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3
技朮交. Technical Communication
汽车电器在极限工况下的鲁棒性研究
孙坤
(宁波吉利汽车研究开发有限公司路特斯项目研究院，浙江宁波315336)
摘要：汽车电器在极限工况下的顾客感知及性能表现关系到汽车的耐受性及上市后的口碑，可以在短时间内体现汽车电器在整个生命周期的性能稳定性，在现代汽车的测试中具有很重要的作用$通过汽车电气鲁棒性的研究，能够提高汽车电器的耐受性，降低售后顾客的抱怨率，提高车辆在市场上的表现及汽车的市场占有率$2
要整车电器在几个极限工况下的鲁棒性表现，整车电气鲁棒性研究的必要性，时对鲁棒性测试方法进行了一定的阐述，以提高对汽车电气鲁棒性重要性的理解$
关键词：电气；极限工况；鲁棒性
中图分类号：U463.6文献标志码：8文章编号：1003-8639(2021)02-0036-05
Research on Robustness of Automotive Electrical Appliances Under Extreme Operating Conditions
SUN Kun
(Ningbo Geely Automobile Research and Development Co.,Ltd.,
Lotus Program Research Institute,Ning Bo315336,China)
Abstract：The customer experience and performance of automobile appliances in extreme operating conditions are related to the automobile tolerance and the public praise after the launch,which can reflect the performance stability of automobile appliances in the whole life cycle in a short time and play a very important role in the test of modern automobiles.Through the research on the robustness of automobile appliances,the tolerance of automobile appliances can be improved,the complaint rate of after-sales customers can be reduced,the performance of vehicles in the market and the market share of such cars can be improved.This paper focuses on the performance of the vehicle's electrical robustness under several extreme operating conditions to explain the necessity of the research on the vehicle's electrical robustness.At the same time,it explains the test methods of the robustness,wh
ich can improve the understanding of the importance of the vehicle electrical robustness.
Key words：electrical safety；extreme operating conditions;robustness
孙坤，男，硕士，工程师，主要从事汽车电气
属性开发及测试方向的研究。
目前，国内对整车电器的鲁棒性研究比较少，造成研究不成体系，测试很不完善。特别是电气鲁棒性关系到整车电气安全，针对电气鲁棒性的研究在国际一流车企中已经开始进行了一系列开发性研究，但国内对整车电气性能的研究还只关注在常规电性能方面，如整车电平衡性能、
整车静态电流测试!1"、线束负载测试及熔断丝匹配性测试等。只有部分车企进行一些零散的电气鲁棒性研究，主要集中在系别及零部件级别的鲁棒性研究，比如电器零
部的过电测试、电流测试、性测试等，关注点在常规电性能方面，主要电气系能-目。文主要研究的对象是整车电器在限工况下的电性能表4是在整车电器满整车能目的前下，禺整车电气安全水平[21，的体，卩
，本文及到的整车级别的电气鲁棒性
研究，整车电气鲁棒性对整车电气安全有性[3)，整车电气鲁棒性研究常要。国内车企业对这方
面的研究刻不，本文是电气鲁棒性、电气鲁棒性的工况、整车鲁棒性的测试方及等
个方面进行阐述。
!什么是鲁棒性
1.1汽车电气鲁棒性研究的目的
鲁棒性研究主要是了车的电气安全4电气不到对电气在前
4车辆满在极限工况下也不的能异常能4主要体在下方面车电子电器安全车满的要车在的负下，性车在内的能安全性车的4低抱。
1.2车电气鲁棒性研究的范围
区别于传的电性能体系，以下对极限工况下的电性能简称为ELP(Electrical Performance) 4ELP的研究范围主要对象是整车电气系统4属于整车电气属性的范畴4在整车电气经集成证、系证、能验证之后4在整车上对整车电气进行限工况证4在车开发中属于V型开发中的后端4是对车电气开发的验收项目4如果ELP出
题4车不能上市销售4如图1所示。
收稿日期：2020-08-10
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K
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[Integration ]
TT
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3333M L M
K 53
33E
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23
肓'
图1 ELP 研究的范畴
Attribute ] Function ]
[ System 本文主要针对传统汽车从以下5个方面对整车电气鲁棒 性进行研究：Reverse polarity （整车反极性测试），24Vjump-
start （24V 跳起动）,Regulator Failure-overvoltage （发电机调
节器失效-过电压）a Regulator failure - Short Circuit （发电机
调节器失效-短路）,Regulator failure-No charging （发电机 调节器失效-不充电），这5个方面包括了整车电器在使用过
高尔夫7什么时候上市程中可能会出现的典型故障及失效模式，并且是可能会出现 严重后果的失效，模拟了整车在使用过程中的典型场景，并 且会对用户使用感受产生影响，即会造成用户抱怨的吉利跑车报价
。
2鲁棒性研究的典型极限工况2.1整车反极性工况
模拟蓄电
极反A 车电器
个-14V 的电压60s （断开原车蓄电"，试验后检查整车电器
功能和硬是
了用户在使用车辆的
过程中， 会 电 使用蓄电池进行的， 失造成车的用电器
反电压；试验的
的是 试验对是否能受-14V 的电压水平60s ，并能
要的功能 。
是针对 车电气 统的要 , 是 要
接在电上的
器、用电器 及系统 反极性电压的能 , 在进行整车反极性电压测试 要 电器
过反极性测试, 会造成整车反极性测试失
整车反极性测试 及的主要 :32路
,
100D/&以
，能
车辆硬 ，测量CAN 、Flex Ray & LIN
功
压电 , 反 电压使用
, 试验过程中的
， 试验 及 功能；电电压感器，
, 路器、OBD
器 注：由于反向电压对发电机有破坏性，在试验 开发电机。
2.2 24V 跳起动
主要模拟在野外或者长途公路上车抛锚后，可
以通过 商用车搭电起动， 商用车电气统24V 统，果在起动过程中没 护，不无法起动车辆还会破
坏起动车 的电气系统，此 即是验证在此
下整车电气统的表现，果车可以在24V 情下进行 起动且 不造成顾客可感知的功能丢失即可认试验成功。
在开发阶段就要对整车电气统 进行开发要求 满足24V 情下的护，同对和起动相关的 ，要在24V 起动 的 ， 24V 电压对 汽车12V
电气统较的破坏性，以在lmin 内果车没有起
动， 立即 开24V 电，以免破坏整车电气 统°
起动过程的大电 特性， 要两个12V 电 串联实现24V 起动电压 入起动机，同
模拟整车电器在起动
过程中的电压特性，在整车电器电 主干 两端 入24V
压电
2.3发电机调节器失效-耐高压
怠速情 下，模拟发电机调节器失效，
车电器 个20.2V 的电压lh ，试验后检查整车功能和
、
硬 是
20.2V 电压来 实际测试过程中，在发电机调节器失效模式下发电机调节器调节过后的实际电压，
经反复试验，20.2V 可以模拟 对整车电器的耐受要
本测试的的是
整车电气统是满足一个20.2V 的电
压60min ，并且在试验后没功能失效。
在车起动前先在电两端并联一个大功
电
，调节电压至14V ，起动车后开电，这只有直 压电 入整车电气 统， 后继续调节电 电压至
lotus汽车20.2V 人 高车用电器的电压，以用电器
的功会非性增加，这就要外部电路要大功，即稳
风云二代
压电端要满足3DW 以上的功率，同检查整个电路的导
线， 安性。
危险 ，试验 FMEA 失效分析，对出
现的各种危险情 相应的应对方案，需在专家及经验
的工程师指导下进行。
2.4发电机调节器失效-短路工况
在车动态 下，模拟发电机调节器失效-
调节器短路，发电器输出一个不规 的螺旋上升的电压，当
电压上升 定阶段， 励磁电压及发电机 身的功 能
限制，电压会在一定范围内受 抑，会出现一个在高水
的电压（20〜24V ）,
发电机发电电压较高，
电充电电
，在短 内电的 速上升, 在 电 危险
试验 （ 电
特性, 电 及相关 ） 试验的 的是
在发生 的发电机调节器短路 后, 顾客的感受及整车电
器表现。
危险 ，试验 FMEA 分析，对出现的
各种危险情 相应的应对方案, 在专家及 经验的
程师指导下进行
整车发电机调节器短路测试 及 的主要 32路
者
器， 100D/&以上, 能 车 硬
, 测 CAN Flex
Ray & LIN
预处理的 用发电机调节器 ，
试验过程中的 ， 试验 及 功能；电
电压
感器， ，路器、OBD
器 专用试验场
2.5发电机调节器失效-不充电
模拟发电机调节器失效, 在动态情 下, 发电
机不 电充电，只依靠电 身的电，整车在
50km/h 的匀速 下能够行的最 和最 （试验过程中5mi n 检查 影响行安的电器功能）
试验
的 的是 了验 在 电 充满电的情 下, 在 感 安功能受影响前，车辆行的最 及最
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模拟在高速公路或者长途行车时，顾客发现车辆提示充电失 败的情况时/车辆可以使用蓄电池已有电量安全地行驶到下 —个服务区或维修站。
以上5个鲁棒性研究工况均为车辆电器的极限工况，也 是车辆在整车行驶及使用过程中可能出现的异常情况，这些 异常情况的研究可以在设计阶段进行相应的设计风险规避， 保证整车的电气安全，避免
在以上极工况下顾客的及车辆的异常危险 ｛提高车辆的 性及适应性，减低顾客的 ，提 品品质及市场好评度。
3鲁棒性研究的试验方法
鲁棒性研究为开发性 研究， 的 及 均需
过 的 证，到可行的 ，时在测试的过程中 保证 全， 是 及车辆全。3.1整车反极性试验方法
3.1.1
整车 是 的
—,
全车功能是 常， 整车 电，连器， 器 规则应整车 相 器
及 行器相
3.1.2试验示
(图2)
图2反极性试验示意图
3.1.3
1)
开发电电 。2) 开 及总线数据，开启录像记录仪表
及
3) 开
电源的-14'电压连接到车辆的正
负极 60s 。
4) 60s 开电源，保 ，奉
5) 检查全车电器功能，测试整车静态电流，读取DTC 等信息。
6) 出 及 以
3.1.4
1) 评整车电气
是 能够承受-14'的反向电压冲击。2) 过程中出现的任何异常现象均需要进行采集
—性
3) 应包含车辆基本信息、布点信息、实验步骤及 测试人员信息。
4) 应包含试验前后硬件及软件对比分析、数据分析。5)
应包含车辆电器能影响
各个关键电
器件的影响 以及整车静态电的影响
。
6) 应给出
评结果及建议/并经专家评审确认。
3.2 24'跳起动3.2.1试验前准备
调节 器位 及 量，2个串联12'蓄电池预处理， 分别进行充电，使串联电 在24/25'之间，确认不超过 25'，以免 整车电气 造成额外损害。
全车能是 常， DTC ，整
车 电，调整 电路，在起动电 串联预处
理 的2个串联12'蓄电池，在整车电 入大功率
直流电3.2.2 示意图(图3)
3.2.3
柴油为什么这么贵1) 开 及总线数据，开启录像记录仪表
及
2) 24'直流稳压电源调节到24'，并接通电源开关，试
验开
3) 15s 钥匙放入车辆内
4) 30s 开起动车辆，如果车辆起动成/ 60s 时
结束 ；若车辆起动 成/ 在30〜60s 时间内继续起动
操作直至60s 结束 。
5) 并保 ,6) 恢车辆 状刀根车辆能 全车电器功能状态/测试整车 电 , DTC
1) 出采集 及 以便分析。
3.2.4
1)
参考3.1.4。
2) 过程中出现的任何异常现 均 要进行采集
—
性
3) 过程中需监起动 的情况，包括车身
器BCM 信号、发动ECM 变速器 'DDM 及 钥匙 /因为这些 是起动过程中必须的信号，如果24'起动 成 , 以上 是 常发出3.3发电调节器失效-耐高压鲁棒性试验
3.3.1
常规要求与3.1.1的要求保持一致。
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蓄电池端需安装断路器+在车辆起动后断开蓄电池以保护蓄电池。
试验前FMEA分析，对各种失效模式及风险项制定相应对策，特别关注人员、车辆及设备安全。
3.3.2试验示意图（图4）
发电机调节器失效-耐高压鲁棒性示意图图4
3.3.3试验步骤
1）开始读取软件数据及总线数据+开启摄像头+记录仪表及屏幕信息。
2）起动车辆，开始试验。
3）接通外接直流稳压电源，并调节到14）。
4）断开蓄电池电源，并调节直流稳压电源电压至20.2）。
5）60min后+停止记录数据并保存+停止录像。
6）恢复车辆接状态。
刀据车辆表，全车电器功能状态，测试整车电流，读取试验后DTC信息。
6）集数据、录像及总线数据以便分析。
3.3.4试验后分析
1）试验后数据分析参考3.1.4。
2）试验过程中，CSD及HUD黑屏为正常状态，试验后需。
3.4电调节器失效-短路鲁棒性试验方法
3.4.1试验前备
3.1.1保。
需前对电调节器+为发电机调节器电源端分别接线，线引+在线头分别开关断（保护线）+员可以在车辆过程中对电器调节器路。
在蓄电池表面粘贴温度传感器，时刻监控蓄电池温度，保安全。
试验前FMEA分析，对各种失效模式及风险项制定相应对策+特别关注人员、车辆及设备安全。
3.4.2试验示意图（图5）
图5发电机调节器失效-短路鲁棒性示意图
3.4.3试验步骤
1）开始读取软件数据及总线数据，开启摄像头，记录仪表及屏幕信息。
2）起动车辆，开始试验，开启电器。
3）关电调节器路开关，调节器路，
怠速5mi n后，车辆开始动试验，动保2000r/min，保持5min o
4）到车辆电器 +、雨刮、、制动、车+需在1min。
5）以，在过程中，蓄电池+当蓄电池到险别（65!）车辆
及险现象+停止试验。
6）停止记录数据并保存+停止录像。
7）车辆接。
6）据车辆表，检查全车电器功能状态，测试整车静态电流，读取试验后DTC信息。
9）集数据、录像及总线数据以便分析。
3.4.4试验后分析
1）试验后数据分析参考3.1.4。
2）记录试验过程中现所异现象。
3.5电调节器失效-不充电试验
3.5.1试验前备
3.1.1保。
调器位置。
试验前FMEA分析，对各种失效模式及风险项制定相应对策，特别关注人员、车辆及设备安全。
3.5.2试验步骤
1）蓄电池需充电24h，将试验车辆缓慢移至试验场。
2）开始读取软件数据及总线数据，开启摄像头，记录仪表及屏幕信息，起动车辆，开始试验。
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新宝马33
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3） 5mi $怠速静置％调节用电器：空调自动挡。
4） 开始以50km/h 的速度在试验场内进行试验，只使用
驾驶必须的电器功能，每5mi$回到出发点一次检查功能。
5） 每次检查功能的时间为2mi$，检查的功能只涉及到
驾驶安全的功能，女小助力转向、转向灯、制动功能、驻车
功能、雨刮及远近光等。
6） 检查功能之后，在15s 内把车速加速」50km/h 继续动
态循环。
7） 在整个过程中记录仪表出现的任何故障提示，记录
车 出 的
。
=）直到出 车 安全行驶的功能出现，且不可继
续进行为止，停止试验。
9） 恢复车
态，为馈电蓄电池充电，使其能起
车。
10） 车辆功能检查=检 全车电器功能状态，测
试整车态 =
试验后DTC 等
。
11 ） 出 、 录 及 以 。3.5.3试验后分析
D 试验后
3丄4。
2） 试之 之后，如
功能被永久损坏，记录
功能
。
3） 试验过程中， 1进行 记录。
表1 No-ch （）*in*事件记录表Event
Time (min )Distance (km )!batt (V )
4数据分析示例
4.1 态
6、 7为试验 后 态 。 试验 及试验后 态
在一 =
为13mA , 在试验后态电
试过程中，出 次 ，个 个
在 , 且 次出 ,
在试验后
,
次 试
— = 且
置。
4.2
当仪表黑屏，试验车辆已经进行了 16个循环的试验，从
200
400
600
800 1000 1200 1400
时间/s
图6试验前静态电流quiescent c urrent and voltage nieaaufement, Batlery Voltage and Curmnt
1312.5
图7试验后静态电流
图=可以看到在每个循环结束时检查功能时候=由于
了迎面风，造成车 用 量急剧上升（散热风扇开启）=经
过16个循环，117（i $之后， 压最低达到6.7V ，出现
了制 失灵、转向助力失效、无法换挡、仪 等 驾
驶 功能失效，车辆行驶里程通过2可以看出已达57km , 表现不错。
14
00
4002Regulator failure ・ No charging ・2・ Battery Voltage and Current
耐
时O
60
O
00
400
120010图8不充电鲁棒性
5鲁棒性在车型开发中的实现路径
5.1整车目标制
实整车鲁棒性性能，首先制整车鲁棒性目
标，比如 整车、器架构及销售市场 求，制定
鲁棒性 达到目标 。
5.2零部目标制
整车鲁棒性目标=
解到零部件及系统级别，然后
在部开中对所零部 器开 求进行规=把开
目标求 到供商进行功能实，供商供相
设计方案，
时 供验证计划，经批准后进行技术开发，在
对阶段供相
试验报告。
5.3鲁棒性性能验收
在零部 设计目标达成及验证合格
对整车进行
整车鲁棒性验证，检查 否达到整车鲁棒性目标，为签发属
性目标做准备。 （下转第43页）
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