秦振海，趙雷雷，王曉鵬，黃 龍

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安710005）

1 前言

隨著汽車新技術(shù)的應(yīng)用和人們對(duì)舒適性的要求越來越高，汽車電氣系統(tǒng)越來越復(fù)雜。在進(jìn)行新車型的開發(fā)和改型中，為了更好地驗(yàn)證電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和可靠性，需要對(duì)回路的大負(fù)載電器設(shè)備進(jìn)行實(shí)車測(cè)試，來驗(yàn)證實(shí)際環(huán)境下其工作參數(shù)或指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，以保證電氣性能的可靠性。

2 整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載分類

2.1 按照受氣候環(huán)境影響分類

整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載按照氣候環(huán)境分類，可以分為3類：①冬季使用的電氣系統(tǒng)包括暖風(fēng)、獨(dú)立暖風(fēng)、后視鏡加熱、座椅加熱、發(fā)動(dòng)機(jī)輔助加熱等系統(tǒng)；②夏季使用的電氣系統(tǒng)包括空調(diào)、駐車空調(diào)、座椅通風(fēng)等系統(tǒng)；③不限氣候環(huán)境使用的電氣系統(tǒng)包括：電源、燈光、儀表系統(tǒng)等。

2.2 按照用電設(shè)備工作機(jī)制分類

整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載按照用電設(shè)備工作機(jī)制分類，可以分為3類：①長時(shí)工作的電氣系統(tǒng)包括電源、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、儀表、燈光、空調(diào)系統(tǒng)；②短時(shí)工作的電氣系統(tǒng)包括點(diǎn)煙器、后視鏡加熱等系統(tǒng)；③間歇性或周期性工作的電氣系統(tǒng)包括雨刮、中控門鎖、ABS控制器、危險(xiǎn)報(bào)警、電動(dòng)玻璃升降器等。

3 整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試部件確定

整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試部件確定原則一般如下：根據(jù)整車是新車型的開發(fā)還是改型，若整車是改型車型，對(duì)于新增加的電器設(shè)備，其單負(fù)載測(cè)試為必測(cè)項(xiàng)目。若整車是新車型的開發(fā)，根據(jù)回路負(fù)載選用熔斷器的大小、工作機(jī)制（長時(shí)工作）及統(tǒng)計(jì)的故障率來篩選需要測(cè)試的單負(fù)載，熔斷器容量大于10A的回路，其單負(fù)載測(cè)試為必測(cè)項(xiàng)目。

4 某車型整車電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試

該項(xiàng)測(cè)試針對(duì)低壓電器系統(tǒng)中的各個(gè)電器負(fù)載，在典型極限氣候條件下進(jìn)行測(cè)試，獲得其單獨(dú)運(yùn)行的電壓、電流等詳細(xì)電氣特性。測(cè)試記錄各電器負(fù)載在啟動(dòng)瞬間、穩(wěn)態(tài)和堵轉(zhuǎn)3種狀態(tài)下的電壓及電流數(shù)據(jù)及波形；若電路保護(hù)器件熔斷，則記錄、存儲(chǔ)其熔斷特性。

4.1 該車型電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試部件確定

根據(jù)該車型電氣系統(tǒng)的配置，按照上述原則篩選出需要測(cè)試的單負(fù)載項(xiàng)目，見表1。

表1 需要測(cè)試的單負(fù)載項(xiàng)目

4.2 電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試條件的確定

4.2.1 低溫環(huán)境下電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試條件的確定

對(duì)于暴露于低溫環(huán)境的電氣系統(tǒng)，低溫會(huì)誘發(fā)改變其電氣特性，如：電子器件（電阻類、電容類等）性能改變，變壓器和機(jī)電部件的性能改變。結(jié)合低溫環(huán)境循環(huán)范圍：低緯度區(qū)的高原地帶自然環(huán)境溫度-21℃～-31℃及中國的低溫極值出現(xiàn)概率：-35℃為23%。因此低溫測(cè)試環(huán)境溫度定為-30±2℃。

4.2.2 高溫環(huán)境下電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試條件的確定

對(duì)于暴露于高溫環(huán)境的電氣系統(tǒng)，高溫會(huì)暫時(shí)或永久性降低系統(tǒng)的性能。結(jié)合我國的地面高溫循環(huán)數(shù)據(jù)，周圍空氣溫度為30℃～43℃，高溫達(dá)到峰值時(shí)間持續(xù)4h（從下午13點(diǎn)到17點(diǎn)）之久發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)散出的熱量誘發(fā)周圍環(huán)境的溫度可以達(dá)到63℃。因此高溫測(cè)試環(huán)境溫度定為40±20℃。

4.3 電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試方案的實(shí)施

在進(jìn)行單負(fù)載測(cè)試時(shí)，利用CSM電性能測(cè)試設(shè)備，其由4部分組成：計(jì)算機(jī)的硬件資源、模塊化的采集硬件、可配置的傳感器和應(yīng)用軟件。如圖1所示。CSM電性能測(cè)試設(shè)備采用PC機(jī)作為硬件平臺(tái)，CSM數(shù)據(jù)采集模塊作為硬件實(shí)時(shí)接口，軟件采用測(cè)控領(lǐng)域廣為流行的Vsignalyzer軟件，它具有廣泛的適用性，可以用于測(cè)試多種高低壓車載電子電氣系統(tǒng)，提供與車載電子電氣系統(tǒng)交互的實(shí)時(shí)接口，模擬信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸出、數(shù)字I／O、CAN通信接口、電阻輸出。

4.3.1 電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試原理

1）單負(fù)載電壓測(cè)試方法

圖1 CSM電性能測(cè)試系統(tǒng)組成

根據(jù)整車電器原理圖和線束圖定位測(cè)試回路，找到被測(cè)負(fù)載電源、搭鐵線，電壓采集線按照標(biāo)簽定義，將BNC接頭連接相應(yīng)刺破探針上，探針的正負(fù)極相應(yīng)刺破負(fù)載電源、搭鐵線。

2）單負(fù)載電流測(cè)試方法

對(duì)單負(fù)載電流進(jìn)行測(cè)試有3種設(shè)備可供選擇：電流鉗、霍爾傳感器和分流器。電流鉗使用較為方便，只需根據(jù)被測(cè)電流大小選定相應(yīng)量程，將電流鉗夾在被測(cè)線束上即可。霍爾傳感器需安裝在相應(yīng)電源線上，導(dǎo)線垂直穿入孔內(nèi)，固定傳感器。感性負(fù)載、阻性負(fù)載可用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量，電子類負(fù)載可用分流器進(jìn)行測(cè)試。

操作時(shí)按照：開啟→保持（10s）→關(guān)閉循環(huán)操作即可。圖2為單負(fù)載測(cè)試原理圖。

圖2 單負(fù)載測(cè)試原理圖

4.3.2 電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1）測(cè)試時(shí)，除燈光外其他電器工作電壓不應(yīng)小于25.6V（怠速/經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速）。

2）測(cè)試時(shí)，過電機(jī)負(fù)載的電壓不應(yīng)小于24.0V（車輛ON擋或怠速）。

3）感性負(fù)載開閉不應(yīng)影響其他負(fù)載正常工作。

4）瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)測(cè)試時(shí)熔斷器不應(yīng)熔斷。

5）負(fù)載平均工作電流不超過保護(hù)裝置電流限值的70%。

6）負(fù)載穩(wěn)態(tài)及過負(fù)載工作電流不應(yīng)超過其設(shè)計(jì)值。

7）單負(fù)載的開啟電流峰值不應(yīng)大于保護(hù)裝置電流限值的300%。

8）單負(fù)載的開啟電流峰值不應(yīng)大于其平均電流設(shè)計(jì)值的300%。

9）電氣系統(tǒng)不應(yīng)損壞（負(fù)載、開關(guān)或接插件）。

10）負(fù)載穩(wěn)定工作時(shí)，線束、負(fù)載及熔斷絲的電流應(yīng)相互匹配。

11）電路保護(hù)器件或負(fù)載電源線束線徑選取有利于成本優(yōu)化。

12）測(cè)試時(shí)所有電子設(shè)備不應(yīng)損壞。

13）回路的電流峰值超過其熔斷器的極限（僅用于開啟瞬間的測(cè)試），可能對(duì)熔斷器壽命造成影響，需要進(jìn)行相對(duì)I2t計(jì)算。

4.3.3 低溫環(huán)境下電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試結(jié)果

根據(jù)該車型電氣系統(tǒng)的配置，實(shí)車在環(huán)境溫度為-31℃場(chǎng)地進(jìn)行單負(fù)載測(cè)試，測(cè)試結(jié)果記錄見表2。

表2 低溫單負(fù)載測(cè)試結(jié)果

4.3.4 低溫環(huán)境下電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試偏差事件分析

就測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)的偏差事件不一一列舉，根據(jù)電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，僅對(duì)每一類型的典型偏差事件舉例進(jìn)行分析說明如下。

1）燃油加熱器

檢查各測(cè)試設(shè)備，確定所用到的傳感器、探針、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集程序能夠正常工作。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，開啟獨(dú)立暖風(fēng)，采集該回路負(fù)載電壓、電流及蓄電池電壓，生成同時(shí)間軸曲線見圖3。

燃油加熱器回路選用MINI慢熔型10A熔斷器，通過圖3可知瞬態(tài)峰值電流為17.538A，超過其額定電流。電流引起對(duì)熔斷器的沖擊，需計(jì)算相對(duì)熔斷熱能I2t=（脈沖熔斷熱能/熔斷器熔斷熱能）＜22%進(jìn)行驗(yàn)算。脈沖熔斷熱能I燃油加熱器回路選用MINI慢熔型10A熔斷器，通過圖4查表確定10A熔斷器的熔斷熱能I2t為93A2s。所以相對(duì)熔斷熱能I2t=0.025=2.5%＜22%。因此通過相對(duì)熔斷熱能的校核，脈沖電流不會(huì)對(duì)該回路熔斷器壽命產(chǎn)生影響。

2）ECAS（電控空氣懸掛）

圖3 燃油加熱器工作電壓電流曲線圖

圖4 MINI型熔斷器熔斷熱能

同樣，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，操作ECAS系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)行3個(gè)周期（提升、下降），采集該回路負(fù)載電壓、電流及蓄電池電壓，生成同時(shí)間軸曲線見圖5。

ECAS系統(tǒng)回路選用MINI慢熔型10A熔斷器，1.5mm2薄壁導(dǎo)線（常溫下額定電流為28.2A），通過圖5可知最大峰值電流為1.286A，電路保護(hù)器件和負(fù)載電源線束線徑選取過大，保護(hù)器起不到保護(hù)功能和過設(shè)計(jì)，應(yīng)重新校核熔斷器和導(dǎo)線的選型，進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

3）起動(dòng)輔助加熱裝置

圖5 ECAS工作電壓電流曲線圖

鑰匙開關(guān)打到ON擋，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣加熱開始工作，對(duì)應(yīng)指示燈常亮，進(jìn)氣加熱完成時(shí)該燈閃爍3次后熄滅。在此過程中采集該回路負(fù)載電壓、電流及蓄電池電壓，生成同時(shí)間軸曲線見圖6。

起動(dòng)輔助加熱裝置回路選用MIDI型150A熔斷器，10mm2薄壁導(dǎo)線（常溫下額定電流為107A），通過圖6可知最大峰值電流為119.73A，平均工作電流110.65A，負(fù)載平均工作電流超過線束的載流量，線束選取截面積較小，應(yīng)重新校核進(jìn)行選型改進(jìn)。

4.3.5 高溫環(huán)境下電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試結(jié)果

根據(jù)該車型電氣系統(tǒng)的配置，實(shí)車在環(huán)境溫度為41℃環(huán)境倉里進(jìn)行單負(fù)載測(cè)試，測(cè)試結(jié)果記錄見表3。

4.4 電氣系統(tǒng)單負(fù)載高/低溫測(cè)試結(jié)果比對(duì)分析

1）對(duì)比寒區(qū)單負(fù)載測(cè)試結(jié)果，各負(fù)載因在熱態(tài)下工作其電阻變大，導(dǎo)致其工作電流減小，性能略有下降。

2）20A以下負(fù)載在高溫環(huán)境下工作電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，對(duì)該回路的導(dǎo)線影響不大，導(dǎo)線溫升不超過1℃，故可忽略電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)對(duì)導(dǎo)線載流量的影響。

3）對(duì)于電機(jī)類負(fù)載，無刷電機(jī)相比有刷電機(jī)，其對(duì)溫度不大敏感，工作性能比較穩(wěn)定。

4）相比其它回路，發(fā)電機(jī)輸出回路電流為64A，其輸出功率下降20%，電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)使該回路溫度升高到62℃，比環(huán)境溫度高出10℃左右，但在溫度允許范圍內(nèi)。因此，在進(jìn)行電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)匹配時(shí)，有別于其它回路及安裝在整車其它部位的導(dǎo)線，注意導(dǎo)線種類的合理選擇，適當(dāng)提高該回路導(dǎo)線的工作上限溫度。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣加熱工作電壓電流曲線圖

表3 高溫單負(fù)載測(cè)試結(jié)果

5 總結(jié)

該車型電氣系統(tǒng)低溫單負(fù)載測(cè)試是在實(shí)際寒區(qū)環(huán)境下進(jìn)行，能確切地反映低溫對(duì)電氣系統(tǒng)的影響及測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)偏差事件，通過采集有關(guān)電氣系統(tǒng)參數(shù)，為設(shè)計(jì)改進(jìn)提供第一手資料。而電氣系統(tǒng)高溫單負(fù)載測(cè)試是在密閉環(huán)境倉里進(jìn)行，其環(huán)境參數(shù)與實(shí)際場(chǎng)地、氣候條件存在一定的差異（比如太陽直射輻射無法模擬），獲取的數(shù)據(jù)與實(shí)際高溫環(huán)境存在著偏差，因此還有待于在實(shí)際高溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，獲取真實(shí)環(huán)境下的數(shù)據(jù)，通過比對(duì)來修正環(huán)境倉的數(shù)據(jù)，改善電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試在密閉環(huán)境倉里測(cè)試條件和測(cè)試方法，使電氣系統(tǒng)單負(fù)載測(cè)試更加接近實(shí)際環(huán)境下的測(cè)試。