楚艷鋼，崔子國(guó)，王雨川，余天剛，李 強(qiáng)

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

近年來(lái)，隨著汽車電子高度集成化和模塊化的快速發(fā)展，單車用電設(shè)備數(shù)量逐步增大，工作頻率/功率日益提高，使得汽車內(nèi)部電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，致使整車電磁干擾問(wèn)題日益突出。尤其是對(duì)于具有大電感器件的大系統(tǒng)而言，在閉合或者斷開(kāi)感性部件的瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的振蕩電壓，從而對(duì)系統(tǒng)中其它回路造成沖擊。更值得注意的是此類具有瞬態(tài)效應(yīng)的系統(tǒng)間干擾在整車級(jí)場(chǎng)強(qiáng)抗擾試驗(yàn)中往往不能復(fù)現(xiàn)。

1 問(wèn)題描述

某款車型在道路試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高位制動(dòng)燈常亮，經(jīng)初步排查為BCM內(nèi)高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)控制芯片被高壓擊穿，導(dǎo)致高位制動(dòng)燈信號(hào)異常，表現(xiàn)出高位制動(dòng)燈點(diǎn)亮故障。

2 故障排查

依據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片被高壓擊穿及對(duì)故障件擊穿部位的失效分析，初步懷疑在故障發(fā)生時(shí)高位制動(dòng)燈回路中存在高壓干擾電平或靜電浪涌電壓，排查重點(diǎn)應(yīng)放在沖擊電壓的來(lái)源及發(fā)生工況上。

通過(guò)對(duì)高位制動(dòng)燈系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖（圖1）分析，可以看出，高壓干擾進(jìn)入驅(qū)動(dòng)芯片的類型及路徑主要有兩大方面，具體見(jiàn)表1。

圖1 高位制動(dòng)燈系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖

表1 可能高壓干擾類型及耦合路徑

為聚焦排查方向，同時(shí)整理了BCM的相關(guān)性能試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 BCM單體EMC測(cè)試情況（部分）

由表2測(cè)試結(jié)果可以看出：BCM單體測(cè)試在電壓沖擊防護(hù)測(cè)試方面已達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，ESD、過(guò)電壓、CTI引起的高壓竄入電源線造成芯片燒蝕可能性比較小，但是干擾電壓從高位制動(dòng)燈到BCM間連接線進(jìn)入驅(qū)動(dòng)芯片的風(fēng)險(xiǎn)未得到有效評(píng)估。

通過(guò)局部電壓注入的方法，發(fā)現(xiàn)BCM高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)引腳的抗壓等級(jí)僅為40 V左右，高位制動(dòng)燈的驅(qū)動(dòng)電壓為12 V，同時(shí)通過(guò)對(duì)BCM到高位制動(dòng)燈連接線與其它系統(tǒng)共線情況的梳理，未發(fā)現(xiàn)承載較大電流的線束與其共線，因此共線耦合導(dǎo)致高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)線上耦合出近30 V電壓的可能性較小，造成驅(qū)動(dòng)芯片燒蝕的可能基本不存在，故可將高位制動(dòng)燈端直接傳導(dǎo)列為排查重點(diǎn)。

進(jìn)一步對(duì)高位制動(dòng)燈安裝環(huán)境進(jìn)行了梳理，發(fā)現(xiàn)高位制動(dòng)燈與后刮水存在共搭鐵現(xiàn)象，為較大的風(fēng)險(xiǎn)源。為識(shí)別BCM是否存在此風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)BCM搭鐵點(diǎn)進(jìn)行了確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)BCM不存在與感性零部件共搭鐵點(diǎn)的情況。

為排除風(fēng)險(xiǎn)源，在實(shí)車環(huán)境下，對(duì)后刮水電機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，發(fā)現(xiàn)在后刮水動(dòng)作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的電壓脈沖，最大參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 后刮水開(kāi)關(guān)時(shí)脈沖電壓

同時(shí)在操作刮水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，BCM高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)引腳電壓波形隨后刮水搭鐵點(diǎn)波形波動(dòng)，且存在相似趨勢(shì)。結(jié)合BCM高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)引腳瞬態(tài)脈沖防護(hù)能力低的情況，因此開(kāi)關(guān)后刮水產(chǎn)生電磁干擾脈沖傳導(dǎo)至BCM驅(qū)動(dòng)引腳，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)芯片燒蝕，可能為此問(wèn)題的真因。

3 原因分析

使用高位制動(dòng)燈功能正常的試驗(yàn)車，在高位制動(dòng)燈點(diǎn)亮狀態(tài)下頻繁開(kāi)關(guān)后刮水，多次操作后高位制動(dòng)燈出現(xiàn)故障，與路試車故障一致。因此，確定高位制動(dòng)燈失效是由刮水開(kāi)關(guān)干擾脈沖擊穿高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)芯片導(dǎo)致。

通過(guò)系統(tǒng)連接分析，刮水脈沖干擾傳遞路徑如圖2所示。

圖2 干擾傳遞示意圖

為探究干擾脈沖具體的傳遞路徑，做如下排查工作：點(diǎn)亮高位制動(dòng)燈，同時(shí)開(kāi)關(guān)后刮水，采集到的后刮水與高位制動(dòng)燈共搭鐵點(diǎn)（A點(diǎn)）及BCM高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)引腳處（B點(diǎn)）的電壓波形如圖3所示。從圖3中可看出B點(diǎn)電壓跟隨A點(diǎn)波動(dòng)，而且在正向峰值處存在一個(gè)明顯的電壓突起，說(shuō)明在此刻還發(fā)生了電壓疊加現(xiàn)象。

為探究圖3中B點(diǎn)干擾波形出現(xiàn)峰值疊加的真因，將BCM用阻性負(fù)載代替，得到A、B點(diǎn)電壓波形，如圖4所示。

從圖4中可以看出峰值疊加的情況依然存在，因此，可推斷疊加來(lái)自高位制動(dòng)燈。

通過(guò)對(duì)高位制動(dòng)燈的硬件原理圖的梳理可知，高位制動(dòng)燈內(nèi)部無(wú)感性元件，僅在接口濾波電路中存在一個(gè)濾波電容C1，如圖5所示。

圖3 原系統(tǒng)刮水動(dòng)作A、B點(diǎn)電壓波形

圖4 替代BCM后刮水動(dòng)作A、B點(diǎn)電壓波形

圖5 高位制動(dòng)燈部分接口電路

選用等效電阻代替高位制動(dòng)燈，A、B點(diǎn)電壓波形如圖6所示。從圖6中可以看出峰值疊加的情況未出現(xiàn)。

圖6 替代高位制動(dòng)燈（阻性）A、B點(diǎn)電壓波形

選用等效電容替代高位制動(dòng)燈，A、B點(diǎn)電壓波形如圖7所示。從圖7中可以看出峰值疊加的情況出現(xiàn)，可確定發(fā)生峰值疊加的原因?yàn)楦蓴_脈沖通過(guò)高位制動(dòng)燈內(nèi)部濾波電容時(shí)，與電容產(chǎn)生了電壓震蕩。

圖7 替代高位制動(dòng)燈（容性）A、B點(diǎn)電壓波形

綜上所述，出現(xiàn)高位制動(dòng)燈異常點(diǎn)亮的真因?yàn)椋汉蠊嗡_(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的干擾電壓通過(guò)搭鐵線串到高位制動(dòng)燈系統(tǒng)，同時(shí)此干擾電壓與高位制動(dòng)燈濾波電容產(chǎn)生電壓震蕩，發(fā)生峰值疊加后的干擾電壓通過(guò)高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)線束傳導(dǎo)到BCM中，由于疊加后的干擾電壓超過(guò)了BCM驅(qū)動(dòng)芯片所能承受的電壓極限，驅(qū)動(dòng)芯片被擊穿，導(dǎo)致高位制動(dòng)燈異常點(diǎn)亮問(wèn)題的發(fā)生。

4 問(wèn)題解決

電磁干擾問(wèn)題的解決主要從干擾源、耦合路徑、被干擾設(shè)備入手，根據(jù)三要素分析找出問(wèn)題發(fā)生的根本原因，再根據(jù)問(wèn)題原因確定抑制騷擾源、切斷耦合路徑、提高敏感設(shè)備的抗擾性等整改方案。

針對(duì)此后刮水動(dòng)作干擾高位制動(dòng)燈的問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題發(fā)生的真因，采用的整改方案為切斷耦合路徑。具體整改方案是在高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)源端串聯(lián)一個(gè)快速恢復(fù)二極管，達(dá)到阻礙干擾信號(hào)到達(dá)BCM驅(qū)動(dòng)芯片的目的。整改方案示意圖如圖8所示。

圖8 整改方案示意圖并未出現(xiàn)整改前的高位制動(dòng)燈驅(qū)動(dòng)芯片燒蝕的故障，且在BCM驅(qū)動(dòng)引腳端未采到波動(dòng)峰值高于10 V的脈沖，由此確定整改方案有效。

5 結(jié)論

本文以刮水電機(jī)工作時(shí)對(duì)BCM產(chǎn)生干擾致使高位制動(dòng)燈點(diǎn)亮問(wèn)題為對(duì)象，對(duì)BCM系統(tǒng)工作過(guò)程中，以瞬態(tài)脈沖的產(chǎn)生、傳輸途徑以及被干擾部件為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)搭鐵瞬態(tài)串?dāng)_導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)芯片燒蝕問(wèn)題的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，最后給出了解決方案及驗(yàn)證結(jié)果。

同時(shí)，為應(yīng)對(duì)汽車電子布置密度越來(lái)越高、整車電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜的情況，在整車的研發(fā)初期，研發(fā)部門應(yīng)明確EMC的性能要求，并根據(jù)性能需求進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，而不能將EMC性能僅作為試驗(yàn)技術(shù)來(lái)看待，等到測(cè)試問(wèn)題發(fā)生后再進(jìn)行整改。如針對(duì)本文所述問(wèn)題，建議在電器架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)融入搭鐵點(diǎn)合理分配的理念，避免電機(jī)類等大電感部件與控制器類共同搭鐵；同時(shí)從零部件設(shè)計(jì)角度，應(yīng)合理分析零部件安裝環(huán)境及自身硬件原理，根據(jù)整車EMC指標(biāo)，合理分解出零部件EMC指標(biāo)作為零部件硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)輸入。

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