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(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，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(tǒng)而言，在閉合或者斷開感性部件的瞬間會產(chǎn)生較高的振蕩電壓，從而對系統(tǒng)中其它回路造成沖擊。更值得注意的是此類具有瞬態(tài)效應的系統(tǒng)間干擾在整車級場強抗擾試驗中往往不能復現(xiàn)。

1 問題描述

某款車型在道路試驗過程中發(fā)現(xiàn)高位制動燈常亮，經(jīng)初步排查為BCM內(nèi)高位制動燈驅(qū)動控制芯片被高壓擊穿，導致高位制動燈信號異常，表現(xiàn)出高位制動燈點亮故障。

2 故障排查

依據(jù)驅(qū)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(fā)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(fā)生工況上。

通過對高位制動燈系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖（圖1）分析，可以看出，高壓干擾進入驅(qū)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(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，同時整理了BCM的相關性能試驗，測試結(jié)果見表2。

表2 BCM單體EMC測試情況（部分）

由表2測試結(jié)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(chǎn)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(qū)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(fā)現(xiàn)BCM高位制動燈驅(qū)動引腳的抗壓等級僅為40 V左右，高位制動燈的驅(qū)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(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，因此共線耦合導致高位制動燈驅(qū)動線上耦合出近30 V電壓的可能性較小，造成驅(qū)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(huán)境進行了梳理，發(fā)現(xiàn)高位制動燈與后刮水存在共搭鐵現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(huán)境下，對后刮水電機進行開關操作，發(fā)現(xiàn)在后刮水動作時，會產(chǎn)生較高的電壓脈沖，最大參數(shù)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(fā)現(xiàn)，BCM高位制動燈驅(qū)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(jié)合BCM高位制動燈驅(qū)動引腳瞬態(tài)脈沖防護能力低的情況，因此開關后刮水產(chǎn)生電磁干擾脈沖傳導至BCM驅(qū)動引腳，導致驅(qū)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(tài)下頻繁開關后刮水，多次操作后高位制動燈出現(xiàn)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(qū)動芯片導致。

通過系統(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(qū)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(fā)生了電壓疊加現(xiàn)象。

為探究圖3中B點干擾波形出現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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(xiàn)。

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(xiàn)，可確定發(fā)生峰值疊加的原因為干擾脈沖通過高位制動燈內(nèi)部濾波電容時，與電容產(chǎn)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(xiàn)高位制動燈異常點亮的真因為：后刮水開關時產(chǎn)生的干擾電壓通過搭鐵線串到高位制動燈系統(tǒng)，同時此干擾電壓與高位制動燈濾波電容產(chǎn)生電壓震蕩，發(fā)生峰值疊加后的干擾電壓通過高位制動燈驅(qū)動線束傳導到BCM中，由于疊加后的干擾電壓超過了BCM驅(qū)動芯片所能承受的電壓極限，驅(qū)動芯片被擊穿，導致高位制動燈異常點亮問題的發(fā)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(jù)三要素分析找出問題發(fā)生的根本原因，再根據(jù)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(jù)問題發(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燈驅(qū)動源端串聯(lián)一個快速恢復二極管，達到阻礙干擾信號到達BCM驅(qū)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(xiàn)整改前的高位制動燈驅(qū)動芯片燒蝕的故障，且在BCM驅(qū)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(jié)論

本文以刮水電機工作時對BCM產(chǎn)生干擾致使高位制動燈點亮問題為對象，對BCM系統(tǒng)工作過程中，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，針對搭鐵瞬態(tài)串擾導致驅(qū)動芯片燒蝕問題的產(chǎn)生原因進行了分析，最后給出了解決方案及驗證結(jié)果。

同時，為應對汽車電子布置密度越來越高、整車電磁環(huán)境越來越復雜的情況，在整車的研發(fā)初期，研發(fā)部門應明確EMC的性能要求，并根據(jù)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(shù)來看待，等到測試問題發(fā)生后再進行整改。如針對本文所述問題，建議在電器架構(gòu)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(huán)境及自身硬件原理，根據(jù)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。

［1］ 施大威，王文. 整車ECE R10的電磁兼容性測試分析［J］. 汽車電器，2017（3）：51-53.

［2］ 尚俊萍，張凱，李瑋，等. 電磁干擾導致高位制動燈閃亮問題分析與解決［J］.汽車電器，2016（6）：46-48.

［3］ 任國峰，田豐，楊林. 汽車控制器電源系統(tǒng)的抗擾性設計［J］.電源技術(shù)，2016（3）：659-661.