王濤，高鑫，李忠銀

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

為滿足法規(guī)要求，ECU在開發(fā)過程需要進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)，本文主要闡述一種ECU電磁兼容試驗(yàn)過程中使用的負(fù)載箱和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)項(xiàng)目的理解，在產(chǎn)品的開發(fā)過程中應(yīng)同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和抗擾性設(shè)計(jì)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要與ECU同步放置在電波暗室中進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)又不能對(duì)ECU的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾，該系統(tǒng)典型性能要求為：電磁發(fā)射強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)限值6dB，抗電磁輻射能力不低于150V/m。要求滿足性能的同時(shí)能給ECU提供穩(wěn)定的激勵(lì)信號(hào)及監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)。

1 ECU典型電磁兼容試驗(yàn)布置

ECU典型輻射發(fā)射和輻射抗擾試驗(yàn)環(huán)境如圖1所示，ECU通過直流濾波電源（蓄電池）供電，負(fù)載箱為ECU提供激勵(lì)信號(hào)和負(fù)載，負(fù)載箱的控制系統(tǒng)控制和監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)。

圖1 輻射發(fā)射試驗(yàn)測(cè)試布置

輻射發(fā)射分為寬帶輻射發(fā)射和窄帶輻射發(fā)射，輻射發(fā)射試驗(yàn)一般流程為先采集背景噪聲，即負(fù)載箱工作但ECU不工作，此時(shí)使用天線采集系統(tǒng)的輻射發(fā)射強(qiáng)度，該輻射發(fā)射強(qiáng)度需比標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值低6dB，然后控制ECU工作在典型的工況下，再次采集系統(tǒng)的輻射發(fā)射強(qiáng)度，將該強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)中的限值進(jìn)行對(duì)比，未超過限值認(rèn)為測(cè)試通過。

輻射抗擾試驗(yàn)（替代法）的一般流程為：先使用場強(qiáng)探頭進(jìn)行電場的校準(zhǔn)，負(fù)載箱控制系統(tǒng)控制ECU工作在典型的工況下，并實(shí)時(shí)監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)施加電場，負(fù)載箱和控制系統(tǒng)對(duì)電場施加過程中的ECU數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并對(duì)超差或失效的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和報(bào)警，如果整個(gè)電場施加過程中無信號(hào)超差或失效，則認(rèn)為測(cè)試通過。

2 ECU功能框圖

ECU典型功能框圖如圖2所示。

圖2 ECU典型功能框圖

1）主要輸入的功能模塊有以下幾種：①正時(shí)信號(hào)采集模塊采集發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的曲軸和凸輪軸信號(hào)用來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)，一般信號(hào)類型為無源磁電型傳感器；②轉(zhuǎn)速信號(hào)采集模塊用來采集例如車速、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等信號(hào)；③開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)模塊用來檢測(cè)整車上如空調(diào)、巡航等控制開關(guān)的狀態(tài)；④數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于采集傳感器的壓力和溫度信號(hào)，如發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、進(jìn)氣壓力等。

2）主要輸出模塊的功能由傳感器供電。①繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)各類繼電器，如啟動(dòng)繼電器，進(jìn)氣加熱繼電器等；②噴油驅(qū)動(dòng)模塊主要用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油嘴；③PWM驅(qū)動(dòng)模塊主要用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛上的開度閥，如燃料計(jì)量單元、電磁風(fēng)扇等。

3 負(fù)載箱架構(gòu)

如圖3所示，負(fù)載箱系統(tǒng)整個(gè)分為如下幾部分，對(duì)該系統(tǒng)要求最高的為采集板部分，該部分為ECU提供激勵(lì)信號(hào)和監(jiān)控ECU的工作狀態(tài)，最容易被干擾和產(chǎn)生無意的超標(biāo)發(fā)射。ECU與負(fù)載箱、負(fù)載箱與上位機(jī)之間均采用CAN通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，中間的數(shù)據(jù)傳輸線采用CAN轉(zhuǎn)化為光纖的方式進(jìn)一步減小發(fā)射和被干擾可能性。

圖3 負(fù)載箱系統(tǒng)構(gòu)成圖

4 采集板實(shí)現(xiàn)方案

如圖4所示，采集板主要分為兩部分，分別是信號(hào)采集模塊和激勵(lì)發(fā)生模塊。ECU的驅(qū)動(dòng)通過連接線與負(fù)載連接，信號(hào)采集模塊采集ECU驅(qū)動(dòng)負(fù)載所產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)，并將各項(xiàng)參數(shù)通過光電轉(zhuǎn)換器發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)再判斷各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)功能是否正常工作；上位機(jī)控制激勵(lì)發(fā)生模塊模擬多種真實(shí)的傳感器產(chǎn)生電壓電流及轉(zhuǎn)速等信號(hào)，并將其輸入給ECU，來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作狀態(tài)。采集板使用全封閉的金屬外殼，并使用專用的鋰電池供電，同時(shí)采集板的電源轉(zhuǎn)換模塊多采用LDO而非DCDC，以防止對(duì)外產(chǎn)生干擾和受到外界干擾。

圖4 采集板功能示意圖

5 結(jié)語

本文主要闡述一種ECU電磁兼容試驗(yàn)過程中使用的負(fù)載箱和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，通過使用模擬負(fù)載和模擬激勵(lì)信號(hào)使ECU工作在常用工作狀態(tài)下，以盡可能地得到真實(shí)并詳細(xì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)類似產(chǎn)品的試驗(yàn)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

如圖5所示，該種設(shè)計(jì)的負(fù)載箱的輻射發(fā)射完全可以滿足CISPR25中規(guī)定的Level5要求，并且在150v/m的強(qiáng)電場條件下數(shù)據(jù)采集誤差不超過1%。

圖5 輻射發(fā)射試驗(yàn)波形