搭铁串扰导致高位制动灯点亮故障分析与解决

楚艳钢，崔子国，王雨川，余天刚，李 强

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

近年来，随着汽车电子高度集成化和模块化的快速发展，单车用电设备数量逐步增大，工作频率/功率日益提高，使得汽车内部电磁环境越来越复杂，致使整车电磁干扰问题日益突出。尤其是对于具有大电感器件的大系统而言，在闭合或者断开感性部件的瞬间会产生较高的振荡电压，从而对系统中其它回路造成冲击。更值得注意的是此类具有瞬态效应的系统间干扰在整车级场强抗扰试验中往往不能复现。

1 问题描述

某款车型在道路试验过程中发现高位制动灯常亮，经初步排查为BCM内高位制动灯驱动控制芯片被高压击穿，导致高位制动灯信号异常，表现出高位制动灯点亮故障。

2 故障排查

依据驱动芯片被高压击穿及对故障件击穿部位的失效分析，初步怀疑在故障发生时高位制动灯回路中存在高压干扰电平或静电浪涌电压，排查重点应放在冲击电压的来源及发生工况上。

通过对高位制动灯系统功能结构图（图1）分析，可以看出，高压干扰进入驱动芯片的类型及路径主要有两大方面，具体见表1。

图1 高位制动灯系统功能结构示意图

表1 可能高压干扰类型及耦合路径

为聚焦排查方向，同时整理了BCM的相关性能试验，测试结果见表2。

表2 BCM单体EMC测试情况（部分）

由表2测试结果可以看出：BCM单体测试在电压冲击防护测试方面已达到了产品设计要求，ESD、过电压、CTI引起的高压窜入电源线造成芯片烧蚀可能性比较小，但是干扰电压从高位制动灯到BCM间连接线进入驱动芯片的风险未得到有效评估。

通过局部电压注入的方法，发现BCM高位制动灯驱动引脚的抗压等级仅为40 V左右，高位制动灯的驱动电压为12 V，同时通过对BCM到高位制动灯连接线与其它系统共线情况的梳理，未发现承载较大电流的线束与其共线，因此共线耦合导致高位制动灯驱动线上耦合出近30 V电压的可能性较小，造成驱动芯片烧蚀的可能基本不存在，故可将高位制动灯端直接传导列为排查重点。

进一步对高位制动灯安装环境进行了梳理，发现高位制动灯与后刮水存在共搭铁现象，为较大的风险源。为识别BCM是否存在此风险，同时对BCM搭铁点进行了确认，发现BCM不存在与感性零部件共搭铁点的情况。

为排除风险源，在实车环境下，对后刮水电机进行开关操作，发现在后刮水动作时，会产生较高的电压脉冲，最大参数见表3。

表3 后刮水开关时脉冲电压

同时在操作刮水过程中发现，BCM高位制动灯驱动引脚电压波形随后刮水搭铁点波形波动，且存在相似趋势。结合BCM高位制动灯驱动引脚瞬态脉冲防护能力低的情况，因此开关后刮水产生电磁干扰脉冲传导至BCM驱动引脚，导致驱动芯片烧蚀，可能为此问题的真因。

3 原因分析

使用高位制动灯功能正常的试验车，在高位制动灯点亮状态下频繁开关后刮水，多次操作后高位制动灯出现故障，与路试车故障一致。因此，确定高位制动灯失效是由刮水开关干扰脉冲击穿高位制动灯驱动芯片导致。

通过系统连接分析，刮水脉冲干扰传递路径如图2所示。

图2 干扰传递示意图

为探究干扰脉冲具体的传递路径，做如下排查工作：点亮高位制动灯，同时开关后刮水，采集到的后刮水与高位制动灯共搭铁点（A点）及BCM高位制动灯驱动引脚处（B点）的电压波形如图3所示。从图3中可看出B点电压跟随A点波动，而且在正向峰值处存在一个明显的电压突起，说明在此刻还发生了电压叠加现象。

为探究图3中B点干扰波形出现峰值叠加的真因，将BCM用阻性负载代替，得到A、B点电压波形，如图4所示。

从图4中可以看出峰值叠加的情况依然存在，因此，可推断叠加来自高位制动灯。

通过对高位制动灯的硬件原理图的梳理可知，高位制动灯内部无感性元件，仅在接口滤波电路中存在一个滤波电容C1，如图5所示。

图3 原系统刮水动作A、B点电压波形

图4 替代BCM后刮水动作A、B点电压波形

图5 高位制动灯部分接口电路

选用等效电阻代替高位制动灯，A、B点电压波形如图6所示。从图6中可以看出峰值叠加的情况未出现。

图6 替代高位制动灯（阻性）A、B点电压波形

选用等效电容替代高位制动灯，A、B点电压波形如图7所示。从图7中可以看出峰值叠加的情况出现，可确定发生峰值叠加的原因为干扰脉冲通过高位制动灯内部滤波电容时，与电容产生了电压震荡。

图7 替代高位制动灯（容性）A、B点电压波形

综上所述，出现高位制动灯异常点亮的真因为：后刮水开关时产生的干扰电压通过搭铁线串到高位制动灯系统，同时此干扰电压与高位制动灯滤波电容产生电压震荡，发生峰值叠加后的干扰电压通过高位制动灯驱动线束传导到BCM中，由于叠加后的干扰电压超过了BCM驱动芯片所能承受的电压极限，驱动芯片被击穿，导致高位制动灯异常点亮问题的发生。

4 问题解决

电磁干扰问题的解决主要从干扰源、耦合路径、被干扰设备入手，根据三要素分析找出问题发生的根本原因，再根据问题原因确定抑制骚扰源、切断耦合路径、提高敏感设备的抗扰性等整改方案。

针对此后刮水动作干扰高位制动灯的问题，根据问题发生的真因，采用的整改方案为切断耦合路径。具体整改方案是在高位制动灯驱动源端串联一个快速恢复二极管，达到阻碍干扰信号到达BCM驱动芯片的目的。整改方案示意图如图8所示。

图8 整改方案示意图并未出现整改前的高位制动灯驱动芯片烧蚀的故障，且在BCM驱动引脚端未采到波动峰值高于10 V的脉冲，由此确定整改方案有效。

5 结论

本文以刮水电机工作时对BCM产生干扰致使高位制动灯点亮问题为对象，对BCM系统工作过程中，以瞬态脉冲的产生、传输途径以及被干扰部件为出发点，针对搭铁瞬态串扰导致驱动芯片烧蚀问题的产生原因进行了分析，最后给出了解决方案及验证结果。

同时，为应对汽车电子布置密度越来越高、整车电磁环境越来越复杂的情况，在整车的研发初期，研发部门应明确EMC的性能要求，并根据性能需求进行合理化设计，而不能将EMC性能仅作为试验技术来看待，等到测试问题发生后再进行整改。如针对本文所述问题，建议在电器架构设计时，应融入搭铁点合理分配的理念，避免电机类等大电感部件与控制器类共同搭铁；同时从零部件设计角度，应合理分析零部件安装环境及自身硬件原理，根据整车EMC指标，合理分解出零部件EMC指标作为零部件硬件设计的设计输入。

［1］ 施大威，王文. 整车ECE R10的电磁兼容性测试分析［J］. 汽车电器，2017（3）：51-53.

［2］ 尚俊萍，张凯，李玮，等. 电磁干扰导致高位制动灯闪亮问题分析与解决［J］.汽车电器，2016（6）：46-48.

［3］ 任国峰，田丰，杨林. 汽车控制器电源系统的抗扰性设计［J］.电源技术，2016（3）：659-661.