汽車車型基于沿電源線瞬態(tài)干擾試驗(yàn)的研究

【摘 要】文章圍繞一款車型基于沿電源線的瞬態(tài)干擾試驗(yàn)展開深入探討。從設(shè)計(jì)原則、試驗(yàn)方法、評價(jià)準(zhǔn)則、功能檢查及試驗(yàn)結(jié)論等多方面進(jìn)行一體化論述，全面驗(yàn)證該車型整車電氣零部件的抗干擾能力，為同類車型電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供寶貴參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】瞬態(tài)干擾試驗(yàn);設(shè)計(jì)原則;試驗(yàn)方法;評價(jià)標(biāo)準(zhǔn);功能檢查

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0090-03

Research on Transient Interference Test Based on Power Line of Automobile Models

【Abstract】This paper focuses on the transient interference test of a vehicle model based on the power line. From the design principles，test methods，evaluation criteria，function inspection and test conclusions，the anti-interference ability of the electric parts of the vehicle is fully verified，which provides valuable reference for the design of the electronic control system of similar vehicles.

【Key words】transient interference test;design principles;test method;evaluation criteria;functional check

隨著汽車電子及智能化水平的不斷提升，車輛電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度日益增加，其對抗擾環(huán)境的敏感度也隨之提高。沿電源線的瞬態(tài)干擾源在車輛運(yùn)行中比較常見且難以完全避免，對車輛電子控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致信號失真、系統(tǒng)誤動(dòng)作甚至故障，進(jìn)而影響行車安全[1]。因此，沿電源線的瞬態(tài)干擾試驗(yàn)驗(yàn)證顯得尤為重要。

1 試驗(yàn)背景

車輛行駛時(shí)，人們會開啟雨刮、洗滌、喇叭、座椅調(diào)節(jié)等電子感性負(fù)載。這些負(fù)載在工作進(jìn)程中會產(chǎn)生電磁能量，電磁能量會順著電源線傳輸至其他電氣設(shè)備或系統(tǒng)，進(jìn)而造成干擾。本文主要針對感性負(fù)載開啟與斷開以及發(fā)電機(jī)/DCDC工作時(shí)蓄電池線脫落的情況進(jìn)行模擬，對電源線上引起的拋負(fù)載脈沖進(jìn)行測試驗(yàn)證，簡稱為沿電源線的瞬態(tài)干擾試驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)原則

感性負(fù)載關(guān)斷過程中的電壓波動(dòng)應(yīng)滿足GB/T 21437.2中B.3.7瞬態(tài)波形分類表中IV級要求。感性負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾試驗(yàn)參考波形見圖1。依據(jù)ISO 7637-2或GB/T 21437.2中的脈沖波形作為參考。其中，幅值電壓Us、持續(xù)時(shí)間td作為瞬態(tài)脈沖電壓的主要評價(jià)參數(shù)，感性負(fù)載關(guān)斷過程中，其電壓波動(dòng)應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)波形規(guī)定的范圍內(nèi)。

表1為12V汽車電氣系統(tǒng)電壓脈沖最大幅值分級表（源自于GB/T 21437.2中B.3.7的表B.2），按照表中IV級進(jìn)行評價(jià)。由表1可知，毫秒級別或者更慢的脈沖，其峰值電壓超過+75V以及負(fù)向峰值電壓超過-100V為高風(fēng)險(xiǎn)工況，應(yīng)予以抑制;微秒級別到納秒級別的脈沖，其峰值電壓超過+100V以及負(fù)向峰值電壓超過-150V為高風(fēng)險(xiǎn)工況，應(yīng)予以抑制。

根據(jù)實(shí)車電氣原理圖全面分析會產(chǎn)生瞬態(tài)干擾的感性負(fù)載（包括電磁閥、繼電器和電機(jī)），開展感性負(fù)載試驗(yàn)，在實(shí)車條件下制造工況，獲取這些感性負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖大小及評估帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

拋負(fù)載過程中的沖擊電壓的幅值及脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)不超過GB/T 28046.2中4.6.4.2推薦的參數(shù)限值，參考GB/T 28046.2的4.6.4.2節(jié)中標(biāo)準(zhǔn)Test A及Test B波形（圖2），該標(biāo)準(zhǔn)分別適用于傳統(tǒng)車具有發(fā)電機(jī)抑制電路及無發(fā)電機(jī)抑制電路的車型。對于帶抑制電路的發(fā)電機(jī)，其浪涌脈沖曲線變化應(yīng)滿足圖2及表2中的要求[2]。

其中，抑制后的幅值電壓Us*及持續(xù)時(shí)間td作為拋負(fù)載時(shí)脈沖電壓的評判依據(jù)，電動(dòng)車拋負(fù)載過程中，DCDC可參考該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)評價(jià)。

3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)車輛感性負(fù)載測試因電壓脈沖周期一般為微秒級或毫秒級，所以測試設(shè)備應(yīng)采用示波器，電流采集設(shè)備采樣率應(yīng)不低于1kHz。監(jiān)控點(diǎn)位布線原理如圖3所示。在感性負(fù)載電器元件進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)所得到的正向慢脈沖Us2即為a點(diǎn)電壓減去c點(diǎn)電壓，負(fù)向慢脈沖Us1即為b點(diǎn)電壓減去c點(diǎn)電壓，c點(diǎn)電壓為發(fā)電機(jī)/DCDC電壓。

拋負(fù)載測試電路示意如圖4所示。通過數(shù)采對發(fā)電機(jī)/DCDC輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測，記錄拋負(fù)載過程中發(fā)電機(jī)/DCDC輸出電壓變化。具體測試步驟如下所述。

1）將連接蓄電池負(fù)極端的線束作為數(shù)采的公共地，將發(fā)電機(jī)/DCDC輸出端、控制器供電端連接到數(shù)采相應(yīng)的測試通道。

2）閉合斷路器1和斷路器2，車輛進(jìn)入Driving/Ready模式。

3）盡可能多地關(guān)閉電器負(fù)載（用戶可接觸到的負(fù)載）。

4）如果測試車輛低壓供電為發(fā)電機(jī)輸出，則使發(fā)動(dòng)機(jī)在4000±200r/min（若測試車輛不能達(dá)到4000r/min，則以實(shí)際能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速為準(zhǔn)），調(diào)節(jié)負(fù)載箱，使發(fā)電機(jī)的百分百電流輸出;如果測試車輛低壓供電為DCDC輸出，則直接調(diào)節(jié)負(fù)載箱，使DCDC的百分百電流輸出即可。

5）打開斷路器2，捕捉和保存拋負(fù)載的瞬態(tài)波形，檢查整車所有電氣功能，記錄電氣系統(tǒng)功能的變化情況，讀取整車故障信息并清除故障信息。

6）關(guān)閉駕駛模式。

7）重復(fù)以上步驟，打開盡可能多的負(fù)載（用戶可接觸的用電器）。

4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

感性負(fù)載試驗(yàn)后車輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)符合GB/T 28046.1定義的A級，即試驗(yàn)中和試驗(yàn)后裝置、系統(tǒng)所有功能滿足設(shè)計(jì)要求。

拋負(fù)載試驗(yàn)后，車輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)至少達(dá)到GB/T 28046.1定義的C級，即試驗(yàn)中裝置、系統(tǒng)一個(gè)或多個(gè)功能不滿足設(shè)計(jì)要求，但試驗(yàn)后所有功能能自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀或錯(cuò)誤幀不應(yīng)對車輛功能造成影響，且不應(yīng)產(chǎn)生非預(yù)期的診斷故障代碼。

5 測試實(shí)例

實(shí)車感性負(fù)載測試點(diǎn)位包括但不限于以下點(diǎn)位：座椅電機(jī)、后視鏡、隱藏門把手、玻璃升降電機(jī)、門鎖、天窗及遮陽簾電機(jī)、安全帶預(yù)緊電機(jī)、充電口蓋電機(jī)、冷卻風(fēng)扇、雨刮電機(jī)、洗滌電機(jī)、水泵、EPB卡鉗電機(jī)等。

以某款車型為測試實(shí)例，其個(gè)別感性負(fù)載脈沖電壓測試數(shù)據(jù)如圖5、圖6及表3所示。其中，1通道為a點(diǎn)電壓，2通道為b點(diǎn)電壓，4通道為發(fā)電機(jī)/DCDC電壓。圖5的脈沖持續(xù)時(shí)間td為156μs，其脈沖時(shí)間等級為微秒級，圖6脈沖持續(xù)時(shí)間td為70.8ms，其脈沖時(shí)間等級為毫秒級。

表3的測試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)車拋負(fù)載測試點(diǎn)位包括但不限于以下點(diǎn)位：DCDC/發(fā)電機(jī)、EJB熔斷絲盒、CJB熔斷絲盒、RJB熔斷絲盒（若有）、多媒體屏、儀表、BCM控制器、CEM控制器等。以某款車型為測試實(shí)例，其個(gè)別拋負(fù)載（開負(fù)載）脈沖電壓、電流測試數(shù)據(jù)如圖7、圖8及表4所示。

圖6的示波器3通道為發(fā)電機(jī)電壓脈沖，4通道為EJB熔斷絲盒電壓脈沖，其結(jié)果符合表2中所提到的極限值要求，且拋蓄電池及負(fù)載箱后EJB熔斷絲盒的電流無明顯變化，其測試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

感性負(fù)載及拋負(fù)載試驗(yàn)完成后，應(yīng)對車輛進(jìn)行整車的全部功能點(diǎn)檢并記錄，感性負(fù)載試驗(yàn)后車輛各部件功能狀態(tài)符合GB/T 28046.1定義的A級;拋負(fù)載試驗(yàn)后車輛各部件功能狀態(tài)滿足GB/T 28046.1定義的C級，網(wǎng)絡(luò)無錯(cuò)誤幀且未產(chǎn)生非預(yù)期的診斷故障代碼。

6 測試零部件優(yōu)化

為避免車輛出現(xiàn)沿電源線瞬態(tài)干擾帶來問題，可對車輛控制器、感性負(fù)載類零部件進(jìn)行前端的優(yōu)化驗(yàn)證。如表5及圖9所示，采用菊水電源Wavy for PBZ（E）軟件參考圖2波形進(jìn)行拋負(fù)載波形編輯并輸入設(shè)備[3]，將電壓波形輸入到整車零部件上進(jìn)行零部件前端試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證。感性負(fù)載波形驗(yàn)證依舊可參考此類方法進(jìn)行整車零部件驗(yàn)證。

7 結(jié)束語

本文圍繞某款車型，就沿電源線的瞬態(tài)干擾試驗(yàn)研究展開了系統(tǒng)性的探索。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對感性負(fù)載試驗(yàn)以及拋負(fù)載試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。經(jīng)由本次研究，深度挖掘了汽車電子設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性問題。此項(xiàng)研究不單單是對汽車電磁兼容性技術(shù)的一次關(guān)鍵實(shí)踐，更為提升汽車整體安全性和性能提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。伴隨汽車電子化與智能化程度的持續(xù)提升，將不斷優(yōu)化試驗(yàn)方法和技術(shù)手段，以適應(yīng)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊國樑，王子龍，譚金超，等. 整車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能測試淺析[J]. 汽車電器，2020（8）：48-50.

[2] GB/T 28046.2—2019，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[S]. 2019.

[3] 豐彥冬，楊國樑，張朋橋，等. 某款車型基于電壓跳變試驗(yàn)的測試方法[J]. 汽車電器，2023（3）：74-78.