搭鐵串擾導致高位制動燈點亮故障分析與解決

楚艷鋼，崔子國，王雨川，余天剛，李 強

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

近年來，隨著汽車電子高度集成化和模塊化的快速發展，單車用電設備數量逐步增大，工作頻率/功率日益提高，使得汽車內部電磁環境越來越復雜，致使整車電磁干擾問題日益突出。尤其是對于具有大電感器件的大系統而言，在閉合或者斷開感性部件的瞬間會產生較高的振蕩電壓，從而對系統中其它回路造成沖擊。更值得注意的是此類具有瞬態效應的系統間干擾在整車級場強抗擾試驗中往往不能復現。

1 問題描述

某款車型在道路試驗過程中發現高位制動燈常亮，經初步排查為BCM內高位制動燈驅動控制芯片被高壓擊穿，導致高位制動燈信號異常，表現出高位制動燈點亮故障。

2 故障排查

依據驅動芯片被高壓擊穿及對故障件擊穿部位的失效分析，初步懷疑在故障發生時高位制動燈回路中存在高壓干擾電平或靜電浪涌電壓，排查重點應放在沖擊電壓的來源及發生工況上。

通過對高位制動燈系統功能結構圖（圖1）分析，可以看出，高壓干擾進入驅動芯片的類型及路徑主要有兩大方面，具體見表1。

圖1 高位制動燈系統功能結構示意圖

表1 可能高壓干擾類型及耦合路徑

為聚焦排查方向，同時整理了BCM的相關性能試驗，測試結果見表2。

表2 BCM單體EMC測試情況（部分）

由表2測試結果可以看出：BCM單體測試在電壓沖擊防護測試方面已達到了產品設計要求，ESD、過電壓、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燈到BCM間連接線進入驅動芯片的風險未得到有效評估。

通過局部電壓注入的方法，發現BCM高位制動燈驅動引腳的抗壓等級僅為40 V左右，高位制動燈的驅動電壓為12 V，同時通過對BCM到高位制動燈連接線與其它系統共線情況的梳理，未發現承載較大電流的線束與其共線，因此共線耦合導致高位制動燈驅動線上耦合出近30 V電壓的可能性較小，造成驅動芯片燒蝕的可能基本不存在，故可將高位制動燈端直接傳導列為排查重點。

進一步對高位制動燈安裝環境進行了梳理，發現高位制動燈與后刮水存在共搭鐵現象，為較大的風險源。為識別BCM是否存在此風險，同時對BCM搭鐵點進行了確認，發現BCM不存在與感性零部件共搭鐵點的情況。

為排除風險源，在實車環境下，對后刮水電機進行開關操作，發現在后刮水動作時，會產生較高的電壓脈沖，最大參數見表3。

表3 后刮水開關時脈沖電壓

同時在操作刮水過程中發現，BCM高位制動燈驅動引腳電壓波形隨后刮水搭鐵點波形波動，且存在相似趨勢。結合BCM高位制動燈驅動引腳瞬態脈沖防護能力低的情況，因此開關后刮水產生電磁干擾脈沖傳導至BCM驅動引腳，導致驅動芯片燒蝕，可能為此問題的真因。

3 原因分析

使用高位制動燈功能正常的試驗車，在高位制動燈點亮狀態下頻繁開關后刮水，多次操作后高位制動燈出現故障，與路試車故障一致。因此，確定高位制動燈失效是由刮水開關干擾脈沖擊穿高位制動燈驅動芯片導致。

通過系統連接分析，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：點亮高位制動燈，同時開關后刮水，采集到的后刮水與高位制動燈共搭鐵點（A點）及BCM高位制動燈驅動引腳處（B點）的電壓波形如圖3所示。從圖3中可看出B點電壓跟隨A點波動，而且在正向峰值處存在一個明顯的電壓突起，說明在此刻還發生了電壓疊加現象。

為探究圖3中B點干擾波形出現峰值疊加的真因，將BCM用阻性負載代替，得到A、B點電壓波形，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，可推斷疊加來自高位制動燈。

通過對高位制動燈的硬件原理圖的梳理可知，高位制動燈內部無感性元件，僅在接口濾波電路中存在一個濾波電容C1，如圖5所示。

圖3 原系統刮水動作A、B點電壓波形

圖4 替代BCM后刮水動作A、B點電壓波形

圖5 高位制動燈部分接口電路

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

圖6 替代高位制動燈（阻性）A、B點電壓波形

選用等效電容替代高位制動燈，A、B點電壓波形如圖7所示。從圖7中可以看出峰值疊加的情況出現，可確定發生峰值疊加的原因為干擾脈沖通過高位制動燈內部濾波電容時，與電容產生了電壓震蕩。

圖7 替代高位制動燈（容性）A、B點電壓波形

綜上所述，出現高位制動燈異常點亮的真因為：后刮水開關時產生的干擾電壓通過搭鐵線串到高位制動燈系統，同時此干擾電壓與高位制動燈濾波電容產生電壓震蕩，發生峰值疊加后的干擾電壓通過高位制動燈驅動線束傳導到BCM中，由于疊加后的干擾電壓超過了BCM驅動芯片所能承受的電壓極限，驅動芯片被擊穿，導致高位制動燈異常點亮問題的發生。

4 問題解決

電磁干擾問題的解決主要從干擾源、耦合路徑、被干擾設備入手，根據三要素分析找出問題發生的根本原因，再根據問題原因確定抑制騷擾源、切斷耦合路徑、提高敏感設備的抗擾性等整改方案。

針對此后刮水動作干擾高位制動燈的問題，根據問題發生的真因，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燈驅動源端串聯一個快速恢復二極管，達到阻礙干擾信號到達BCM驅動芯片的目的。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整改前的高位制動燈驅動芯片燒蝕的故障，且在BCM驅動引腳端未采到波動峰值高于10 V的脈沖，由此確定整改方案有效。

5 結論

本文以刮水電機工作時對BCM產生干擾致使高位制動燈點亮問題為對象，對BCM系統工作過程中，以瞬態脈沖的產生、傳輸途徑以及被干擾部件為出發點，針對搭鐵瞬態串擾導致驅動芯片燒蝕問題的產生原因進行了分析，最后給出了解決方案及驗證結果。

同時，為應對汽車電子布置密度越來越高、整車電磁環境越來越復雜的情況，在整車的研發初期，研發部門應明確EMC的性能要求，并根據性能需求進行合理化設計，而不能將EMC性能僅作為試驗技術來看待，等到測試問題發生后再進行整改。如針對本文所述問題，建議在電器架構設計時，應融入搭鐵點合理分配的理念，避免電機類等大電感部件與控制器類共同搭鐵；同時從零部件設計角度，應合理分析零部件安裝環境及自身硬件原理，根據整車EMC指標，合理分解出零部件EMC指標作為零部件硬件設計的設計輸入。

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