整車拋負(fù)載測(cè)試與評(píng)價(jià)

何筱榮 張小梅 上汽通用五菱汽車股份有限公司

整車拋負(fù)載測(cè)試與評(píng)價(jià)

何筱榮 張小梅 上汽通用五菱汽車股份有限公司

本文主要介紹整車環(huán)境下的拋負(fù)載測(cè)試，如何對(duì)發(fā)電機(jī)的拋負(fù)載現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)，并提出了幾條合理性建議，以改進(jìn)和提升整車電氣性能。

汽車電器；拋負(fù)載；測(cè)試與評(píng)價(jià)

前言

汽車行駛工況的復(fù)雜性，造成汽車電器件的工作環(huán)境比較惡劣，因此要求汽車電器件應(yīng)有足夠的抗沖擊和抗干擾能力[1]，特別是在整車環(huán)境下易出現(xiàn)的典型電壓脈沖，如拋負(fù)載脈沖；本文主要是針對(duì)汽車拋負(fù)載脈沖在實(shí)車環(huán)境下的測(cè)試、評(píng)價(jià)和預(yù)防等方面的內(nèi)容進(jìn)行敘述[2]。

1.拋負(fù)載產(chǎn)生的原因

傳統(tǒng)汽車大多采用帶硅整流器的三相同步交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)，若負(fù)載突然減小或完全無負(fù)載，會(huì)引起發(fā)電機(jī)輸出電流急劇下降，由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子繞組和勵(lì)磁繞組受電磁感應(yīng)的影響[3]，在發(fā)電機(jī)電樞繞組上產(chǎn)生正向瞬變過電壓，這種現(xiàn)象叫做發(fā)電機(jī)拋負(fù)載，產(chǎn)生的正向瞬變脈沖稱為拋負(fù)載脈沖。

2.拋負(fù)載的危害

汽車出現(xiàn)拋負(fù)載現(xiàn)象時(shí)，幾乎所有直接與蓄電池相連的電子電器都要承受拋負(fù)載電壓的沖擊，若正向脈沖的峰值過大，很可能造成電器設(shè)備尤其是電子設(shè)備的損壞，嚴(yán)重時(shí)直接影響汽車安全[4]；同時(shí)拋負(fù)載現(xiàn)象嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的壽命，容易擊穿發(fā)電機(jī)整流器的關(guān)鍵器件，影響汽車供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

車輛的行駛環(huán)境比較惡劣，車輛保養(yǎng)及維護(hù)不及時(shí)，在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)蓄電池端子松動(dòng)或脫落既產(chǎn)生拋負(fù)載現(xiàn)象；拋負(fù)載會(huì)對(duì)整車電源網(wǎng)絡(luò)造成瞬態(tài)脈沖干擾，必須對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖進(jìn)行限制，以保障電源網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；同時(shí)又要求關(guān)鍵電子器件具備一定的抗拋負(fù)載電壓脈沖的能力。

因此在車輛的研發(fā)階段，主機(jī)廠應(yīng)在實(shí)車環(huán)境下，制造極端工況或條件，驗(yàn)證發(fā)電機(jī)在出現(xiàn)拋負(fù)載現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證關(guān)鍵電子器件對(duì)拋負(fù)載脈沖的抵抗能力是否滿足要求。

3.拋負(fù)載測(cè)試

在實(shí)車狀態(tài)下，模擬發(fā)電機(jī)拋負(fù)載現(xiàn)象，主要測(cè)試情況分為以下兩種：

a在發(fā)電機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，斷開蓄電池（要求蓄電池的SOC小于50%）

b去掉蓄電池，在發(fā)電機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，斷開大功率的用電負(fù)載

如圖1所示，為某款車型，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000時(shí)，斷開蓄電池（SOC為30%）時(shí)產(chǎn)生的拋負(fù)載脈沖波形。

4.拋負(fù)載測(cè)試評(píng)價(jià)

實(shí)車環(huán)境下的拋負(fù)載測(cè)試，目前國(guó)家無明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在實(shí)際測(cè)試中，可參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 16750-2、ISO 7637-2）和整車廠的具體EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，具體評(píng)價(jià)參數(shù)及參考波形可參照?qǐng)D2所示。

表1 拋負(fù)載波形參數(shù)值（12V系統(tǒng)）

汽車發(fā)電機(jī)對(duì)產(chǎn)生的拋負(fù)載脈沖分為帶抑制功能和不帶抑制功能，如圖2所示，測(cè)試時(shí)可根據(jù)發(fā)電機(jī)的種類對(duì)比不同的參考波形進(jìn)行測(cè)試脈沖的評(píng)價(jià)；參考波形的具體參數(shù)值（表（1）需參考與零部件相關(guān)的EMC測(cè)試脈沖參數(shù)或與相關(guān)的供應(yīng)商共同協(xié)商制定。

除對(duì)具體的測(cè)試波形進(jìn)行評(píng)價(jià)外，在每次的測(cè)試完成后，需對(duì)整車的功能進(jìn)行檢查，以驗(yàn)證關(guān)鍵電子器件的實(shí)車抗脈沖沖擊能力，若抗沖擊能力低，將會(huì)導(dǎo)致電子元件被擊穿或被燒毀，直接影響整車的功能。

圖1 拋負(fù)載測(cè)試脈沖

圖2 拋負(fù)載測(cè)試參考波形

5.總結(jié)

在整車環(huán)境下，對(duì)在車輛實(shí)際使用過程中，容易出現(xiàn)的一些極端狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)驗(yàn)證，以保障車輛在使用過程的安全性；特別是對(duì)于整車廠而言，在車輛的研發(fā)階段，必須進(jìn)行整車拋負(fù)載試驗(yàn)，驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的性能在實(shí)車環(huán)境下是否滿足性能指標(biāo)，驗(yàn)證電器件的抗干擾能力是否滿足要求。

同時(shí)整車廠的設(shè)計(jì)人員可以從以下幾個(gè)方面采取措施，達(dá)到在車輛使用過程中減少拋負(fù)載現(xiàn)象的產(chǎn)生或在出現(xiàn)拋負(fù)載情況時(shí)，減少對(duì)整車的危害，有助于汽車的穩(wěn)定性及整體性能的提升。

（1）提高發(fā)電機(jī)性能：改進(jìn)交流發(fā)電機(jī)整流電路的設(shè)計(jì)后提升整流電路元器件的穩(wěn)定性，使拋負(fù)載脈沖波形的波峰得到有效的抑制。

（2）蓄電池正、負(fù)極柱牢固性：使用新型端子或?qū)Χ俗舆M(jìn)行防松設(shè)計(jì)，避免蓄電池極柱脫落情況的出現(xiàn)。

（3）提升電子器件的抗擾能力：增加或提高零部件拋負(fù)載電壓脈沖的測(cè)試等級(jí)，應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的實(shí)車環(huán)境。

[1]趙志剛.車用發(fā)電機(jī)拋負(fù)載的保護(hù)設(shè)計(jì)[J].汽車電器.2013.10.5-6

[2]孫正明.汽車拋負(fù)載瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾性試驗(yàn)和分析.電子質(zhì)量.2010年10月期

[3]姚亞夫.汽車拋負(fù)載電壓的理論與試驗(yàn)研究[J].汽車工程 2002.24(5).451-454

[4]鄧海英.發(fā)電機(jī)輸出電壓與激勵(lì)電流瞬態(tài)分析[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào).2004.21(1).67-69