CN105759144A - 整车电气系统的抗干扰模拟测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其包括信号源、限幅器、直流放大器、负载电路和车载电源连接器，信号源用于产生电骚扰信号，其输出端通过限幅器与直流放大器的输入端连接，直流放大器的输出端与负载电路的输入端连接，车载电源连接器用于连接直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极，车载电源连接器还用于连接负载电路的输出端与整车对外供电端口的负极。直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极间的电流变化通过一电流与电压检测探头以及示波器获取。本发明还涉及一种整车电气系统的抗干扰模拟测试方法，其包括系统标定、测试环境搭建和测试过程。本发明用于模拟测试整车电器的抗干扰性能。

Description

整车电气系统的抗干扰模拟测试系统及方法

技术领域

本发明属于汽车的电磁兼容技术领域，具体是一种整车电气系统的抗干扰模拟测试系统及方法。

背景技术

整车电气系统越来越复杂，线束系统中有各种开关、总线、控制信号传输线。用户接入汽车对外供电端口的用电器种类多样，其电磁骚扰的频率、接通与断开产生的瞬态电流分布在较宽的频谱上，导致总线通讯错误帧增加、模拟信号波形被干扰、控制器误动作，对整车电气系统产生潜在的危害。为检验整车线束在装配条件下各电器部件的抗干扰性能，本测试系统通过多种激励信号和负载产生经过标定的的骚扰电流与电压脉冲，这些脉冲通过整车对外供电端口注入整车电源和线束系统，对比注入骚扰前后的整车电器是否发生性能表现的变化或在注入骚扰脉冲的过程中操作整车电器部件可检验其抗干扰性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整车电气系统的抗干扰模拟测试系统及方法，其用于模拟测试整车电器的抗干扰性能。

本发明的技术方案如下：

一种整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其包括信号源、限幅器、直流放大器、负载电路和车载电源连接器，信号源用于产生电骚扰信号，其输出端通过限幅器与直流放大器的输入端连接，电骚扰信号经限幅器处理之后控制直流放大器工作在放大状态或是开关状态，直流放大器的输出端与负载电路的输入端连接，车载电源连接器用于连接直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极，车载电源连接器还用于连接负载电路的输出端与整车对外供电端口的负极。直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极间的电流变化通过一电流与电压检测探头以及示波器获取，信号源、限幅器、示波器的负极以及负载电路的输出端连接至一机箱上，机箱为用于屏蔽干扰的金属壳体箱，机箱与整车对外供电端口的负极、整车电源的负极连接。

进一步的，负载电路包括感性负载支路、容性负载支路和电阻负载支路，各负载支路通过切换开关选择接入的负载值。

进一步的，信号源产生间断或连续的sin信号、PWM信号，其信号的频率范围为DC～30MHz。

进一步的，限幅器包括依次串连在信号源与直流放大器之间的第二十二电阻和第二十三电阻，第二十二电阻和第二十三电阻之间通过第二十四电阻与整车电源的负极桥接，第二十四电阻并联有第二十六电容，第二十二电阻连接信号源的一端还连接有第二十五电阻，第二十五电阻通过第二十一开关选择第二十七稳压二极管或第二十八稳压二极管与整车电源的负极桥接。

进一步的，直流放大器由单个电流功率放大电路组成或多个电流功率放大电路并联而成，其具有响应频段DC～30MHz，其在信号源的控制下工作在A类放大器状态、D类放大器状态、开关状态中的一种。

进一步的，感性负载支路包括三个不同的感性负载值，其通过第四十一切换开关选择接入其中一个感性负载值或是不接入；容性负载支路包括三个不同的容性负载值，其通过第四十二切换开关选择接入其中一个容性负载值或是不接入；电阻负载支路包括三个不同的电阻负载值，其通过第四十三切换开关选择接入其中一个电阻负载值或是不接入。

一种利用所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统进行抗干扰模拟测试的方法，其包括：

一、系统标定：

首先在整车上测量接入到整车的电器在接入、断开和持续工作时产生的电压与电流脉冲波形参数，记录脉冲波形的上升时间、脉冲宽度、电压与电流幅值，然后根据这些电压与电流脉冲波形参数确定需要注入的干扰等级，并调节信号源产生的信号频率和幅值以及选择负载电路接入的负载值达到上述干扰等级的要求。

二、测试环境搭建：

搭建整车测量行驶状态和非行驶状态所需要的试验场地，检查需要测试的电器部件及其工作状态，将车载电源连接器与整车对外供电端口连接，以及将汽车总线测试设备接入整车网络并记录当前网络通讯工作参数。

三、测试过程：

将整车设置到需要测试的工作状态，将信号源产生的电信号注入到整车对外供电电源线束和整车信号线束，记录电器部件和整车网络在干扰条件下的性能参数表现，对比干扰注入前后的试验现象和性能参数变化，判断其性能表现是否符合设计要求。

进一步的，所述测试系统分别在如下条件下向整车对外供电端口注入干扰：整车从休眠到唤醒瞬间、整车闭锁且防盗系统激活状态、整车OFF档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ACC档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ON档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车静止怠速状态、加速状态、减速状态、转向状态、制动状态、倒车状态。

进一步的，电器部件的工作状态包含休眠、通电工作未驱动执行器、通电工作且驱动执行器、通电处于故障模式、请求救援状态。

本发明的系统通过信号源、直流放大器和负载电路模拟持续电流、电压骚扰或脉冲电流、电压骚扰，以及模拟多种电器产生的电磁骚扰，电流、电压的变化通过电流与电压检测探头接入示波器来标定，当注入干扰的时候检查车载电器部件的工作状态和性能是否符合设计要求、检查其输入/输出信号参数是否在设计范围之内，从而来评估整车的抗干扰能力是否符合设计要求。根据不同线束布置、不同电器部件电路设计的抗干扰能力测试结果来改善整车抗干扰设计方案并应用到整车生产中。负载电路包含各负载支路，便于组合构成预期的负载输入。

本发明提供的抗干扰模拟测试的方法，是从整车对外供电端口注入电磁骚扰，并在注入电磁骚扰的时候反复切换整车电器部件的功能，检查其功能状态是否仍然符合原来的设计状态。记录电器部件在注入骚扰前后的性能参数，对比注入骚扰前后的记录数据，从而判断其性能表现是否符合设计要求。通过试验验证和方案优选提高整车电源系统、线束系统和电器部件的抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明整车电气系统的抗干扰模拟测试系统的结构原理图；

图2为本发明整车电气系统的抗干扰模拟测试方法的原理图。

图中：1-信号源；2-限幅器；3-直流放大器；8-机箱；9-车载电源连接器；10-电流与电压检测探头；11-示波器；12-整车对外供电端口；13-整车对外供电电源线束；14-整车信号线束；15-汽车控制器；16-整车供电回路；17-蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，如图1所示，其包括信号源1、限幅器2、直流放大器3、负载电路和车载电源连接器9。信号源1用于产生电骚扰信号，其产生幅度、频率、占空比、重复周期可调的多种信号，其输出端通过限幅器2与直流放大器3的输入端连接，使得这些信号经过限幅器2后输入直流放大器3。限幅器2的作用是避免静电、输入信号导致直流放大器3释放的电流超出负载的额定功率，使直流放大器3和负载电路过载烧毁。电骚扰信号经限幅器2处理之后控制直流放大器3工作在放大状态或是开关状态。直流放大器3的输出端与负载电路的输入端连接，可以选择不同阻值、电容量、电感量的负载电路来实现不同的电流等级和不同频率的脉冲波形。整车供电回路16的电源从整车对外供电端口12接入到本模拟测试系统，将车载电源连接器9连接直流放大器3的电源驱动端与整车对外供电端口12的正极，车载电源连接器9还连接负载电路的输出端与整车对外供电端口12的负极。整车对外供电端口12以对外供电插座的接口方式为直流放大器3供电，并且将直流放大器3产生的变化电流注入到整车对外供电电源线束13。

直流放大器3的电源驱动端与整车对外供电端口12的正极间的电流变化通过一电流与电压检测探头10以及示波器11获取并进行标定，通过观察、检测整车电器部件的性能表现来评估其抗干扰能力。信号源1、限幅器2、示波器11的负极以及负载电路的输出端连接至一机箱8上，机箱8一方面具有良好的散热功能，另一方面用于屏蔽干扰，其采用金属壳体箱，机箱8与整车对外供电端口12的负极、整车电源的负极连接，可屏蔽外部电磁信号干扰直流放大器3，也可避免内部电磁信号泄漏到外部空间。限幅器2、直流放大器3、负载电路均处于机箱8中，结构紧凑，信号源1通过同轴电缆将输出信号传输到机箱8内部的限幅器2；电流与电压检测探头10通过同轴电缆连接到示波器11；车载电源连接器9通过同轴电缆连接到整车对外供电端口12。

信号源1产生间断或连续的sin信号、PWM信号，其信号的频率范围为DC～30MHz，实现多种信号输出。

限幅器2具有一定的信号衰减比率，如图1所示，其包括依次串连在信号源1与直流放大器3之间的第二十二电阻R22和第二十三电阻R23，第二十二电阻R22和第二十三电阻R23之间通过第二十四电阻R24与整车电源的负极桥接，第二十四电阻R24并联有第二十六电容C26，第二十二电阻R22连接信号源1的一端还连接有第二十五电阻R25，第二十五电阻R25通过第二十一开关K21选择第二十七稳压二极管D27或第二十八稳压二极管D28与整车电源的负极桥接，第二十一开关K21的切换实现不同的电压限幅等级。当信号源1输入正弦波的时候选择限值不超出直流放大器3放大状态的电压等级，避免直流放大器3饱和导通，意外工作在开关模式。当输入脉宽调制波的时候切换限值满足直流放大器3完全导通的电压等级，便于使直流放大器3工作在开关状态，又可避免静电损坏直流放大器3。

直流放大器3对应信号源1在DC～30MHz频段具备良好的响应特性，直流放大器3内部由单个大电流功率放大电路组成或多个性能一致的大电流功率放大电路并联而成。

负载电路包括感性负载支路、容性负载支路和电阻负载支路，通过切换开关选择不同频率-阻抗特性的负载接入电流注入回路，使负载电路在DC～30MHz范围内有多种频率-阻抗特性的电路可供切换。感性负载支路包括三个不同的感性负载L51、L52、L53，其通过第四十一切换开关K41选择接入其中一个感性负载值或是不接入。容性负载支路包括三个不同的容性负载C61、C62、C63，其通过第四十二切换开关K42选择接入其中一个容性负载值或是不接入。电阻负载支路包括三个不同的电阻负载值R71、R72、R73，其通过第四十三切换开关K43选择接入其中一个电阻负载值或是不接入。上述三个切换开关K41、K42、K43选择不同阻值、电容量、电感量的负载来实现不同的电流等级和不同频率的脉冲波形。

本系统中，信号源1输出的信号经过限幅器2处理之后控制直流放大器3工作在A类放大器状态、D类放大器状态或开关状态，配合三个切换开关K41、K42、K43接入不同参数、不同数量的感性负载、容性负载和电阻负载，通过车载电源连接器9在整车供电回路16中产生变化电流。

上述测试系统通过选择不同的感性负载和电阻负载，应使产生的持续电流不超过汽车供电端口额定输出电流的120％，基于感性负载、容性负载、电阻负载在PWM脉冲下的的频率-阻抗特性产生多种特性的电流脉冲。本测试系统采用的元器件参数适用于内燃机车辆、电动车辆的低压直流端口。

上述测试系统用于整车测试条件和整车系统试验台架，如图2所示，进行抗干扰模拟测试的方法，包括以下实施过程：

一、系统标定：

上述测试系统应用之前需先用示波器11标定其测试强度。首先在整车上测量接入到整车的电器在接入、断开和持续工作时产生的电压与电流脉冲波形参数，记录脉冲波形的上升时间、脉冲宽度、电压与电流幅值等参数。在大量采集的基础上对脉冲类型进行分类，在各类型脉冲最严苛的波形参数基础上按照一定的比率适当增加其严苛程度作为需要注入的干扰等级，确定需要注入的干扰等级，并调节信号源1产生的信号频率和幅值以及选择负载电路接入的负载值接近或达到上述干扰等级的要求。

二、测试环境搭建：

搭建整车测量行驶状态和非行驶状态所需要的试验场地，测试行驶状态需要道路试验场地，测试非行驶状态可完全实现其功能的零部件整车需放置在开阔的实验场地，并在试验前需准备确保试验安全的设施。或者搭建系统级、整车级的试验台架，线束、电器部件的安装位置和整车设计状态相近，以便于在整车制造出来之前进行台架级别的试验。

根据整车的配置清单和各零部件的功能定义文件列出需要测试的电器部件和工作状态，整车的电器部件，功能应符合设计要求，将车载电源连接器9与整车对外供电端口12连接，以及将汽车总线测试设备接入整车网络并记录当前网络通讯工作参数。

三、测试过程：

将整车设置到需要测试的工作状态，调节信号源1按照标定的信号强度产生骚扰注入到整车对外供电电源线束13和整车信号线束14，记录电器部件和整车网络在干扰条件下的性能参数表现，对比干扰注入前后的试验现象和性能参数变化、检查其输入/输出信号参数是否在设计范围之内，依据零部件、整车系统设计要求，判断其性能表现是否需要改进。若需要改进，则按照设计原则寻找更优线束连接方式、电路设计方案，再次以相同试验强度条件下对比整车电器抗干扰性能。

测试系统在多种条件下向整车对外供电端口12注入骚扰：整车从休眠到唤醒瞬间、整车闭锁且防盗系统激活状态、整车OFF档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ACC档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ON档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车静止怠速状态、加速状态、减速状态、转向状态、制动状态、倒车状态。

当上述测试系统持续注入干扰的时候反复切换整车电器部件的功能，检查其功能状态是否仍然符合原来的设计状态。

当上述测试系统未注入骚扰的时候，将需要检查的电器部件调节到预定的稳定工作状态，记录其性能表现参数，然后使用上述测试系统注入干扰，记录此电器部件在受到线束中注入电流干扰条件下的性能参数表现，对比记录的结果，判断其性能表现是否符合设计要求。稳定的工作状态包含但不限于电器部件的工作状态包含休眠、通电工作未驱动执行器、通电工作且驱动执行器、通电处于故障模式、请求救援状态。

Claims (9)

1.一种整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：包括信号源、限幅器、直流放大器、负载电路和车载电源连接器，信号源用于产生电骚扰信号，其输出端通过限幅器与直流放大器的输入端连接，电骚扰信号经限幅器处理之后控制直流放大器工作在放大状态或是开关状态，直流放大器的输出端与负载电路的输入端连接，车载电源连接器用于连接直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极，车载电源连接器还用于连接负载电路的输出端与整车对外供电端口的负极；

直流放大器的电源驱动端与整车对外供电端口的正极间的电流变化通过一电流与电压检测探头以及示波器获取，信号源、限幅器、示波器的负极以及负载电路的输出端连接至一机箱上，机箱为用于屏蔽干扰的金属壳体箱，机箱与整车对外供电端口的负极、整车电源的负极连接。

2.根据权利要求1所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：负载电路包括感性负载支路、容性负载支路和电阻负载支路，各负载支路通过切换开关选择接入的负载值。

3.根据权利要求1或2所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：信号源产生间断或连续的sin信号、PWM信号，其信号的频率范围为DC～30MHz。

4.根据权利要求3所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：限幅器包括依次串连在信号源与直流放大器之间的第二十二电阻和第二十三电阻，第二十二电阻和第二十三电阻之间通过第二十四电阻与整车电源的负极桥接，第二十四电阻并联有第二十六电容，第二十二电阻连接信号源的一端还连接有第二十五电阻，第二十五电阻通过第二十一开关选择第二十七稳压二极管或第二十八稳压二极管与整车电源的负极桥接。

5.根据权利要求4所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：直流放大器由单个电流功率放大电路组成或多个电流功率放大电路并联而成，其具有响应频段DC～30MHz，其在信号源的控制下工作在A类放大器状态、D类放大器状态、开关状态中的一种。

6.根据权利要求5所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统，其特征在于：感性负载支路包括三个不同的感性负载值，其通过第四十一切换开关选择接入其中一个感性负载值或是不接入；

容性负载支路包括三个不同的容性负载值，其通过第四十二切换开关选择接入其中一个容性负载值或是不接入；

电阻负载支路包括三个不同的电阻负载值，其通过第四十三切换开关选择接入其中一个电阻负载值或是不接入。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的整车电气系统的抗干扰模拟测试系统进行抗干扰模拟测试的方法，其特征在于，包括：

一、系统标定：

首先在整车上测量接入到整车的电器在接入、断开和持续工作时产生的电压与电流脉冲波形参数，记录脉冲波形的上升时间、脉冲宽度、电压与电流幅值，然后根据这些电压与电流脉冲波形参数确定需要注入的干扰等级，并调节信号源产生的信号频率和幅值以及选择负载电路接入的负载值达到上述干扰等级的要求；

二、测试环境搭建：

搭建整车测量行驶状态和非行驶状态所需要的试验场地，检查需要测试的电器部件及其工作状态，将车载电源连接器与整车对外供电端口连接，以及将汽车总线测试设备接入整车网络并记录当前网络通讯工作参数；

三、测试过程：

将整车设置到需要测试的工作状态，将信号源产生的电信号注入到整车对外供电电源线束和整车信号线束，记录电器部件和整车网络在干扰条件下的性能参数表现，对比干扰注入前后的试验现象和性能参数变化，判断其性能表现是否符合设计要求。

8.根据权利要求7所述的抗干扰模拟测试的方法，其特征在于：所述测试系统分别在如下条件下向整车对外供电端口注入干扰：整车从休眠到唤醒瞬间、整车闭锁且防盗系统激活状态、整车OFF档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ACC档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车ON档时点火开关切换的过程或稳定保持状态、整车静止怠速状态、加速状态、减速状态、转向状态、制动状态、倒车状态。

9.根据权利要求7或8所述的抗干扰模拟测试的方法，其特征在于：电器部件的工作状态包含休眠、通电工作未驱动执行器、通电工作且驱动执行器、通电处于故障模式、请求救援状态。