搞懂汽车电子电气性能测试-ISO_16750解析

  ISO_16750-1是ISO16750标准的第一部分，它主要介绍了标准的适合使用的范围，术语解释，安装的地方定义，工作模式，功能等级，测试基本需求和CODE的定义。这部分是ISO16750标准后面四部分的基础。下面分别进行介绍，并加入一些个人的观点。

  下表中的Tmin和Tmax参数实际上在ISO16750－2中也有用到，但Code定义却是在ISO16750－4中给出的，而且也没有给出说明，个人觉得不是特别合理，让刚上手的工程师理清这个关系，找到对应的定义还要花些时间的，尤其是在某些公司，负责电气性能测试和负责环境测试的可能还不是一个部门。

  定义了DUT（Device under test）的在所有测试工况中可能的工作模式，说明见下表：

  DV测试中分为带电测试和不带电测试，1.1和1.2都是不带电测试，测试工况很简单。其他工作模式都是带电测试，其中2.2和3.1工况基本没用，2.1工况通常用于休眠工况的测试，3.2工况使用的是最多的工况。对于带电的测试工况，由于不同DUT功能不同，因此测试工况各不一样，应该要依据每种DUT的实际在做的工作状态定义每一个输入输出针脚的状态，一般称作测试工况的定义，测试工况的定义原则是符合实际工况且覆盖最恶劣情况。

  测试工况定义好了，就需要测试软件去实现。这里需要强调一点，由于VW柴油门造假事件后，汽车行业对合规性检查逐渐重视。原则上来说，DV测试使用正常的批产软件是最符合合规性的，但由于DV测试并不是在实车上进行，一般都是模拟输入和输出负载，因此很难仿真出实车上一样的环境让批产软件跑在我们设置的工况上。这时，就只能用测试软件来实现设定的测试工况。当然我们测试软件开发的原则还是不作假，不降低要求，一定做到合规性。

  这里还要提一下，，针对不一样的测试项，即使同一个DUT，对于同一个工作模式3.2，其测试工况也可能定义是不一样的，这个在后面测试项解析时会再提到。

  测试过程中允许部分功能表现超出设计误差，但测试结束后自动恢复到与设计相符（存储功能一定要符合Class A）

  明确哪些功能允许超出设计误差，允许超出多少设计误差是关键。并且强调了测试结束后自动恢复

  测试过程中允许部分功能表现不契合设计规范，但测试结束后自动恢复到与设计相符

  测试过程中允许部分功能表现不契合设计规范，但测试结束后一定要通过reset才能恢复到与设计相符

  一般会有额外要求，例如失效不能引起造成危险等行为，例如着火、塑料融化等等

  这一部分是DV测试的一个重点和难点，对于一些简单的系统，还比较好定义和判断，但对于复杂的系统，例如发动机控制器，变速箱控制器等，如何全面并正确的定义功能等级，如何实时并准确的监测和判断测试前、中、后系统功能是不是满足等级定义，这是一项综合性的工作，也是考验一个公司DV测试能力的关键点。

  根据测试工况，确定各功能对应的Class A 和Class B的监测参数及误差

  针对测试工况，开发监测工具，包括监测软件；对于监测工具的精度及监测软件的采样频率参数设计应该要依据测试工况和功能等级的要求合理设计

  执行测试，监测并记录所有测试数据，根据测试数据分析符合的功能等级；建议在监测软件中开发自动分析功能，自动判断功能等级。

  当然说起来容易，但要想完成上述工作，需要设计人员，工具研发人员，测试人员的协同配合，同时也需要工程师有较深的专业相关知识积累。

  当测试发生失效时，一般先排查测试台架搭建、工况设定、测试设备、测试软件、监控数据等是不是正确，只有确保外部环境都正确的情况下，才能定位到是DUT的失效，再进行DUT失效分析，其中一环出现错误，都会对测试结果造成误判。

  大原则：采用最严格的要求做为测试需求，因此在工况定义的时候，需要仔细考虑符合实际的最恶劣工作工况。

  测试序列定义：测试前要定义好测试序列，测试样品数量等信息，如果客户有规定，按照客户规定执行，假如没有，内部需讨论确定。

  ISO 16750-1标准的内容分析就算告一段落，如果大家有什么样的问题需要探讨，可以在回复中进行交流。

  ISO_16750-2是电子负载部分，目前最新版本是2012版，本文就以此版本进行解析。此标准适用于12V和24V系统，本文以12V为例进行解析。

  所有电压曲线是在无负载情况下的表现：检测模拟测试需求中的电压曲线是不是正确时，必须是在空载下做测量；如果带上负载，实际的电压曲线和模拟的电压曲线肯定是有出入的。

  电压测量点应该是在DUT的终端（PIN脚）：实际上我们测量电压肯定会有线束的连接，不会直接在pin脚上测量，这就需要在测量结果中考虑线束的压降影响。

  标准中提到要在全温度下验证，并没时间限制。但真实的操作时肯定无法所有温度验证，更没有很好的方法无限时间验证。大部分情况下会采取如下测试方法：

  t:需要和客户沟通确认，若客户无要求，默认1hour（大部分工况下，1hour都能达到热平衡状态）。

  标准并没有对Operation Mode（工作模式）明确定义，根据经验，全功能电压范围内当DUT运行在最恶劣工况下时，易产生过压，过流，过热等失效，因此一般定义Operation Mode（工作模式）为3.2，工况按照全功能最恶劣工况定义。例如：对于燃油汽车发动起控制器来说，可以定义发动机转速6000r/min的工况为最恶劣工况。

  为什么温度采用Tmax-20℃，这个我查了很多资料，跟整车厂也有一些沟通，但始终没找到合理的解释，如果哪位大拿了解背景，还请给予指教。

  不同控制器对于18V电压下的功能定义是不同的，所以要根据不同控制器定义的最恶劣工况去定义此项测试的工况。例如某变速箱控制器要求过压情况下满足全功能设计。

  对于一些预算有限的公司，能够使用自制设备的方法，我在网上见到一篇专利文章，就是介绍满足此测试电压曲线的设备设计原理，有需要的可以借鉴一下。

  为了防止短路造成的电源系统故障，熔断保险丝和断路器被应用于每条供电线路上，以防止过大电流的出现。短路现象发生时，瞬态电流增大，造成电压的快速跌落，当保险丝因电流增大而熔断时，电压回到正常状态，一般电压跌落的速度很快，维持的时间少于100ms。而此瞬态跌落电压会对周围的其他用电设备产生供电中断影响。

  考虑到保险丝熔断情况是有几率发生在任何时刻的，因此工况还要定义在全工况下的最恶劣工况，此时消耗的电流也是最大的，对电路的要求也是最高的。

  可能大家会困惑，上面一条明明说有冷启动和热启动工况，为什么测试温度是室温呢?其实说透了很好理解，因为此测试就是模拟的各种启动工况下的启动电压波形，此电压波形已经考虑了温度的影响，因此测试温度就在室温下就可以了。

  启动时，车辆运行在怠速工况，因此此项测试能选用怠速工况下的最恶劣工况。

  如果需要满足Class A和B，则DUT不能有reset行为，这对于DUT的供电电压需要特殊的设计保证，建议采用的方法如Momentary drop in supply voltage（瞬态跌落电压）测试防止reset的方法一样，但具体的设计参数肯定是不一样的：

  为何汽车电子系统要做Load Dump保护设计?Load Dump是指电压在极短的时间内突然发生不正常陡升或陡降之现象，在复杂的车上环境中经常发生。当消耗较大电力的电器，如电动窗、启动马达开启或关闭电源，或是车内开关切换、线路故障时，都会产生电压陡升陡降现象。车用电子科技类产品相当害怕电压陡升陡降，这一些产品内部使用大量微电子组件，而微电子组件极容易被电压陡升陡降破坏。因此汽车电子系统要做Load Dump保护设计，同时也需要做Load Dump测试。

  Figure 8是指发电机不带Load Dump抑制功能。当发生Load Dump时，由于感性器件的电流无法突变，将引起交流发电机输出电压急剧上升，此电压尖峰可能高达 100V，并需要持续 400ms 后消退。

  Figure 9是指发电机具有Load Dump 抑制功能，能将电压抑制在一个相对低的电压范围内。在 12V 电源系统中，Load dump一般被钳位在 35V；而在 24V 电源系统中，Load dump一般被钳位在 60V。

  目前汽车发电机基本都有Load Dump抑制功能，因此一般都会采用Figure 9做为测试波形。

  Case1：发电机回路未接熔断器，测试电压采用－4V（不适用24V系统）

  但要满足此测试项的防反要求，只是一个供电电路防反二极管还不一定可以处理问题，必须针对实际电路做多元化的分析，杜绝任何一个反向电压可能会引起器件失效的设计。例如MOSFET是车载电路上常用的一个器件，由于生产的基本工艺的原因，它本身都是有一个反向导通的体二极管存在的。如果反接电压，这就有了一条通路，如果设计不好，有几率会使其他的器件烧毁。这里细节设计就不展开进行介绍了。

  对存在多路供电通路的被测件，模拟多路供电的地或电源发生偏移的情况下功能是不是满足设计。

  一般对多路供电通道的理解是控制器有多个电源或地供电线，且这几路供电或地是独立的。但作者本人接触的大部分被测件（控制器），供电虽然有多个pin脚供电，但在控制器内部是短接到一起的，地虽然分为功率地，模拟地以及其他各种地，但在控制器内部也是短接在一起的。从作者本人理解来看，这不属于多路供电通路，而且也在这样的一种情况下，在不同输入pin脚施加偏移，也没有一点意义。

  可以看到，GM的标准对地偏和电源偏移的对象是针对所有IO口中跟供电相关的IO，而非只针对供电IO，按照这一个思路，我们就很好理解并搭建测试台架了。但是按照GM的标准，是需要每一个IO口逐个测试，对于复杂的控制器动辄几十个甚至上百个IO口，还是需要很长的测试时间的。根据作者本人的经验和理解，这些IO口的测试可以一起进行，这样做才能够节省很多测试时间。

  有一点必须要格外注意：对于模拟量信号的地，一般车载控制器都是使用的控制器内部的地，即模拟量信号的与控制器内部地共地，因此对这种的模拟量信号就没有必要进行地偏移测试了。

  要所有PIN脚断开10s再恢复连接，满足Class C,就需要各PIN脚不仅要有开路故障诊断功能，还需要有恢复功能，在监测到开路恢复后，需要恢复该PIN脚的功能。例如对于某一输出级PIN脚，诊断到开路故障后可能采取关闭输出级驱动的措施；如果要满足Class C，后续还需要持续诊断，一旦诊断到故障解除，需要恢复输出级的驱动。

  对于“非测试PIN脚保开路状态”的要求，本人不是太理解，在实际的工况中，不有几率发生短路时，其他PIN脚都出于开路状态。如果有对此项要求的背景了解的，还请告知。

  在实际的项目测试中，一般会根据真实工况去设置非测试PIN脚的状态，并与客户达成一致。

  一般设计时，都会考虑正常连接供电电压和地的工况，保证有诊断功能，关闭功能和恢复功能，从而满足Class C的要求。

  对于断开供电电压连接工况，正常的情况下可能没什么问题，但对于一些特殊电路，此工况下，有几率会使短路到电源时，产生电源通路导致DUT正常上电，因此导致特殊电路的某些器件烧毁，例如低边驱动级通道上拉续流二极管的电路。这个涉及到具体的电路设计，不再展开讲解。

  只应用在含有负载电路的系统中。作者接触的产品都不适用此项测试，因此也不太熟悉，欢迎了解的专业技术人员补充。

  确保电介质的绝缘耐压能力。本试验仅对含有电感元件（例如，继电器，电机，线圈）或连接到电感负载电路的系统/组件有要求。过电压通过电场引起DUT部件间的漏电流，可能对绝缘性能带来负面影响。本试验着重于绝缘系统并检验绝缘材料承受因断开感性负载产生高电压的能力。

  对于有高低压隔离的端子间，可以适用，测试方法是所有高压PIN短接，所有低压PIN短接，然后高低压PIN之间施加正弦电压。

  Class C 级，试验时不得出现击穿和电弧。连接线束上电后功能一切正常。

  确保避免 DUT 的绝缘电路和传导部件间的电流所必须的最小阻抗，用于检验系统和材料的绝缘特性。

  对于有高低压隔离的端子间，可以适用，测试方法是所有高压PIN短接，所有低压PIN短接，然后高低压PIN之间施加正弦电压。