1、概述

　　隨著人們對舒適性、安全性和經(jīng)濟性要求的提高，越來越多的電子電氣設(shè)備或系統(tǒng)被集成于整車內(nèi)。在整車的設(shè)計開發(fā)過程中，由于電器部件往往來自多供應(yīng)商，而各供應(yīng)商在開發(fā)能力和執(zhí)行標準等方面參差不齊，因此整車電子電氣系統(tǒng)匹配合理性的測試與驗證已成為整車開發(fā)中的重要一個環(huán)節(jié)。在新車型的試制過程中，對整車電子電氣系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(tài)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(fā)電機、蓄電池和用電設(shè)備之間電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系。在新車型試制階段發(fā)電機和蓄電池的選擇多依據(jù)經(jīng)驗公式或由電量平衡計算方法(基于使用頻度系數(shù))[1,2]得出，發(fā)電機和蓄電池的選擇以及系統(tǒng)匹配的合理性均需要通過電平衡測試進行驗證。應(yīng)當指出電平衡的實車測試只是整車電量平衡設(shè)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(tǒng)匹配的合理性、指導(dǎo)新車型的開發(fā)，還可為電量平衡計算中使用頻度系數(shù)的經(jīng)驗值積累經(jīng)驗，從而豐富和改進已有數(shù)據(jù)庫。

　　整車電平衡測試過程中關(guān)注的被測參數(shù)主要有發(fā)電機輸出電流、蓄電池充放電電流、發(fā)電機電壓、發(fā)電機溫度、負載工作電流、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等，其中為重要的參數(shù)是發(fā)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(jù)。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(tài)進行數(shù)據(jù)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(fā)動機轉(zhuǎn)速2000rpm勻速行駛狀態(tài)下，利用傳感器對發(fā)電機輸出電流和蓄電池充放電電流進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)情況如圖2所示。數(shù)據(jù)表明：發(fā)電機能夠保證整車電氣系統(tǒng)的正常用電(蓄電池仍處于充電狀態(tài))，且沒有達到發(fā)電機該轉(zhuǎn)速的額定輸出電流的限值。由此可以判斷：整車系統(tǒng)在發(fā)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(fā)電機可以滿足整車用電需要，且保有充足的發(fā)電余量。

　　圖1 整車電平衡測試工況

　　表1 不同季節(jié)下負載選擇標準

　　2.2整車靜態(tài)電流測試

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

　　? 某些電氣設(shè)備為保證數(shù)據(jù)的記憶功能，需長期供電，如音響及導(dǎo)航單元等;

　　? 某些防盜功能的傳感器需要長期供電，以實現(xiàn)全天候的監(jiān)控;

　　? 某些需要長期供電的設(shè)備，如電子時鐘。

　　由于靜態(tài)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(dǎo)致車輛無法正常啟動。因此，在整車電氣系統(tǒng)的開發(fā)過程中應(yīng)當嚴格控制整車靜態(tài)電流，將其控制在一定的范圍內(nèi)。

　　靜態(tài)電流的測量主要包括整車靜態(tài)電流的測試、分系統(tǒng)控制器靜態(tài)電流的測試和實車長期靜止的測試。整車靜態(tài)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(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中是否存在大的靜態(tài)電流。分系統(tǒng)靜態(tài)電流的測試主要是對各種控制器靜態(tài)電流的測試;分系統(tǒng)靜態(tài)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(shè)計要求;另一方面是在整車出現(xiàn)大的靜態(tài)電流時，定位問題的位置，提請供應(yīng)商進行設(shè)計修改。當整車靜態(tài)電流測試完成后，一般依據(jù)經(jīng)驗公式進行或者整車廠的標準進行計算，判斷所設(shè)計的系統(tǒng)(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(fā)動機)。常用的評價標準如下式所示：

　　其中，x是經(jīng)驗系數(shù)，一般為30%~50%;ID是整車系統(tǒng)的靜態(tài)電流。

　　靜態(tài)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(shù)據(jù)采集卡或者示波器等即可實現(xiàn)，在實車測試中不難實現(xiàn)。以某款車型為例，該車整車平均靜態(tài)電流測試結(jié)果為44.9mA，通過經(jīng)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(nèi)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(tài)電流測試數(shù)據(jù)

　　2.3拋負載測試

　　發(fā)電機在正常工作時，若負載突然減小或掉線，會引起發(fā)電機輸出電流急劇下降，在發(fā)電機電樞繞組上產(chǎn)生正向瞬變過載電壓。該電壓是一個正向指數(shù)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(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生瞬態(tài)慢脈沖干擾，從而對電源網(wǎng)絡(luò)中電子設(shè)備產(chǎn)生電壓沖擊。

　　在對拋負載的測試中尤其應(yīng)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(shè)計不合理，往往會造成元器件的擊穿，進而導(dǎo)致控制器失效或誤動作，這在車輛行駛過程中應(yīng)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(shè)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(tài)時(發(fā)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(shè)計應(yīng)當充分考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)速和拋負載的數(shù)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(shù)量較多時，應(yīng)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(fā)方式即可捕獲脈沖電壓的波形數(shù)據(jù)。目前，通常以ISO-7637-2作為拋負載測試的評價依據(jù)。

　　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(fā)動機1500rpm、蓄電池SOC=50%，開啟常用負載)，經(jīng)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(fā)動機啟動瞬間起動機對整車電源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)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(shè)備的掉電，當發(fā)電機進入工作后電器設(shè)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(tài)。因此，在新車型試裝完成后必須對系統(tǒng)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(yōu)化依據(jù)。

　　整車啟動性能的測試主要關(guān)注啟動對整車電源網(wǎng)絡(luò)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(nèi)容主要包括蓄電池啟動電流測試、電源網(wǎng)絡(luò)啟動壓降測試、控制器供電端子電壓波動測試和特殊關(guān)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(shù)據(jù)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(huán)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(wǎng)絡(luò)的啟動性能測試結(jié)果如圖5所示。測試結(jié)果表明：啟動瞬間啟動電流為1210A，整車電源網(wǎng)絡(luò)啟動電壓為11.7V，高于主要控制器瞬間電壓跌落要求;經(jīng)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(tǒng)存在著大量的感性負載，這些感性負載在開路瞬間，會產(chǎn)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(zhì)，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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的絡(luò)控制器供電端子和特殊信號管腳應(yīng)當著重關(guān)注。感性負載測試所需的工具較少，普通示波器經(jīng)調(diào)整后即可實現(xiàn)。其次，測試時應(yīng)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(diào)運轉(zhuǎn)過程中，將點火鑰匙由ONàOFF時，壓縮機電磁離合器產(chǎn)生將近1kV的負脈沖，高壓脈沖傳導(dǎo)到同一電源網(wǎng)絡(luò)的車門控制器和車身控制器的IG信號輸入端，導(dǎo)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(xiàn)接地導(dǎo)線電阻率較大、接地點或電池負極出現(xiàn)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(dǎo)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(tài)時，懸浮電壓的波動會對車輛的安全性產(chǎn)生嚴重威脅。因此，新車型試制階段應(yīng)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(nèi)，并以此對控制器地線、搭鐵點、搭鐵線等接地回路的設(shè)計與安裝進行排查與優(yōu)化。接地懸浮電壓值一般應(yīng)當控制在1V以內(nèi)。以某車型車身控制器的測試為例，測試時用示波器或數(shù)據(jù)采集卡連接控制器的接地端子，在發(fā)動機低、中、高轉(zhuǎn)速三工況下依次打開車身控制器的相關(guān)負載并進行連續(xù)采集;負載開啟順序為：室內(nèi)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(guān);測試結(jié)果如圖7所示。測試結(jié)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(shè)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(jié)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(zhuǎn)電性能測試、點火鑰匙開關(guān)切換對整車電源網(wǎng)絡(luò)及控制器影響測試、控制器IG、START及特殊關(guān)注管腳信號測試等。隨著汽車技術(shù)的發(fā)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(xiàn)。綜合目前國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)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。