低壓電氣系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化研究

楊國(guó)樑， 苗 鑫， 譚金超， 豐彥冬

（中汽研（天津） 汽車工程研究院有限公司， 天津 300300）

隨著科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，以及國(guó)內(nèi)外政策的引導(dǎo)和要求，汽車正在向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展。汽車電子的成本占比逐漸提高，電氣系統(tǒng)引起故障的比率也逐漸增加。

新能源汽車中電子成本占比高于傳統(tǒng)車型，新能源汽車滲透率快速提升是汽車電子市場(chǎng)增長(zhǎng)的強(qiáng)勁動(dòng)力。根據(jù)蓋世汽車數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)車型、混合動(dòng)力車型汽車電子成本占比分別為65%、47%，遠(yuǎn)高于中高檔燃油車型、緊湊車型的28%、15%。

歐盟將在2035年起通過(guò)禁止生產(chǎn)新的燃油車以加快汽車電氣化轉(zhuǎn)型。歐洲和亞洲的部分國(guó)家、歐洲和北美洲及中國(guó)的部分城市在交通運(yùn)輸業(yè)，相繼以法規(guī)或計(jì)劃形式宣布在2025～2040年間停售燃油車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)電氣系統(tǒng)可靠性提出更高要求。當(dāng)前中國(guó)自動(dòng)駕駛已進(jìn)入落地關(guān)鍵期，技術(shù)已并跑乃至領(lǐng)跑全球，但中國(guó)高等級(jí)自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展仍面臨制約，挑戰(zhàn)包括如何提高電氣系統(tǒng)可靠性，確保人身及車輛安全。

1 低壓電氣系統(tǒng)常見(jiàn)性能問(wèn)題分析

整車電氣系統(tǒng)的性能缺陷將引起諸多問(wèn)題。低壓方面常見(jiàn)的問(wèn)題有車輛虧電、低溫?zé)o法啟動(dòng)等，此類直接影響用戶體驗(yàn)，售后反饋問(wèn)題較為集中。更為嚴(yán)重的是，如果線束、負(fù)載、熔斷器匹配不合理，將直接導(dǎo)致線束燒損，進(jìn)而燒車，嚴(yán)重危害行車安全。針對(duì)以上問(wèn)題產(chǎn)生的原因，本文進(jìn)行詳細(xì)的分析并提供系列的試驗(yàn)方案。高壓負(fù)載線束及熔斷器初步選型見(jiàn)表1。

表1 高壓負(fù)載線束及熔斷器初步選型

2 低壓電性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化必要性說(shuō)明

2.1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研

國(guó)內(nèi)外的車企針對(duì)低壓電氣系統(tǒng)均有明確的性能要求及試驗(yàn)方法，雖然試驗(yàn)方法的差異比較大，但其中暴露的電性能問(wèn)題卻大同小異，因此，各車企期待出臺(tái)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以統(tǒng)一行業(yè)共識(shí)，指導(dǎo)電性能的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。目前現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法系統(tǒng)驗(yàn)證整車電氣系統(tǒng)的性能。如：GB/T 28046.2[1]關(guān)注零部件級(jí)的電性能試驗(yàn)；GB/T 21437.2關(guān)注沿電源線的電瞬態(tài)干擾試驗(yàn)方法；GB/T 31465關(guān)注熔斷器試驗(yàn)方法；GB/T 12535關(guān)注汽車啟動(dòng)性能試驗(yàn)方法。

以上標(biāo)準(zhǔn)大部分只針對(duì)零部件層級(jí)或整車級(jí)的某一方面性能，無(wú)法全面系統(tǒng)地反映整車低壓電氣系統(tǒng)的性能，故《道路車輛 低壓電氣系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)亟待發(fā)布。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)適用性及收益

為適應(yīng)發(fā)展的需要，乘用車、商用車、非道路車輛等不同類型的車輛均需定義低壓電氣系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法。其中，乘用車包括燃油車、純電動(dòng)汽車、混動(dòng)汽車以及燃料電池汽車；商用車包括小型客車、輕卡、重卡等類型；工程機(jī)械等非道路車輛可參照?qǐng)?zhí)行。整車電氣系統(tǒng)雖與法規(guī)非強(qiáng)相關(guān)，但已成為汽車電子電器開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可靠的電性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將有助于車企大幅度的提高性能水平。電氣系統(tǒng)性能具體包括功能性、匹配性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

1） 功能性：部件的性能水平不應(yīng)影響其功能的實(shí)現(xiàn)。

2） 匹配性：不同部件之間需考慮選型匹配性。

3） 經(jīng)濟(jì)性：在實(shí)現(xiàn)電氣功能的基礎(chǔ)上，考慮部件選型對(duì)成本優(yōu)化的影響。

4） 安全性：避免選型不當(dāng)導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)、極端工況或異常工況下的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 低壓電性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容簡(jiǎn)述

3.1 標(biāo)準(zhǔn)擬解決的問(wèn)題

低壓電性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)需適用于道路車輛12V和24V低壓電氣系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法。擬解決瞬態(tài)干擾及抗擾特性、電平衡及休眠特性、線束匹配特性以及搭鐵設(shè)計(jì)的合理性等方面的問(wèn)題。各性能要求的測(cè)試項(xiàng)闡述如下。

1） 瞬態(tài)干擾及抗擾特性的測(cè)試項(xiàng)。①感性負(fù)載關(guān)斷試驗(yàn)：檢驗(yàn)感性負(fù)載關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的電壓脈沖對(duì)車輛電源、功能的影響；②拋負(fù)載干擾試驗(yàn)：模擬不同蓄電池SOC及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，檢驗(yàn)車輛發(fā)生拋負(fù)載時(shí)對(duì)電源、網(wǎng)絡(luò)及功能的影響；③車輛電壓跳變?cè)囼?yàn)：模擬車輛環(huán)境下各種典型的電壓變化（電壓不穩(wěn)定、過(guò)高或過(guò)低），對(duì)車輛功能的影響；④啟動(dòng)性能試驗(yàn)：驗(yàn)證啟動(dòng)性能。

2） 電平衡及休眠特性的測(cè)試項(xiàng)。①電平衡試驗(yàn)[2]：針對(duì)車輛的供耗電系統(tǒng)開(kāi)展電平衡試驗(yàn)，用以獲取蓄電池、發(fā)電機(jī)或DC/DC、電器負(fù)載之間電能產(chǎn)生與消耗的關(guān)系，評(píng)估電源系統(tǒng)選型的合理性；②靜態(tài)電流試驗(yàn)：獲取車輛及各控制器的靜態(tài)電流大小，檢查是否存在不必要的漏電流現(xiàn)象，評(píng)估車輛是否滿足運(yùn)輸時(shí)間要求和長(zhǎng)時(shí)間放置后的啟動(dòng)要求。

3） 線束匹配特性的測(cè)試項(xiàng)。①單負(fù)載及電源分配試驗(yàn)：驗(yàn)證負(fù)載、熔斷器、導(dǎo)線匹配及評(píng)估回路壓降；②短路及過(guò)電流試驗(yàn)：驗(yàn)證負(fù)載、熔斷器、導(dǎo)線匹配。

4） 搭鐵設(shè)計(jì)合理性的測(cè)試項(xiàng)。①搭鐵電流分布及懸浮電壓試驗(yàn)：評(píng)估搭鐵線徑選取的合理性，評(píng)估搭鐵偏移電壓的偏移；②搭鐵失效試驗(yàn)：評(píng)估搭鐵失效時(shí)負(fù)載的工作狀態(tài)。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

低壓電性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將涵蓋技術(shù)要求及試驗(yàn)方法兩部分內(nèi)容。技術(shù)要求將定義各試驗(yàn)項(xiàng)的定量或定性評(píng)價(jià)指標(biāo)；試驗(yàn)方法將詳細(xì)定義試驗(yàn)條件、測(cè)量設(shè)備、車輛條件及具體項(xiàng)目的試驗(yàn)步驟及原理。電性能試驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 電性能試驗(yàn)原理圖

拋負(fù)載干擾試驗(yàn)包含了一般工況下及最大負(fù)載工況下的拋負(fù)載試驗(yàn)。前者模擬蓄電池脫落，后者模擬發(fā)電機(jī)或DC/DC滿載輸出狀態(tài)下拋負(fù)載動(dòng)作，相對(duì)嚴(yán)苛，該試驗(yàn)性能要求如下。

1） 拋負(fù)載過(guò)程中的沖擊電壓的幅值及脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)不超過(guò)GB/T 28046-2—2019中4.6.4.2的表6推薦的參數(shù)限值。

2） 電氣系統(tǒng)以及功能在試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)發(fā)生永久損壞，車輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)至少達(dá)到GB/T 28046.1定義的C級(jí)。

3） 網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀或錯(cuò)誤幀不應(yīng)對(duì)車輛造成影響。

4） 不應(yīng)產(chǎn)生未定義的診斷故障代碼。

電平衡試驗(yàn)性能要求見(jiàn)表2，表中a代表其他特殊工況，可由供需雙方協(xié)商確定。

表2 電平衡試驗(yàn)性能要求

單負(fù)載試驗(yàn)獲取車輛電器負(fù)載各工況下的真實(shí)功耗參數(shù)以及回路電壓降，該試驗(yàn)性能要求見(jiàn)表3。

表3 單負(fù)載試驗(yàn)性能要求

搭鐵失效試驗(yàn)是評(píng)估搭鐵失效時(shí)負(fù)載的工作狀態(tài)。該試驗(yàn)性能要求有：①搭鐵失效不應(yīng)影響本搭鐵點(diǎn)以外其他負(fù)載的功能；②若存在潛在通路，潛在通路所在回路電流值不應(yīng)超過(guò)導(dǎo)線的設(shè)計(jì)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

低壓電氣系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)符合汽車發(fā)展趨勢(shì)，將為車企提供一套完整的低壓電氣系統(tǒng)性能測(cè)試和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛運(yùn)用于乘用車、商用車等企業(yè)，有助于提高低壓電氣系統(tǒng)性能水平，提升整車性能水平及安全等級(jí)，同時(shí)也有利于保障駕駛員、乘客及行人等生命財(cái)產(chǎn)安全。