道路車輛電氣和電子部件的電氣要求與性能試驗研究

許毅，沈海舟，陸斌

（上海市質量監督檢驗技術研究院 電子電器家用電器質量檢驗所，上海 201114）

引言

汽車電氣和電子部件及其組件中12 V供電系統的電氣要求和性能試驗項目，主要涉及：長時過壓、瞬態過壓、瞬態欠壓、跳線跨接啟動、拋負載、紋波電壓、電源電壓的緩慢下降和上升、電源電壓的緩慢下降和快速上升、重置行為、短暫中斷、啟動脈沖、電力系統控制的電壓曲線、Pin中斷、連接中斷、反向極性、地電位差、信號線和負載電路的短路、絕緣電阻、靜態電流、介電強度、反饋、過電流、多電源電壓均衡電流。

與環境試驗不同，汽車電子部件和組件的電氣安全和電性能試驗一般不涉及對樣品后續的影響，試驗序列可按任意順序進行。對于每個試驗和測試，均應指定事件內存條目和組件允許的功能狀態。當試樣完全啟動并處于滿足所有指定的功能狀態時，電氣試驗開始。

在不違背電氣試驗的測試要求且采購方同意的情況下，電氣試驗和性能試驗可在環境試驗期間進行，如果試樣在組合試驗期間出現任何非正常情況，則應進行獨立的重復試驗。一組敏感參數或“關鍵”參數，如靜態電流曲線、工作電流、輸出電壓、接觸電阻、輸入阻抗、信號速率（上升和下降時間）和總線參數等，應在性能規范中定義或與采購方協議一致。這些參數應在每次試驗開始前和每次試驗結束時，對其符合性進行檢查。

本文針對3.5 t以下汽車電氣和電子部件與組件，基于近年來國際上主流汽車企業實際應用的供貨測試規范[1，2]以及國際標準ISO 16750-2《道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第2部分：電氣負荷》[3]，首先對于最新現行測試要求中關于功能狀態的定義、功能等級劃分及其對應工作電壓范圍等內容進行了闡述和說明；進一步，對于規范中關于12 V供電部件有技術內容增補和變更的電氣安全和性能試驗項目及其要求進行了詳盡的研究和分析，分別涉及三項關鍵試驗：瞬態欠壓、電源電壓的緩慢下降和上升、多電源電壓均衡電流。

1 功能狀態

試樣功能狀態的要求應在試驗之前、試驗期間和試驗之后給出。采購商應在圖紙或性能規范中定義各功能狀態下部件的功能行為（包括降低額定值，例如溫度和電壓），以及客戶的感知（如：視覺、聲學、觸覺、熱學方面）。

在任何情況下，存儲功能都應始終保持在功能狀態A。非易失性存儲器的完整性應在任意時間均得以保證。功能狀態的時間序列應在性能規范中指明。允許的事件存儲條目必須與采購方達成一致，并記錄在冊。

在功能狀態A至D中試樣不允許有所損壞。在任何時間都不允許有未定義的功能。安裝在試樣內的電氣/電子組件的允許限值范圍（如：電、熱、機械）不能超出數據表的規定，至少應通過參數測試（小）[1]的要求（即，在室溫和工作電壓條件下試樣無瑕疵功能的關鍵參數測試）來驗證。

功能狀態 A：試樣滿足所有指定功能。

功能狀態 B：未使用。

功能狀態 C：試樣在暴露于試驗參數期間不滿足一個或多個功能。在暴露于試驗參數之后，試樣應即刻自動返回到功能狀態A，或者通過性能規范中指定的外部觸發機制返回到功能狀態A。任何時間都不允許未定義的功能。

功能狀態 D1：試樣在暴露于試驗參數期間不滿足一個或多個功能。在暴露于試驗參數之后，試樣應通過終端開/關返回功能狀態A（如有必要，在總線空閑時）。

功能狀態 D2：試樣在暴露于試驗參數期間不滿足一個或多個功能。在暴露于試驗參數之后，試樣應通過簡單的干預返回功能狀態A（如：更換故障保險絲）。

功能狀態 E：試樣在暴露于測試參數期間不滿足一個或多個功能，并在暴露于測試參數之后應修復或更換。試樣應符合美國保險商實驗所（UL）公布的UL 94中V-0阻燃等級[4]。

2 功能等級和工作電壓范圍

一個試樣通常包含數項功能，每個功能都可配置不同的功能等級。表1列出了每個功能等級對應的功能狀態（A或C）。

使用功能等級的最低要求：

功能等級1：保障和維持供電所必需的功能或與起動相關的功能。

功能等級2：高可用性的功能（所指高可用性的定義：部件的功能至少達到ISO 26262《道路車輛-功能安全》系列標準[5-7]中對于電力供應所規定的ASIL A級（ASIL：汽車安全完整性等級））[6]。

表1 功能等級和工作電壓范圍對照表

功能等級3：駕駛操作必需的功能。

功能等級4：處于“發動機關閉”或“電力系統僅從存儲供電”期間必須保留的快捷功能。

功能等級5：發動機運行期間（“發動機啟動”）或“電力系統處于供電時”必須提供的快捷功能。

功能等級6：診斷與通信。

3 瞬態欠壓

1）目的：根據電力電子系統的狀態（例如，能量存儲器的可用性），接通負載時可能導致瞬態欠壓。

2）測試：

①瞬態欠壓試驗a

瞬態欠壓a試驗的配置參數詳見表2和圖1。

②瞬態欠壓b試驗

瞬態欠壓b試驗的配置參數詳見表3和圖2。

用于保持駕駛準備和電源供電的功能應符合嚴酷等級1，對于高可用性等級的功能也同樣適用。

3）要求：

表2 瞬態欠壓a試驗的配置參數

應符合功能等級和工作電壓范圍的相應要求，參見表1。

圖1 瞬態欠壓試驗a脈沖圖

表3 瞬態欠壓b試驗的配置參數

圖2 瞬態欠壓b試驗脈沖圖

4 電源電壓的緩慢下降和上升

1）目的：

模擬車輛電池在緩慢放電和充電過程中發生的供電電壓的緩慢下降和上升。

2）測試：

①電源電壓的緩慢下降和上升a試驗

電源電壓的緩慢下降和上升a試驗的配置參數詳見表4和圖3。

表4 電源電壓緩慢下降和上升a試驗的配置參數

圖3 電源電壓緩慢下降和上升a試驗脈沖圖

②電源電壓的緩慢下降和上升b試驗

電源電壓的緩慢下降和上升b試驗的配置參數詳見表5和圖4。

3）要求：

試驗結果的評估取決于在試驗期間施加于部件的電壓范圍。

分為兩大塊：

①在定義的部件工作電壓范圍內：功能狀態A。

②在定義的部件工作電壓范圍外：功能狀態C。

5 多電源電壓的均衡電流

1）目的：

表5 電源電壓的緩慢下降和上升b試驗的配置參數

圖4 電源電壓的緩慢下降和上升b試驗脈沖圖

對于具有彼此獨立的多個電源電壓輸入的組件，例如，若電壓由相互獨立的12 V電氣子系統供電，該試驗確定這些供電分支的內部獨立性。

2）測試：

多電源電壓均衡電流試驗的配置參數和電路原理示意圖詳見表6和圖5。

表6 均衡電流試驗的測試參數

圖5 均衡電流試驗電路原理示意圖

3）要求：

在試驗裝置中測量的均衡電流不允許超過100 μA。單個故障不能超過或損害供電支路的獨立性。試驗后應驗證符合功能狀態A的要求。

6 結語

新能源車的發展是國家在汽車產業的戰略方向。當前，我國新能源汽車產銷量居于全球第一，產品和技術已經基本能與國際保持同一水平。2019年國家補貼大幅滑坡，產業鏈各環節均承壓，但新能源汽車仍被認為是未來走向汽車強國的主路線之一，是國家重點支持的產業領域。因此，建立汽車強國之路，為包括新能源汽車在內的整個汽車產業保駕護航，提供各方面更完備的配套技術支撐與檢測服務尤為緊要和急迫。

本文針對3.5 t以下汽車電氣電子部件、組件和模塊等產品的電氣負荷環境，以及12 V電系統的性能試驗，給出了汽車電氣電子部件的功能狀態、功能等級和對應運行電壓范圍的劃分，詳細解析了近年來國際主要汽車品牌供貨規范中關于電氣要求和性能試驗內容的增補項目：瞬態欠壓、電源電壓的緩慢下降和上升、多電源電壓均衡電流三項試驗，包括實施試驗的目的、條件配置及試驗原理、試驗后需要驗證的功能與參數等方面要求。相關的檢測試驗研究和標準化工作將有助于推進我國汽車產業向著高質量、高技術含量的方向發展和提升。