淺析汽車電氣集成系統(tǒng)測(cè)試研究

劉曉軍　李俊嶺

【摘? 要】汽車電氣集成系統(tǒng)測(cè)試是電氣系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽車在設(shè)計(jì)研發(fā)中的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，提高產(chǎn)品品質(zhì)。本文主要介紹汽車電氣系統(tǒng)測(cè)試流程及測(cè)試內(nèi)容，為從事相關(guān)技術(shù)的行業(yè)人員提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電氣集成系統(tǒng)；電氣功能測(cè)試；硬件在環(huán)測(cè)試（HIL）；網(wǎng)絡(luò)測(cè)試；診斷測(cè)試；電磁兼容

中圖分類號(hào)：U467.526? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）09-0070-04

Research and Application of Automobile Electrical Integration System Test

LIU Xiaojun，LI Junling

（Jianghuai Automotive Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

【Abstract】The test of automotive electrical integration system is an important part of the development of electrical system，which can find the risk problems in the design and development of automobiles in time and improve the quality of products.This paper mainly introduces the test process and content of automotive electrical system，which provides a reference for personnel engaged in relevant technical industries.

【Key words】electrical integration system test；electrical function test；hardware-in -the-loop（HIL）；network test；diagnosis test；EMC

伴隨著汽車智能化水平的日益發(fā)展，汽車電氣集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度也在不斷加深。為了提高汽車產(chǎn)品品質(zhì)，電氣集成測(cè)試已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。汽車電氣集成系統(tǒng)測(cè)試主要分為五大方面：電氣功能測(cè)試、電源管理測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、診斷測(cè)試、電磁兼容測(cè)試。其中電源管理測(cè)試又分為起動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試、電平衡測(cè)試、靜態(tài)電流測(cè)試、電器負(fù)載與短路測(cè)試、失效模式與搭鐵性能測(cè)試。本文主要對(duì)上述幾種測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行基本闡述，從而給汽車電氣集成開(kāi)發(fā)人員提供參考依據(jù)，用于規(guī)避設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中存在問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

1? 電氣功能測(cè)試

電氣功能測(cè)試分為硬件在環(huán)（HIL）臺(tái)架測(cè)試和整車電氣功能測(cè)試。HIL臺(tái)架測(cè)試主要是在臺(tái)架上搭載整車相關(guān)的電氣零部件，通過(guò)模擬外圍傳感器和執(zhí)行器來(lái)檢測(cè)整個(gè)電氣功能是否正常，同時(shí)也可以注入故障模式來(lái)檢測(cè)零部件是否符合預(yù)期的要求。應(yīng)用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)建模，通過(guò)測(cè)試機(jī)柜主處理器、I/O板卡、內(nèi)部設(shè)備調(diào)理電路將仿真模型與控制器相連，同時(shí)在上位機(jī)上通過(guò)調(diào)整各個(gè)參數(shù)來(lái)模擬極端工況，驗(yàn)證控制器的正確性。整車電氣功能測(cè)試主要是在實(shí)車上進(jìn)行電氣功能驗(yàn)證。整車電氣功能測(cè)試包括：①電源分配系統(tǒng)測(cè)試，測(cè)試用電器在整車電源工作模式是否與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，例如在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)LOCK擋、ACC擋、ON擋、START擋下電器件工作模式；②電氣功能控制邏輯測(cè)試，包括零部件自身子系統(tǒng)測(cè)試層級(jí)以及零部件與零部件之間的電氣集成系統(tǒng)層級(jí)的測(cè)試。

以江淮某款車型為例，電氣功能控制邏輯測(cè)試按整車域來(lái)劃分測(cè)試。動(dòng)力域測(cè)試主要是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、變速器控制單元、電子轉(zhuǎn)向和制動(dòng)策略功能測(cè)試。車身域測(cè)試包括車身附件電子類的功能測(cè)試。信息娛樂(lè)域測(cè)試包括儀表和音響、空調(diào)的功能測(cè)試。智能駕駛域功能測(cè)試包括自適應(yīng)巡航、車道偏離、車道保持類等功能測(cè)試。通過(guò)電氣功能測(cè)試，驗(yàn)證用電器在相關(guān)邏輯測(cè)試中是否與電氣功能規(guī)范相符合。

2? 起動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試

起動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試是指接通車輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)量起動(dòng)電流、電壓以及蓄電池正極到起動(dòng)機(jī)B+的電壓降變化。通過(guò)圖1測(cè)試示意圖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以江淮某款車型起動(dòng)采集數(shù)據(jù)（表1）為例，通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷對(duì)蓄電池、起動(dòng)機(jī)、線束線徑設(shè)計(jì)選型是否合理。

1）蓄電池容量能否滿足啟動(dòng)要求。容量過(guò)高會(huì)造成成本浪費(fèi)，容量過(guò)低會(huì)降低蓄電池的使用壽命。

2）線束選型驗(yàn)證。線徑選型過(guò)大會(huì)造成成本浪費(fèi)，選擇過(guò)小會(huì)加劇線束的老化和燒蝕風(fēng)險(xiǎn)。

3）啟動(dòng)回路的壓降驗(yàn)證。導(dǎo)線壓降值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)困難，設(shè)計(jì)則需要考慮重新布置線束走向，盡量減少線束長(zhǎng)度，同時(shí)優(yōu)化線束端子的壓接工藝。

3? 電平衡測(cè)試

電平衡測(cè)試是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行情況下，整車電氣系統(tǒng)用電和需求是否能保持平衡，使蓄電池電量維持在合理的水平，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命和確保車輛電器件正常工作。電平衡測(cè)試試驗(yàn)一般在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室，模擬夏季高溫環(huán)境下，車輛分別在怠速工況和NEDC工況下開(kāi)啟車輛相關(guān)的用電設(shè)備。以江淮某款車型為例，參考表2，包括開(kāi)啟遠(yuǎn)近光燈、危險(xiǎn)警告燈、音響、空調(diào)、位置燈及室內(nèi)燈，驗(yàn)證電平衡試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)量發(fā)電機(jī)發(fā)電電流、整車電氣系統(tǒng)用電電流、蓄電池充放電狀態(tài)等數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力是否滿足整車用電設(shè)備使用要求以及發(fā)電機(jī)和蓄電池之間的選型是否合理。圖2為江淮某款車型電平衡測(cè)試數(shù)據(jù)。

4? 靜態(tài)電流測(cè)試

靜態(tài)電流測(cè)試是指車輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在OFF擋時(shí)，測(cè)量掛接在蓄電池常電下用電器消耗的電流，見(jiàn)圖3。通過(guò)合理控制汽車電量消耗，才能確保蓄電池不會(huì)虧電。一般要求車輛靜置停放42天仍能正常啟動(dòng)。根據(jù)各個(gè)車型蓄電池的選型不同，靜態(tài)電流限值也不一樣。靜態(tài)電流檢測(cè)常用的方法主要有：萬(wàn)用表檢測(cè)法、電流鉗檢測(cè)法、電性能檢測(cè)采集設(shè)備檢測(cè)法。靜態(tài)電流測(cè)試一般分為3個(gè)階段：第1階段車輛熄火后，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在OFF擋后，此階段電量消耗大，大約過(guò)2～3min進(jìn)入第2階段輕度休眠階段，此階段用電設(shè)備消耗電流急劇下降，第3階段大約過(guò)10min后進(jìn)入深度休眠階段，用電設(shè)備靜態(tài)電流達(dá)到一個(gè)最低狀態(tài)。通過(guò)靜態(tài)電流值測(cè)量，驗(yàn)證整車蓄電池容量值是否滿足整車電量使用要求。

5? 電器負(fù)載與短路測(cè)試

電器負(fù)載測(cè)試分為單負(fù)載測(cè)試和全負(fù)載測(cè)試。單負(fù)載測(cè)試主要測(cè)試電器件單個(gè)負(fù)載電壓、電流以及持續(xù)時(shí)間。全負(fù)載測(cè)試主要是測(cè)試熔斷絲下所有負(fù)載打開(kāi)后的電壓、電流及持續(xù)時(shí)間。通過(guò)負(fù)載測(cè)試，驗(yàn)證熔斷絲是否合理，對(duì)原有熔斷絲理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行驗(yàn)證修正。圖4為某車型負(fù)載電器負(fù)載值統(tǒng)計(jì)。短路測(cè)試分為絕對(duì)短路測(cè)試和部分短路測(cè)試。絕對(duì)短路測(cè)試模擬用電器線束回路完全與車身短路搭鐵的場(chǎng)景，此種情況下一般短路電流非常大，熔斷絲一般都可熔斷。部分短路測(cè)試模擬用電器線束回路間歇性與車身短路搭鐵測(cè)試場(chǎng)景，一般在用電器接插件處加載熔斷絲額定容量的1.35倍和2倍的電流來(lái)模擬部分短路測(cè)試。在短路測(cè)試過(guò)程中需要記錄熔斷絲的熔斷時(shí)間。圖5為某車型短路測(cè)試值統(tǒng)計(jì)。通過(guò)短路測(cè)試，驗(yàn)證熔斷絲與導(dǎo)線匹配是否合理。

6? 失效模式與搭鐵性能測(cè)試

失效模式測(cè)試是指熔斷絲失效或者搭鐵失效后，整車用電器是否還存在潛藏電路。測(cè)試這些潛藏電路是否會(huì)影響車輛功能方面的安全。如果存在影響車輛電器件功能使用安全，則需要在電氣原理設(shè)計(jì)上進(jìn)行規(guī)避。另外還要考慮潛藏電路中的導(dǎo)線是否能承受相關(guān)的潛藏電流。如果不能承受，則通過(guò)更改線徑等方法進(jìn)行優(yōu)化。搭鐵測(cè)試是對(duì)搭鐵性能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證整車上各個(gè)搭鐵點(diǎn)搭鐵阻值。一般采用毫歐表或者搭鐵電阻儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，斷開(kāi)蓄電池負(fù)極后再測(cè)量蓄電池負(fù)極樁頭到搭鐵點(diǎn)之間的電阻值。對(duì)于搭鐵阻值偏大的搭鐵點(diǎn)通過(guò)對(duì)電器搭鐵點(diǎn)位置、搭鐵螺栓性、搭鐵端子等方面進(jìn)行優(yōu)化。

7? 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)測(cè)試主要包括網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試、物理層測(cè)試以及數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試。目前江淮汽車網(wǎng)絡(luò)管理為OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理。OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理采用邏輯環(huán)策略管理車上各個(gè)ECU節(jié)點(diǎn)工作、休眠喚醒、錯(cuò)誤模式之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試包括喚醒網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、休眠網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、多節(jié)點(diǎn)建環(huán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、新增節(jié)點(diǎn)建環(huán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、節(jié)點(diǎn)丟失建環(huán)測(cè)試、Bus off測(cè)試。圖6為江淮某車型網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試用例報(bào)告。物理層測(cè)試包括各個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)波形圖幅值、斜率、CAN高和CAN低短路測(cè)試、CAN高與CAN低過(guò)壓和欠壓測(cè)試。數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試包括幀周期測(cè)試、報(bào)文長(zhǎng)度測(cè)試、報(bào)文重發(fā)能力測(cè)試、消息傳輸類型測(cè)試。

8? 診斷測(cè)試

診斷測(cè)試基于診斷協(xié)議ISO 14229（UDS），通過(guò)CANdelaStudio編寫的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)配合CANoe來(lái)調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)ECU進(jìn)行診斷。圖7為某車型診斷測(cè)試用例報(bào)告。在協(xié)議層上，通過(guò)Diva自動(dòng)化測(cè)試軟件，測(cè)試控制器能否讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)的DID以及記錄DTC故障碼是否完善。在功能層面上，通過(guò)調(diào)用測(cè)試機(jī)柜板卡進(jìn)行模擬相關(guān)的錯(cuò)誤，例如測(cè)試控制器電源短路、電源斷路、電壓過(guò)高、電壓過(guò)低，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送指令讀取相關(guān)的DTC信息是否與控制器診斷規(guī)范一致。在EOL下線診斷測(cè)試中，下線檢測(cè)儀能正確寫入ECU相關(guān)信息，如零部件圖號(hào)、軟件版本、生產(chǎn)日期等。另外對(duì)控制器進(jìn)行標(biāo)定學(xué)習(xí)以及控制器I/O口模擬輸入/輸出執(zhí)行是否正確。售后服務(wù)市場(chǎng)，相關(guān)DID和DTC能否正確讀取。

9? 電磁兼容測(cè)試

電磁兼容測(cè)試研究汽車各個(gè)電器件在同一電磁環(huán)境下是否都能正常工作，主要包括兩方面內(nèi)容：EMI——電子設(shè)備對(duì)其它電子設(shè)備的干擾，EMS——電子設(shè)備抵抗外界干擾的能力。電磁兼容試驗(yàn)包括零部件和整車試驗(yàn)。零部件測(cè)試包括靜電放電抗擾試驗(yàn)、輻射發(fā)射、沿電源線的傳導(dǎo)發(fā)射、信號(hào)線傳導(dǎo)發(fā)射、自由場(chǎng)抗擾、BCI抗擾、電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾、信號(hào)線瞬態(tài)抗擾。整車測(cè)試包括整車輻射發(fā)射、整車自由場(chǎng)抗擾、整車BCI抗擾、整車靜電放電、保護(hù)車載接收機(jī)的輻射發(fā)射。圖8為整車電磁兼容測(cè)試場(chǎng)景圖。

10? 結(jié)束語(yǔ)

總之，通過(guò)本文對(duì)電氣系統(tǒng)集成測(cè)試的介紹，使電氣集成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員對(duì)相關(guān)的測(cè)試流程和方法有了基本了解。未來(lái)隨著汽車電子電器集成化進(jìn)一步發(fā)展，電氣集成系統(tǒng)測(cè)試也會(huì)越來(lái)越自動(dòng)化和全面化。電氣系統(tǒng)集成測(cè)試將會(huì)一直貫穿著整車電子電器開(kāi)發(fā)始末，在提高汽車電氣系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)中起到積極的作用。

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（編輯? 楊? 景）