道路车辆电气和电子部件的电气要求与性能试验研究

电气安全和性能试验

关键词：抛负载；纹波电压；瞬态欠压；均衡电流；汽车安全完整性等级；阻燃等级

编者说：
本文基于国际标准ISO 16750关于道路车辆电气负荷试验和主流车企使用的供货规范，针对3.5吨以下汽车电气和电子部件，对部件的功能状态、功能等级划分及其对应工作电压范围的要求等内容进行详细阐述；对现行标准中关于12V供电的系统电气安全和性能试验有技术内容增补和变更的部分，进行了详尽的研究，主要包括三项关键试验：瞬态欠压、电源电压的缓慢下降和上升、多电源电压均衡电流。

本期由上海市质量监督检验技术研究院高级工程师 许毅为大家进行解读。

与环境试验不同，汽车电子部件和组件的电气安全和电性能试验一般不涉及对样品后续的影响，试验序列可按任意顺序进行。对于每个试验和测试，均应指定事件内存条目和组件允许的功能状态。当试样完全启动并处于满足所有指定的功能状态时，电气试验开始。

在不违背电气试验的测试要求且采购方同意的情况下，电气试验和性能试验可在环境试验期间进行，如果试样在组合试验期间出现任何非正常情况，则应进行独立的重复试验。一组敏感参数或“关键”参数，如静态电流曲线、工作电流、输出电压、接触电阻、输入阻抗、信号速率（上升和下降时间）和总线参数等，应在性能规范中定义或与采购方协议一致。这些参数应在每次试验开始前和每次试验结束时，对其符合性进行检查。

1  功能状态

试样功能状态的要求应在试验之前、试验期间和试验之后给出。采购商应在图纸或性能规范中定义各功能状态下部件的功能行为（包括降低额定值，例如温度和电压），以及客户的感知（如：视觉、声学、触觉、热学方面）。

在任何情况下，存储功能都应始终保持在功能状态A。非易失性存储器的完整性应在任意时间均得以保证。功能状态的时间序列应在性能规范中指明。允许的事件存储条目必须与采购方达成一致，并记录在册。

在功能状态A至D中试样不允许有所损坏。在任何时间都不允许有未定义的功能。安装在试样内的电气/电子组件的允许限值范围（如：电、热、机械）不能超出数据表的规定，至少应通过参数测试（小）的要求（即，在室温和工作电压条件下试样无瑕疵功能的关键参数测试）来验证。

功能状态 A：试样满足所有指定功能。

功能状态 B：未使用。

功能状态 C：试样在暴露于试验参数期间不满足一个或多个功能。在暴露于试验参数之后，试样应即刻自动返回到功能状态A，或者通过性能规范中指定的外部触发机制返回到功能状态A。任何时间都不允许未定义的功能。

功能状态 D1：试样在暴露于试验参数期间不满足一个或多个功能。在暴露于试验参数之后，试样应通过终端开/关返回功能状态A（如有必要，在总线空闲时）。

功能状态 D2：试样在暴露于试验参数期间不满足一个或多个功能。在暴露于试验参数之后，试样应通过简单的干预返回功能状态A（如：更换故障保险丝）。

功能状态 E：试样在暴露于测试参数期间不满足一个或多个功能，并在暴露于测试参数之后应修复或更换。试样应符合美国保险商实验所（UL）公布的UL 94中V-0阻燃等级。

2  功能等级和工作电压范围

一个试样通常包含数项功能，每个功能都可配置不同的功能等级。表1列出了每个功能等级对应的功能状态（A或C）。

表1. 功能等级和工作电压范围对照表


使用功能等级的最低要求：

功能等级1：保障和维持供电所必需的功能或与起动相关的功能。

功能等级2：高可用性的功能（所指高可用性的定义：部件的功能至少达到ISO 26262《道路车辆-功能安全》系列标准[5-7]中对于电力供应所规定的ASIL A级（ASIL：汽车安全完整性等级））。

功能等级3：驾驶操作必需的功能。

功能等级4：处于“发动机关闭”或“电力系统仅从存储供电”期间必须保留的快捷功能。

功能等级5：发动机运行期间（“发动机启动”）或“电力系统处于供电时”必须提供的快捷功能。

功能等级6：诊断与通信。

3  瞬态欠压

1）目的：根据电力电子系统的状态（例如，能量存储器的可用性），接通负载时可能导致瞬态欠压。

2）测试：

① 瞬态欠压试验a

瞬态欠压a试验的配置参数详见表2和图1。

表2 瞬态欠压a试验的配置参数


图1 瞬态欠压试验a脉冲图

② 瞬态欠压b试验

瞬态欠压b试验的配置参数详见表3和图2。

表3 瞬态欠压b试验的配置参数


用于保持驾驶准备和电源供电的功能应符合严酷等级1，对于高可用性等级的功能也同样适用。


图2. 瞬态欠压b试验脉冲图

3）要求：

应符合功能等级和工作电压范围的相应要求，参见表1。

4  电源电压的缓慢下降和上升

1）目的：

模拟车辆电池在缓慢放电和充电过程中发生的供电电压的缓慢下降和上升。

2）测试：

① 电源电压的缓慢下降和上升a试验

电源电压的缓慢下降和上升a试验的配置参数详见表4和图3。

表4 电源电压缓慢下降和上升a试验的配置参数


图3 电源电压缓慢下降和上升a试验脉冲图

② 电源电压的缓慢下降和上升b试验

电源电压的缓慢下降和上升b试验的配置参数详见表5和图4。

表5 电源电压的缓慢下降和上升b试验的配置参数



图4 电源电压的缓慢下降和上升b试验脉冲图

3）要求：

试验结果的评估取决于在试验期间施加于部件的电压范围。

分为两大块：

① 在定义的部件工作电压范围内：功能状态A。

② 在定义的部件工作电压范围外：功能状态C。

5  多电源电压的均衡电流

1）目的：

对于具有彼此独立的多个电源电压输入的组件，例如，若电压由相互独立的12伏电气子系统供电，该试验确定这些供电分支的内部独立性。

2）测试：

多电源电压均衡电流试验的配置参数和电路原理示意图详见表6和图5。

表6 均衡电流试验的测试参数



图5 均衡电流试验电路原理示意图

3）要求：

在试验装置中测量的均衡电流不允许超过100μA。单个故障不能超过或损害供电支路的独立性。试验后应验证符合功能状态A的要求。

6  结语

新能源车的发展是国家在汽车产业的战略方向。当前，我国新能源汽车产销量居于全球第一，产品和技术已经基本能与国际保持同一水平。2019年国家补贴大幅滑坡，产业链各环节均承压，但新能源汽车仍被认为是未来走向汽车强国的主路线之一，是国家重点支持的产业领域。因此，建立汽车强国之路，为包括新能源汽车在内的整个汽车产业保驾护航，提供各方面更完备的配套技术支撑与检测服务尤为紧要和急迫。

本文针对3.5吨以下汽车电气电子部件、组件和模块等产品的电气负荷环境，以及12V电系统的性能试验，给出了汽车电气电子部件的功能状态、功能等级和对应运行电压范围的划分，详细解析了近年来国际主要汽车品牌供货规范中关于电气要求和性能试验内容的增补项目：瞬态欠压、电源电压的缓慢下降和上升、多电源电压均衡电流三项试验，包括实施试验的目的、条件配置及试验原理、试验后需要验证的功能与参数等方面要求。相关的检测试验研究和标准化工作将有助于推进我国汽车产业向着高质量、高技术含量的方向发展和提升。