣件到天線距離≥0.5m。

7）各天線能實現(xiàn)獨立運動，運動最大角速度≥90°/s。

4" 虛擬仿真測試軟件

4.1" 車輛動力學及場景仿真軟件

Dyna4是德國TESIS公司開發(fā)的一款模塊化虛擬駕駛仿真軟件，2019年被Vector公司收購，致力于虛擬駕駛仿真領域所需的靜態(tài)環(huán)境仿真、動態(tài)環(huán)境仿真、測試環(huán)境集成和測試數(shù)據(jù)，提供高精度的車輛動力學模型，包括底盤系統(tǒng)、發(fā)動機模型、冷卻系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，各模型中參數(shù)可通過圖形用戶界面快速設置。

根據(jù)車型裝備定義的整車參數(shù)見表1。

此外，軟件中還可添加車身周圍環(huán)境，如交通車輛、行人、動物、道路標識等動靜態(tài)物體，也可改變外部天氣環(huán)境（雨、雪、霧），并可以通過三維動畫實時顯示車輛駕駛環(huán)境。其中，駕駛員輔助系統(tǒng)提供了交通、傳感器、道路、車道標識、被測車輛的模擬與可視化顯示。

4.2" 試驗管理軟件

VeriStand是美國NI公司針對仿真測試系統(tǒng)而開發(fā)的軟件環(huán)境，能夠配置模擬、數(shù)字板卡和基于FPGA板卡的硬件IO接口，能夠從Simulink建模環(huán)境中導入算法及仿真模型，也能夠利用測試交互界面在線修改參數(shù)，實時監(jiān)控測試運行的情況。

5" 測試驗證應用

5.1" 縱向控制功能驗證

5.1.1" AEB功能測試

本車以車速35km/h駛向前方靜止目標，測試AEB制動減速過程。測試結果如圖8所示，測試曲線可以看出車輛AEB制動減速度最大值達到-8m/s2，并且剎停后仍能保持約2s的制動壓力，此測試結果與實車完全符合。

5.1.2" ACC功能測試

1）測試本車ACC跟停目標車輛后，目標起步的場景。測試結果如圖9所示，由測試曲線可知本車跟隨目標車，距離下降至約4m時跟停，ACC控制本車在15s時起步加速，性能表現(xiàn)較好。

2）測試本車ACC定速行駛過程中前方車輛切入，本車識別到目標車輛后減速的過程。測試結果如圖10所示，測試曲線可以看出本車在10.4s時識別到目標車輛后ACC請求制動減速度，約11s時本車開始降低車速，能夠較好地控制與前方切入的目標車輛的安全距離。

5.2" 橫向控制功能驗證

工況設置為車速61km/h，車道線可識別，車輛初始位置位于兩側車道線正中間，左打方向盤轉角0.22°。

由圖11可知，車輛向左側車道線靠近，直至控制器進行第1次糾偏控制，糾偏后繼續(xù)向左打方向盤，觸發(fā)了第2次糾偏并激發(fā)側向偏離預警；融合方案的側向控制為轉角控制，結合圖11d可知側向控制糾偏時目標方向盤轉角與實際方向盤轉角曲線基本吻合，控制效果較好，車輛的側向運動能夠按照控制器期望目標執(zhí)行。

6" 結論

本文基于雷達模擬器建立的ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)，實現(xiàn)對毫米波雷達的信號級仿真，解決了單雷達方案、雷達攝像頭1V1R融合方案的測試驗證難題，并通過AEB、ACC、LKA典型工況進行測試驗證。測試結果顯示該虛擬仿真測試結果與實車測試結果十分貼近，仿真精度很高，測試驗證效果較好，證明了系統(tǒng)的可行性及有效性，具有較好的應用前景。

參考文獻：

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（編輯" 楊凱麟）