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整车电性能测试综述

        【摘要】本文先容了整车电性能主要测试项 的理论分析与评价方法,结合实际案例对整车电性能测试方法 的实施进行了阐述。
1、概述
        随着人们对舒适性、安全性和经济性要求 的提高,越来越多 的电子电气设备或系统被集成于整 的凇T谡 的设计开发过程中,由于电器部件往往来自多家供应商,而各供应商在开发能力和实行标准等方面参差不齐,因此整车电子电气系统匹配合理性 的测试与验证已成为整车开发中 的重要一个环节。在新车型 的试制过程中,对整车电子电气系统进行全面和正确 的测试,可以大大减少整车在电性能方面隐藏 的缺陷,从而提高整车 的电气水平。本文对整车电子电气 的主要测试项进行了阐述和分析,并结合实际 的测试案例进行了说明。
2、整车电性能主要测试项
        整车电子电气 的测试主要有电源系统性能测试、控制器电性能测试和电气部件 的电性能测试三个方面;由此衍生出来 的测试项主要包括:整车电平衡测试、启动性能测试、整车静态电流测试、抛负载测试、整车接地悬浮测试及感性负载 的测试等。
2.1整车电平衡测试
        电平衡指 的是整车中发电机、蓄电池和用电设备之间电能产生与消耗 的相互制约关系。在新车型试制阶段发电机和蓄电池 的选择多依据经验公式或由电量平衡计算方法(基于使用频度系数)[1,2]得出,发电机和蓄电池 的选择以及系统匹配 的合理性均需要通过电平衡测试进行验证。应当指出电平衡 的实车测试只是整车电量平衡设计过程 的一部分,这部分工作位于计算和选型工作之后。因此,电平衡测试除了验证系统匹配 的合理性、引导新车型 的开发,还可为电量平衡计算中使用频度系数 的经验值积累经验,从而丰富和改进已有数据库。
        整车电平衡测试过程中关注 的被测参数主要有发电机输出电流、蓄电池充放电电流、发电机电压、发电机温度、负载工作电流、发动机转速、车速等,其中非常重要 的参数是发电机输出电流和蓄电池充放电电流,二者也是整车电平衡 的主要评判依据。电平衡测试实施时要充分考虑车辆可能使用 的实际状况,针对不同工况下 的整车电平衡状态进行数据采集和分析。目前,实车测试中主要考虑 的测试工况如图2所示。不同工况测试时,所开启 的负载也不同。以某型号重卡80 km/h电平衡测试为例,测试过程中负载 的开启情况如表1所示。在发动机转速2000rpm匀速行驶状态下,利用传感器对发电机输出电流和蓄电池充放电电流进行数据采集,数据情况如图2所示。数据表明:发电机能够保证整车电气系统 的正常用电(蓄电池仍处于充电状态),且没有达到发电机该转速 的额定输出电流 的限值。由此可以判断:整车系统在发电机 的选择上能够满足负载 的需求。各工况 的电平衡测试表明,该车所选发电机可以满足整车用电需要,且保有充足 的发电余量。
图1 整车电平衡测试工况
表1 不同季节下负载选择标准

序号

电气负载

夏季

冬季

1

发动机运转时 的负载(如EMS、IC等)

自动开启、关闭

自动开启、关闭

2

车辆行驶时 的负载(如主动悬架、EPS、ABS等)

自动开启、关闭

自动开启、关闭

3

位置灯

开启

开启

4

前照灯(近光灯)

关闭

关闭

5

前照灯(远光灯)

开启

开启

6

危险报警灯

关闭

关闭

7

刹车灯

关闭(即不踩

制动踏板)

关闭(即不踩

制动踏板)

8

空调暖风风扇(最大档减一档)

关闭

开启

9

空调冷却风扇(最大档)

开启

关闭

10

空调风量

100%

100%

11

A/C开关

开启

关闭

12

散热器风扇(低速)

自动开启、关闭

(无需手动选择)

自动开启、关闭

(无需手动选择)

13

后部除霜、加热(如后视镜除霜等)

关闭

开启

14

雨刮(低速)

开启

开启

15

音响

开启(音量40%)

开启(音量40%)

16

雾灯

关闭

开启

图2 某重卡80 km/h下电平衡测试结果
2.2整车静态电流测试
        整车静态电流是指汽车在正常点火开关OFF(整车休眠)后仍然消耗电流。汽车产生静态电流 的原因一般有:
• 某些电气设备为保证数据 的记忆功能,需长期供电,如音响及导航单元等;
• 某些防盗功能 的传感器需要长期供电,以实现全天候 的监控;
• 某些需要长期供电 的设备,如电子时钟。
        由于静态电流 的存在,汽车在静止放置时蓄电池逐渐放电,一段时间后由于蓄电池电量亏损导致车辆无法正常启动。因此,在整车电气系统 的开发过程中应当严格控制整车静态电流,将其控制在一定 的范围内。
        静态电流 的测量主要包括整车静态电流 的测试、分系统控制器静态电流 的测试和实车长期静止 的测试。整车静态电流 的测量,一方面是为了评估整车电性能,另一方面是为了发现系统中是否存在大 的静态电流。分系统静态电流 的测试主要是对各种控制器静态电流 的测试;分系统静态电流 的测量,一方面是确认各控制器是否满足静电流方面设计要求;另一方面是在整车出现大 的静态电流时,定位问题 的位置,提请供应商进行设计修改。当整车静态电流测试完成后,一般依据经验公式进行或者整车厂 的标准进行计算,判断所设计 的系统(主要是蓄电池和漏电流)是否满足车辆长期静置 的要求(一般要求静置一个月后可正常启动发动机)。常用 的评价标准如下式所示:
        其中,x是经验系数,一般为30%~50%;ID是整车系统 的静态电流。
        静态电流测试通过漏电流传感器(一般量程为100mA即可)或者EBS模块、数据采集卡或者示波器等即可实现,在实车测试中不难实现。以某款车型为例,该车整车平均静态电流测试结果为44.9mA,通过经验公式计算(x=50%,电池容量为45Ah)可知:该样车只能保证整车正常静止21天内能够可靠启动,超过21天就有不能可靠启动 的风险。 
图3 某车型整车静态电流测试数据
2.3抛负载测试
        发电机在正常工作时,若负载突然减小或完全掉线,会引起发电机输出电流急剧下降,在发电机电枢绕组上产生正向瞬变过载电压。该电压是一个正向指数脉冲电压,其幅值主要决定于抛负载程度,通常可达75~125V。ISO-7637-2 中 的标准试验脉冲5a、5b 就是为了模拟抛负载瞬变[3]。抛负载 的主要威胁是对整车 的电源网络产生瞬态慢脉冲干扰,从而对电源网络中电子设备产生电压冲击。
        在对抛负载 的测试中尤其应当给予重视 的是脉冲电压对各控制单元电源端子 的冲击;如果控制器电源模块设计不合理,往往会造成元器件 的击穿,进而导致控制器失效或误动作,这在车辆行驶过程中应当绝对避免 的。因此,为提高车辆 的安全性和使用寿命对样车进行抛负载测试非常必要。
        实车抛负载测试中所抛卸 的负载对象主要是大功率负载,如蓄电池、远光灯、近光灯、大功率加热设备等。其中,尤其值得重视 的是抛蓄电池测试,因为当蓄电池处于亏电状态时(发电机正对其进行充电),蓄电池相当于一个大功率 的负载。
        测试工况 的设计应当充分考虑发动机转速和抛负载 的数量,从而较全面 的获悉整车抛负载特性。所选测点主要是控制器或被测器件 的供电端子;当控制器 的供电端子数量较多时,应当首先离断开负载最近 的供电端子。
        利用普通 的示波器即可完成抛负载测试,测试时以示波器探头连接被测点,选择合适 的采样率和触发方式即可捕获脉冲电压 的波形数据。目前,通常以ISO-7637-2作为抛负载测试 的评价依据。
        以某皮卡车型 的抛蓄电池为例,该车进行了抛蓄电池和蓄电池虚接对整车控制器影响 的测试(发动机1500rpm、蓄电池SOC=50%,开启常用负载),经测试两种测试工况下控制器电源端对大脉冲电压约为44V,多次测试过程中整车工作正常,无控制器失效和误动作,无故障报警,符合ISO-7637-2 的标准。
 
(a)抛蓄电池                                                       (b)蓄电池虚接
图4 某型号重卡抛蓄电池测试
2.4启动性能测试
        在发动机启动瞬间起动机对整车电源网络产生 的影响主要有两个:蓄电池 的输出电流非常大和整车电源网络会出现一个瞬间 的压降。两个问题中,启动压降 的影响尤为突出,因为在启动过程中电压 的剧烈波动,可以造成电器设备 的掉电,当发电机进入工作后电器设备才能重新上电,整车中 的某些控制器在这个过程中很容易死机或出于失效状态。因此,在新车型试装完成后必须对系统 的启动性能进行测试,从而对蓄电池和起动机 的选择提供优化依据。
        整车启动性能 的测试主要关注启动对整车电源网络和控制单元 的影响,而非仅仅是对起动机和启动继电器进行性能测试。测试内容主要包括蓄电池启动电流测试、电源网络启动压降测试、控制器供电端子电压波动测试和特殊关注信号管脚 的测试等。测试 的方法与抛负载测试类似,利用普通 的示波器对被测点进行压降捕捉即可;启动电流 的测试借助2000A电流钳和数据采集卡。测试工况 的选择主要以低温冷启动为主,因此对测试环境有一定 的要求,需要在低温试验室中或在冬季户外进行。以某款商用车 的启动性能测试为例(样车采用两165A/12V蓄电池),其整车电源网络 的启动性能测试结果如图5所示。测试结果表明:启动瞬间最大启动电流为1210A,整车电源网络最低启动电压为11.7V,高于主要控制器最低瞬间电压跌落要求;经多次测试,整车控制器和电子负载工作正常,无故障报警。
图5 某型号商用车启动性能测试
2.5感性负载 的测试
        汽车电气系统存在着大量 的感性负载,这些感性负载在开路瞬间,会产生反向瞬变脉冲电压。这种瞬变脉冲 的幅值有时会相当大,不但具有浪涌性质,而且具有丰富 的谐波,因此易引起电子控制单元 的逻辑错误,甚至导致部分敏感器件 的损坏。感性负载实车测试 的对象较多,主要 的测试对象有各种继电器、电机类负载和电磁阀等。测试时,首先以整车电气原理图对所有感性负载进行分析,确定重点测试对象,对于直接连入电源网络进行供电 的感性负载给予重视;然后,确定测试点,对于与感性负载同属电源网 的络控制器供电端子和特殊信号管脚应当着重关注。感性负载测试所需 的工具较少,普通示波器经调整后即可实现。其次,测试时应当遵循多次、多工况 的测试,以便确定反向电压 的影响范围。
        以某重卡 的感性负载测试为例:当空调运转过程中,将点火钥匙由ONàOFF时,压缩机电磁离合器产生将近1kV 的负脉冲,高压脉冲传导到同一电源网络 的车门控制器和车身控制器 的IG信号输入端,导致电路入口 的瓷片电容烧毁。因高压脉冲存在,在长期 的使用中将控制器 的MCU损坏。
图6 某车型压缩机电磁离合器断开瞬间反向脉冲电压测试
2.6接地悬浮测试
        当出现接地导线电阻率较大、接地点或电池负极出现松动等问题时,控制器、传感器等电气部件接地端子 的悬浮电压会随之增大。悬浮电压过大将可能导致控制器误动作、传感器信号失真等故障;当车辆处于行驶状态时,悬浮电压 的波动会对车辆 的安全性产生严重威胁。因此,新车型试制阶段应当对整车控制器接地、搭铁点、各负载地进行接地悬浮测试。
        控制器接地悬浮测试 的目 的是验证各种工况下各控制器接地端子、搭铁点 的悬浮电压是否控制在合理 的范围内,并以此对控制器地线、搭铁点、搭铁线等接地回路 的设计与安装进行排查与优化。接地悬浮电压值一般应当控制在1V以内。以某车型车身控制器 的测试为例,测试时用示波器或数据采集卡连接控制器 的接地端子,在发动机低、中、高转速三工况下依次打开车身控制器 的相关负载并进行连续采集;负载开启顺序为:室内灯(0s)-开危报(10s)-远光(70s处)-雨刮低速(100s处)-雾灯(170s)-风扇4档(240s)-全关;测试结果如图7所示。测试结果表明:该车车身控制器 的C43、C44、E01、F09接地端子各工况下最大悬浮电压值为0.14V<1V,符合设计需求;多次测试过程中,整车控制器和电子负载工作正常,无故障报警。
图7 某车型车身控制器接地端子悬浮电压测试
3、结束语
        本文先容了整车电性能主要测试项 的理论分析与评价方法,除了上述 的主要电性能测试项外还包括很多方面,诸如电源分配测试、整车电机类负载工作电性能和堵转电性能测试、点火钥匙开关切换对整车电源网络及控制器影响测试、控制器IG、START及特殊关注管脚信号测试等。随着汽车技术 的发展和功能需求 的增加,新车型电性能 的综合测试工作日益重要,新 的测试方法和测试手段也不断涌现。综合目前国内外 的技术发展来看,整车电性能 的测试正朝着自动化和集成化 的方向前进。
 

 

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