一輛汽車上所擁有的電子模塊種類繁多,功能也大相徑庭,但是,他們有一個共同的質量目標,就是保證車輛必須在各種可能的外部環境下,都能確保功能的完好和行駛的安全。然而,如何對這些不同功能、不同結構,不同電子電氣特性的電子模塊的設計做出一個相對統一的評價呢,DV測試就應運而生了。
DV測試的全稱是Design Validation Test,它實際是一系列針對汽車電子產品設計層面的測試規范的總合,如果把多種多樣的汽車電子模塊比作一個個形形色色的人,那么DV測試就是一套完整的“體檢”,用一個統一的標準,對一個個完全不同的電子器件的“健康”程度做出定性的評判。
DV測試這套“體檢”主要分三大“科”:環境耐久科、電磁兼容科及電氣特性科。
汽車電子的“外科”及“皮膚科”——環境耐久測試
這部分DV測試主要考察的是產品對各種惡劣外部環境的耐受程度,這種外部環境包括機械的、物理的、化學的等等,如果用體檢的科目來比喻的話,外科及皮膚科是最恰當不過的了
外科檢查主要指對樣品進行各種“折騰”,具體的測試項有:跌落、振動、接插件插拔等。車輛的行駛環境是一個不停振動的環境,而我們知道機械疲勞及磨損的重要原因之一正是振動。因此,作為安裝在車輛上的車身電子模塊,對跌落、振動等耐受程度是必須考量的測試標準。而接插件插拔,考驗的則是電子模塊接口牢固程度,因振動導致接口脫落這樣的危險情況自然是一定不能發生的。
圖1 震動實驗臺
皮膚科檢查的內容就比較廣了,包括溫度沖擊、濕熱循環、鹽霧、防水防塵等。世界上各個地區的環境各不相同,有炎熱的,有寒冷的,有海拔高氣壓極低的,也有臨近海邊空氣中充滿海風的,而我們的車輛必須保證在各種氣候環境中工作穩定,不能出現 “水土不服”的癥狀。溫度沖擊、濕熱循環模擬的就是各種炎熱、寒冷、多雨地區的氣候環境、鹽霧模擬的是沿海城市的氣候,這些空氣中的鹽最終會在電子模塊上沉積,腐蝕外殼和接插件,如果滲入到模塊內部,甚至可能導致短路等更糟糕的后果。
圖2 被鹽霧腐蝕的器件
汽車電子的“心電圖”及“胸透”——電磁兼容測試
用“心電圖”及“胸透”來比喻電磁兼容測試,其實略微有些不恰當,因為用這兩項體檢科目來比喻,主要是因為這兩項科目的檢測設備都跟電流、輻射等有關,而電磁兼容測試檢測的正是產品的輻射和抗擾能力。
EMC電磁兼容測試分兩部分:EMS和EMI,即輻射和抗擾兩部分。輻射測試,指測試產品在工作期間對外電磁輻射的大小,用來評估這種輻射是否過大以至于對周邊的其他器件造成干擾。產品在工作期間,線路板上的電流是在不停律動的,這和人的心臟是一樣的,它會呈現出一定的規律性;但和“心電圖”科目檢查前要求人盡可能靜下心不同,輻射測試在進行前,要求產品工作在最大的律動工況,這樣才能檢測到產品對外部可能達到的最大輻射,這種對測試環境選用Worst Case(最惡劣情況)的方法,在整個DV測試中處處可見。
圖3 輻射屏蔽室
EMC測試中的另一種測試則與輻射測試完全相反,即EMI抗擾測試。抗擾與輻射測試完全相反,檢測的是產品對來自外部的各種電流的、電磁的、靜電等干擾的抵抗能力。和“胸透”科目檢測類似,產品在EMI測試時,將歷經各種可能存在的干擾,比如大電流注入、各種電壓輻射波形,以及ESD靜電放電等,然后,在測試期間或完成之后,檢測產品的功能是否因為這些干擾受到影響,最終評估產品的抗擾能力。
圖4 ESD靜電槍
汽車電子的“血液檢查”及“五官科”——電氣性能測試
最后,經過了上述嚴酷的環境及電磁兼容測試之后,產品還必須通過電氣性能測試的檢測。與上述兩項科目相比,電氣性能測試的科目,要更“細致”和“敏感”一些。光從數量上看,電氣性能的測試項也要比上述兩大類別的測試要多,可見檢查內容將更為多樣和精細。
但多歸多,電氣性能測試還是有規律可循的,所有的電氣性能測試均可以概括為“外部的特殊電氣觸發”及“產品對這種觸發做出的響應”這兩部分。
前者考驗的是產品對于不同電氣輸入的敏感程度,類似“五官科”的檢查。典型的外部觸發有啟動波形、過壓、極性反接、復位信號、短路、開路等等非常多。這些外部的電氣環境都是在車輛行駛過程中實際可能發生的情況、比如在啟動時,所有的汽車電池供電模塊都將歷經一次低壓脈沖,而在啟動過程中運行的模塊,必須敏感地檢測到這種脈沖,然后采取相應的策略,保證自身的功能狀態一切正常不能出錯。
圖5 ISO啟動電壓波性
而后者則是全方位監控樣品的各種內部狀態,用以檢測其對各種外部電氣環境做出的響應是否符合安全或設計的規范,同樣的,用一項體檢科目來比喻的話,那就是“血液檢查”了。這些測試項包括:靜態電流、絕緣電阻、接地自感應系數等;既然是“血液檢查”,那自然需要非常精密的測試儀器,說到這些測試項,就不得不提電氣性能測試監控的設計,即如何來更實時,更全面地檢測樣品的各項參數功能,這始終是測試的重要工作之一。目前,越來越多的規范提出了相較當前更為細致的監控方案,因此對測試工程師來說,不斷優化監控的方式方法,始終是手頭的一項重要工作。
圖6 靜態電流測試波形
好了,看完上述內容,你對汽車電子的“體檢”項是否有了大體的認識了呢?“人不可貌相”,一個產品的好壞,也不能光看外形,甚至,不能僅僅看其有多少炫酷的功能,這就太外行了。
對于產品來說,僅僅做到功能的實現,只完成了開發的一半,而唯有經過了完整而全面的DV測試驗證,才是產品卓越品質的唯一標準。
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