經緯恒潤對整車電性能測試的綜述

　　1、概述

　　隨著人們對舒適性、安全性和經濟性要求的提高，越來越多的電子電氣設備或系統被集成于整車內。在整車的設計開發過程中，由于電器部件往往來自多供應商，而各供應商在開發能力和執行標準等方面參差不齊，因此整車電子電氣系統匹配合理性的測試與驗證已成為整車開發中的重要一個環節。在新車型的試制過程中，對整車電子電氣系統進行全面和正確的測試，可以大大減少整車在電性能方面隱藏的缺陷，從而提高整車的電氣水平。本文對整車電子電氣的主要測試項進行了闡述和分析，并結合實際的測試案例進行了說明。

　　2、整車電性能主要測試項

　　整車電子電氣的測試主要有電源系統性能測試、控制器電性能測試和電氣部件的電性能測試三個方面;由此衍生出來的測試項主要包括：整車電平衡測試、啟動性能測試、整車靜態電流測試、拋負載測試、整車接地懸浮測試及感性負載的測試等。

　　2.1整車電平衡測試

　　電平衡指的是整車中發電機、蓄電池和用電設備之間電能產生與消耗的相互制約關系。在新車型試制階段發電機和蓄電池的選擇多依據經驗公式或由電量平衡計算方法(基于使用頻度系數)[1,2]得出，發電機和蓄電池的選擇以及系統匹配的合理性均需要通過電平衡測試進行驗證。應當指出電平衡的實車測試只是整車電量平衡設計過程的一部分，這部分工作位于計算和選型工作之后。因此，電平衡測試除了驗證系統匹配的合理性、指導新車型的開發，還可為電量平衡計算中使用頻度系數的經驗值積累經驗，從而豐富和改進已有數據庫。

　　整車電平衡測試過程中關注的被測參數主要有發電機輸出電流、蓄電池充放電電流、發電機電壓、發電機溫度、負載工作電流、發動機轉速、車速等，其中為重要的參數是發電機輸出電流和蓄電池充放電電流，二者也是整車電平衡的主要評判依據。電平衡測試實施時要充分考慮車輛可能使用的實際狀況，針對不同工況下的整車電平衡狀態進行數據采集和分析。目前，實車測試中主要考慮的測試工況如圖2所示。不同工況測試時，所開啟的負載也不同。以某型號重卡80 km/h電平衡測試為例，測試過程中負載的開啟情況如表1所示。在發動機轉速2000rpm勻速行駛狀態下，利用傳感器對發電機輸出電流和蓄電池充放電電流進行數據采集，數據情況如圖2所示。數據表明：發電機能夠保證整車電氣系統的正常用電(蓄電池仍處于充電狀態)，且沒有達到發電機該轉速的額定輸出電流的限值。由此可以判斷：整車系統在發電機的選擇上能夠滿足負載的需求。各工況的電平衡測試表明，該車所選發電機可以滿足整車用電需要，且保有充足的發電余量。

　　圖1 整車電平衡測試工況

　　表1 不同季節下負載選擇標準

　　2.2整車靜態電流測試

　　整車靜態電流是指汽車在正常點火開關OFF(整車休眠)后仍然消耗電流。汽車產生靜態電流的原因一般有：

　　? 某些電氣設備為保證數據的記憶功能，需長期供電，如音響及導航單元等;

　　? 某些防盜功能的傳感器需要長期供電，以實現全天候的監控;

　　? 某些需要長期供電的設備，如電子時鐘。

　　由于靜態電流的存在，汽車在靜止放置時蓄電池逐漸放電，一段時間后由于蓄電池電量虧損導致車輛無法正常啟動。因此，在整車電氣系統的開發過程中應當嚴格控制整車靜態電流，將其控制在一定的范圍內。

　　靜態電流的測量主要包括整車靜態電流的測試、分系統控制器靜態電流的測試和實車長期靜止的測試。整車靜態電流的測量，一方面是為了評估整車電性能，另一方面是為了發現系統中是否存在大的靜態電流。分系統靜態電流的測試主要是對各種控制器靜態電流的測試;分系統靜態電流的測量，一方面是確認各控制器是否滿足靜電流方面設計要求;另一方面是在整車出現大的靜態電流時，定位問題的位置，提請供應商進行設計修改。當整車靜態電流測試完成后，一般依據經驗公式進行或者整車廠的標準進行計算，判斷所設計的系統(主要是蓄電池和漏電流)是否滿足車輛長期靜置的要求(一般要求靜置一個月后可正常啟動發動機)。常用的評價標準如下式所示：

　　其中，x是經驗系數，一般為30%~50%;ID是整車系統的靜態電流。

　　靜態電流測試通過漏電流傳感器(一般量程為100mA即可)或者EBS模塊、數據采集卡或者示波器等即可實現，在實車測試中不難實現。以某款車型為例，該車整車平均靜態電流測試結果為44.9mA，通過經驗公式計算(x=50%，電池容量為45Ah)可知：該樣車只能保證整車正常靜止21天內能夠可靠啟動，超過21天就有不能可靠啟動的風險。

　　圖3 某車型整車靜態電流測試數據

　　2.3拋負載測試

　　發電機在正常工作時，若負載突然減小或掉線，會引起發電機輸出電流急劇下降，在發電機電樞繞組上產生正向瞬變過載電壓。該電壓是一個正向指數脈沖電壓，其幅值主要決定于拋負載程度，通?？蛇_75~125V。ISO-7637-2 中的標準試驗脈沖5a、5b 就是為了模擬拋負載瞬變[3]。拋負載的主要威脅是對整車的電源網絡產生瞬態慢脈沖干擾，從而對電源網絡中電子設備產生電壓沖擊。

　　在對拋負載的測試中尤其應當給予重視的是脈沖電壓對各控制單元電源端子的沖擊;如果控制器電源模塊設計不合理，往往會造成元器件的擊穿，進而導致控制器失效或誤動作，這在車輛行駛過程中應當避免的。因此，為提高車輛的安全性和使用壽命對樣車進行拋負載測試非常必要。

　　實車拋負載測試中所拋卸的負載對象主要是大功率負載，如蓄電池、遠光燈、近光燈、大功率加熱設備等。其中，尤其值得重視的是拋蓄電池測試，因為當蓄電池處于虧電狀態時(發電機正對其進行充電)，蓄電池相當于一個大功率的負載。

　　測試工況的設計應當充分考慮發動機轉速和拋負載的數量，從而較全面的獲悉整車拋負載特性。所選測點主要是控制器或被測器件的供電端子;當控制器的供電端子數量較多時，應當首選離斷開負載近的供電端子。

　　利用普通的示波器即可完成拋負載測試，測試時以示波器探頭連接被測點，選擇合適的采樣率和觸發方式即可捕獲脈沖電壓的波形數據。目前，通常以ISO-7637-2作為拋負載測試的評價依據。

　　以某皮卡車型的拋蓄電池為例，該車進行了拋蓄電池和蓄電池虛接對整車控制器影響的測試(發動機1500rpm、蓄電池SOC=50%，開啟常用負載)，經測試兩種測試工況下控制器電源端對大脈沖電壓約為44V，多次測試過程中整車工作正常，無控制器失效和誤動作，無故障報警，符合ISO-7637-2的標準。

　　(a)拋蓄電池 (b)蓄電池虛接

　　圖4 某型號重卡拋蓄電池測試

　　2.4啟動性能測試

　　在發動機啟動瞬間起動機對整車電源網絡產生的影響主要有兩個：蓄電池的輸出電流非常大和整車電源網絡會出現一個瞬間的壓降。兩個問題中，啟動壓降的影響尤為突出，因為在啟動過程中電壓的劇烈波動，可以造成電器設備的掉電，當發電機進入工作后電器設備才能重新上電，整車中的某些控制器在這個過程中很容易死機或出于失效狀態。因此，在新車型試裝完成后必須對系統的啟動性能進行測試，從而對蓄電池和起動機的選擇提供優化依據。

　　整車啟動性能的測試主要關注啟動對整車電源網絡和控制單元的影響，而非僅僅是對起動機和啟動繼電器進行性能測試。測試內容主要包括蓄電池啟動電流測試、電源網絡啟動壓降測試、控制器供電端子電壓波動測試和特殊關注信號管腳的測試等。測試的方法與拋負載測試類似，利用普通的示波器對被測點進行壓降捕捉即可;啟動電流的測試借助2000A電流鉗和數據采集卡。測試工況的選擇主要以低溫冷啟動為主，因此對測試環境有一定的要求，需要在低溫試驗室中或在冬季戶外進行。以某款商用車的啟動性能測試為例(樣車采用兩165A/12V蓄電池)，其整車電源網絡的啟動性能測試結果如圖5所示。測試結果表明：啟動瞬間啟動電流為1210A，整車電源網絡啟動電壓為11.7V，高于主要控制器瞬間電壓跌落要求;經多次測試，整車控制器和電子負載工作正常，無故障報警。

　　圖5 某型號商用車啟動性能測試

　　2.5感性負載的測試

　　汽車電氣系統存在著大量的感性負載，這些感性負載在開路瞬間，會產生反向瞬變脈沖電壓。這種瞬變脈沖的幅值有時會相當大，不但具有浪涌性質，而且具有豐富的諧波，因此易引起電子控制單元的邏輯錯誤，甚至導致部分敏感器件的損壞。感性負載實車測試的對象較多，主要的測試對象有各種繼電器、電機類負載和電磁閥等。測試時，首先以整車電氣原理圖對所有感性負載進行分析，確定重點測試對象，對于直接連入電源網絡進行供電的感性負載給予重視;然后，確定測試點，對于與感性負載同屬電源網的絡控制器供電端子和特殊信號管腳應當著重關注。感性負載測試所需的工具較少，普通示波器經調整后即可實現。其次，測試時應當遵循多次、多工況的測試，以便確定反向電壓的影響范圍。

　　以某重卡的感性負載測試為例：當空調運轉過程中，將點火鑰匙由ONàOFF時，壓縮機電磁離合器產生將近1kV的負脈沖，高壓脈沖傳導到同一電源網絡的車門控制器和車身控制器的IG信號輸入端，導致電路入口的瓷片電容燒毀。因高壓脈沖存在，在長期的使用中將控制器的MCU損壞。

　　圖6 某車型壓縮機電磁離合器斷開瞬間反向脈沖電壓測試

　　2.6接地懸浮測試

　　當出現接地導線電阻率較大、接地點或電池負極出現松動等問題時，控制器、傳感器等電氣部件接地端子的懸浮電壓會隨之增大。懸浮電壓過大將可能導致控制器誤動作、傳感器信號失真等故障;當車輛處于行駛狀態時，懸浮電壓的波動會對車輛的安全性產生嚴重威脅。因此，新車型試制階段應當對整車控制器接地、搭鐵點、各負載地進行接地懸浮測試。

　　控制器接地懸浮測試的目的是驗證各種工況下各控制器接地端子、搭鐵點的懸浮電壓是否控制在合理的范圍內，并以此對控制器地線、搭鐵點、搭鐵線等接地回路的設計與安裝進行排查與優化。接地懸浮電壓值一般應當控制在1V以內。以某車型車身控制器的測試為例，測試時用示波器或數據采集卡連接控制器的接地端子，在發動機低、中、高轉速三工況下依次打開車身控制器的相關負載并進行連續采集;負載開啟順序為：室內燈(0s)-開危報(10s)-遠光(70s處)-雨刮低速(100s處)-霧燈(170s)-風扇4檔(240s)-全關;測試結果如圖7所示。測試結果表明：該車車身控制器的C43、C44、E01、F09接地端子各工況下懸浮電壓值為0.14V<1V，符合設計需求;多次測試過程中，整車控制器和電子負載工作正常，無故障報警。

　　圖7 某車型車身控制器接地端子懸浮電壓測試

　　3、結束語

　　本文介紹了整車電性能主要測試項的理論分析與評價方法，除了上述的主要電性能測試項外還包括很多方面，諸如電源分配測試、整車電機類負載工作電性能和堵轉電性能測試、點火鑰匙開關切換對整車電源網絡及控制器影響測試、控制器IG、START及特殊關注管腳信號測試等。隨著汽車技術的發展和功能需求的增加，新車型電性能的綜合測試工作日益重要，新的測試方法和測試手段也不斷涌現。綜合目前國內外的技術發展來看，整車電性能的測試正朝著自動化和集成化的方向前進。