搞懂汽车电子电气机能测试-ISO_16750解析

DV测试标准解析连载

原创：Chris

ISO_16750-1最新版本是2018版，但作者没有找到对应的文档，因此本文以次新版本ISO_16750-1_2006-08进行解析。

ISO_16750-1是ISO16750标准的第一部分，它紧张先容了标准的适用范围，术语阐明，安装位置定义，事情模式，功能等级，测试基本需求以及CODE的定义。
这部分是ISO16750标准后面四部分的根本。
下面分别进行先容，并加入一些个人的不雅观点。

Scope（试用范围）

针对车用电子和电气系统或部件。

根据在车上的不同安装位置，描述了可能存在的不同的环境压力及测试需求

明确电磁兼容（EMC）的定义不包含在此标准中

从定义来看，车上只要用电的系统，都适用与此标准。

Terms and definitions（术语及定义）

这部分定义很好理解，不再赘述。

Classification by mounting location（安装位置分级）

这部分定义了DUT（Device under test）几种不同的安装位置，目的是根据不同的安装位置定义测试工况和测试需求，包括Operation temperature range(事情温度范围)，climatic requirements(景象工况),protection against dust and water(防尘防水)。

在ISO16750－4中的Annex A中，给出了推举表。

TableA.1中Operation temperature range的代码在ISO16750－4中有定义，见下表：

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，而且也没有给出解释，个人认为不是特殊合理，让刚上手的工程师理清这个关系，找到对应的定义还是须要花些韶光的，尤其是在某些公司，卖力电气性能测试和卖力环境测试的可能还不是一个部门。

TableA.1中climatic requirements的代码在ISO16750－4中有定义，见下表：

TableA.1中protection against dust and water的代码在ISO 20653中有定义，见下表：

针对Operation temperature range(事情温度范围)，climatic requirements(景象工况),protection against dust and water(防尘防水)这三个参数，一样平常大的整车厂都会在需求规范中明确给出需求，而这个需求一样平常都是即是或者高于国标里面的推举值的。

下面就作者打仗过的几种掌握器，列举一下这三个参数：

Operating modes（事情模式）

定义了DUT（Device under test）的在所有测试工况中可能的事情模式，解释见下表：

DV测试等分为带电测试和不带电测试，1.1和1.2都是不带电测试，测试工况很大略。
其他事情模式都是带电测试，个中2.2和3.1工况基本没有利用，2.1工况一样平常用于休眠工况的测试，3.2工况利用的是最多的工况。
对付带电的测试工况，由于不同DUT功能不同，因此测试工况各不一样，须要根据每种DUT的实际事情状态定义每一个输入输出针脚的状态，一样平常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形。

测试工况定义好了，就须要测试软件去实现。
这里须要强调一点，由于VW柴油门造假事宜后，汽车行业对合规性检讨越来越重视。
原则上来说，DV测试利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，一样平常都是仿照输入和输出负载，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拓的原则还是不作假，不降落哀求，一定做到合规性。

这里还要提一下，，针对不同的测试项，纵然同一个DUT，对付同一个事情模式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。

Functional status classification（功能等级）

功能等级的定义见下表：

这一部分是DV测试的一个重点和难点，对付一些大略的系统，还比较好定义和判断，但对付繁芜的系统，例如发动机掌握器，变速箱掌握器等，如何全面并精确的定义功能等级，如何实时并准确的监测和判断测试前、中、后系统功能是否符合等级定义，这是一项综合性的事情，也是磨练一个公司DV测试能力的关键点。

作者结合本人的履历，建议分如下几步进行功能等级的判断：

针对不同的测试项，设计测试工况，包括但不限于输入和输出的状态

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

针对测试工况，开拓监测工具，包括监测软件；对付监测工具的精度及监测软件的采样频率参数设计须要根据测试工况和功能等级的哀求合理设计

按照测试项规范哀求精确的搭建测试台架

实行测试，监测并记录所有测试数据，根据测试数据剖析符合的功能等级；建议在监测软件中开拓自动剖析功能，自动判断功能等级。

当然提及来随意马虎，但要想完成上述事情，须要设计职员，工具开拓职员，测试职员的协同合营，同时也须要工程师有较深的专业知识积累。

当测试发生失落效时，一样平常先排查测试台架搭建、工况设定、测试设备、测试软件、监控数据等是否精确，只有确保外部环境都精确的情形下，才能定位到是DUT的失落效，再进行DUT失落效剖析，个中一环涌现缺点，都会对测试结果造成误判。

下面表格模板可以做为工况及功能等级定义的参考。

Tests and requirements（测试及需求）

大原则：采取最严格的哀求做为测试需求，因此在工况定义的时候，须要考虑符合实际的最恶劣事情工况。

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，按照客户规定实行，如果没有，内部需谈论确定。

Designation（名称定义）

这部分紧张是解释性的内容，比较好理解，不再赘述。

ISO 16750-1标准的内容剖析就算告一段落，如果大家有什么问题须要磋商，可以在回答中进行互换。

ISO16750-2的解析

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。

前面的1-3节比较随意马虎理解，在此略过，我们直奔第四节测试正文。

General（通用）

定义了韶光/频率，电压及电阻值默认的偏差；但下面两句话须要好好的理解：

所有电压曲线是在无负载情形下的表现：检测仿照测试需求中的电压曲线是否精确时，必须是在空载下进行丈量；如果带上负载，实际的电压曲线和仿照的电压曲线肯定是有出入的。

电压丈量点该当是在DUT的终端（PIN脚）：实际上我们丈量电压肯定会有线束的连接，不会直接在pin脚上丈量，这就须要在丈量结果中考虑线束的压降影响。

Direct current supply voltage（直流供电电压）

目的

验证最大最小电压下全功能是否符合设计。

测试方法

供电电压Code须要从客户需求中进行分解，并与客户达成同等。

标准中提到要在全温度下验证，并且没有韶光限定。
但实际操作时肯定无法所有温度验证，更没有办法无限韶光验证。
大部分情形下会采纳如下测试方法：

Tmax和Tmin：在连载（1）中已经先容，不再赘述。

t:须要和客户沟通确认，若客户无哀求，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（事情模式）明确定义，根据履历，全功能电压范围内当DUT运行在最恶劣工况下时，随意马虎产生过压，过流，过热等失落效，因此一样平常定义Operation Mode（事情模式）为3.2，工况按照全功能最恶劣工况定义。
例如：对付燃油汽车发动起掌握器来说，可以定义发动机转速6000r/min的工况为最恶劣工况。

测试接管标准

Class A。

Overvoltage（过电压）

目的

仿照汽车发电机调节器破坏，导致供电电压上升情形下功能是否符合设计。

测试方法

为什么温度采取Tmax-20℃，这个我查了很多资料，跟整车厂也有一些沟通，但一贯没有找到合理的阐明，如果哪位大拿理解背景，还请给予指教。

汽车发电器调节器破坏，发电器电压最高会升高到18V

不同掌握器对付18V电压下的功能定义是不同的，以是须要根据不同掌握器定义的最恶劣工况去定义此项测试的工况。
例如某变速箱掌握器哀求过压情形下知足全功能设计。

测试接管标准

至少Class C，哀求严格的须要Class A（如客户有分外需求）。

Overvoltage（过电压）

此项测试分两个子项，上一篇先容过了一个子项，下面先容下一个子项

Jump Start（跨接启动）

目的

仿照汽车跨接启动情形下功能是否符合设计。

跨接启动是在汽车的蓄电池电量耗光情形下用另一辆车和跨接电缆启动车辆。

测试方法

考虑到跨接的车辆可能是24V供电的系统，例如大巴，卡车等，因此跨接电压为24V。

一样平常跨接启动时车辆需运行在怠速工况下，因此跨接启动的工况设置为怠速工况下的最恶劣工况即可。

测试接管标准

至少Class D，哀求严格的须要Class B（如客户有分外需求）。

Superimposed alternating voltage（叠加互换电压）

目的

仿照汽车供电电压中残留互换电压时的情形下功能是否符合设计。

测试方法

标准中此项测试没有提到测试温度，按照默认的室温进行测试。

测试电压曲线及参数标准中定义的很清楚，不再赘述。

关键是如何仿真测试电压曲线。
对付一些有预算的公司，可以采取成熟的专用测试设备，设备不仅可以知足测试曲线的参数哀求，而且还直接在运用软件中集成了包括国标及各大整车厂标很多标准的测试曲线，是一个很好的选择，但采购价格也比较贵。

对付一些预算有限的公司，可以采取低廉甜头设备的方法，我在网上见到一篇专利文章，便是先容知足此测试电压曲线的设备设计事理，有须要的可以参考一下。

测试接管标准

Class A.

Discontinuities in supply voltage（间断供电电压）

项测试分四个子项：

Momentary drop in supply voltage（瞬态跌落电压）

Reset behaviour at voltage drop（电压跌落时的复位行为）

Starting Profile（启动测试）

Load Dump（抛负载）

下面逐项先容：

Momentary drop in supply voltage（瞬态跌落电压）

目的

仿照其他电路中的保险丝熔断时产生的影响情形下功能是否符合设计。

解读：

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运用于每条供电线路上，以防止过大电流的涌现。
短路征象发生时，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，电压规复正常，一样平常电压跌落的速率很快，持续韶光少于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。

测试方法

考虑到保险丝熔断情形是可能发生在任何时候的，因此工况还是须要定义在全工况下的最恶劣工况，此时花费的电流也是最大的，对电路的哀求也是最高的。

测试接管标准

至少Class B，哀求严格的须要Class A（如客户有分外需求）。

在客户许可的条件下，reset行为是许可的，否则不许可发生reset

由于12V车载掌握器的reset电压一样平常都会高于6V，即当电压跌落到4.5V时，掌握器如果不对输入电压进行一些处理，都会发生reset行为的。

结合测试接管标准的不同，进行一些剖析：

如果客户许可reset行为：

一样平常掌握器对电压输入不须要进行额外的处理都可以知足测试哀求。

如果客户不许可发生reset行为，一样平常可以采纳两种处理方法来知足需求：

增大输入电压真个电容，用于储存能量，知足在跌落期间掌握器的用电需求。

这种情形一样平常用在花费电流比较小的掌握器上。

增加赞助的boost电路，在电压跌落到某一电压时，启动boost电路，使电压坚持在担保不reset的某一电压值。

当然增加boost电路会带来额外的本钱投入。
因此，还是须要根据产品定位及客户需求来确定任何进行电路设计。

Reset behaviour at voltage drop（电压跌落时的复位行为）

目的

仿照电压跌落情形下复位功能是否符合设计。
适用于有复位功能的设备，例如包含微掌握器的设备。

测试方法

测试接管标准

Class C

Starting Profile（启动测试）

目的

仿照DUT在启动阶段功能是否符合设计。

测试方法

启动工况受外界环境影响很大，例如冷启动、热启动，启动时蓄电池的电能情形不同，启动时的电压波形也不同，因此标准分为了4档。

I档和IV档紧张是针对热启动工况，根据蓄电池的情形，分为了两档。

II档和III档紧张针对冷启动工况，根据蓄电池的情形，也分为了两档。

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?实在说透了很好理解，由于此测试便是仿照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，因此此项测试可以选用怠速工况下的最恶劣工况。

测试接管标准

见下图，测试接管标准根据Level和供电电压的Code不同也不同。

如果须要知足Class A和B，则DUT不能有reset行为，这对付DUT的供电电压须要分外的设计担保，建议采取的方法如Momentary drop in supply voltage（瞬态跌落电压）测试防止reset的方法一样，但详细的设计参数肯定是不一样的：

增大输入电压真个电容，用于储存能量，知足在跌落期间掌握器的用电需求。

这种情形一样平常用在花费电流比较小的掌握器上。

增加赞助的boost电路，在电压跌落到某一电压时，启动boost电路，使电压坚持在担保不reset的某一电压值。

Load Dump（抛负载）

目的

仿照Load Dump工况下功能是否符合设计。

为何汽车电子系统要做Load Dump保护设计?Load Dump是指电压在短韶光内溘然发生不正常陡升或陡降之征象，在繁芜的车上环境中常常发生。
当花费较大电力的电器，如电动窗、启动马达开启或关闭电源，或是车内开关怀换、线路故障时，都会产生电压陡升陡降征象。
车用电子产品相称害怕电压陡升陡降，这些产品内部利用大量微电子组件，而微电子组件极随意马虎被电压陡升陡降毁坏。
因此汽车电子系统要做Load Dump保护设计，同时也须要做Load Dump测试。

测试方法

这个测试有两种工况，如上面两个测试波形：

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，将引起互换发电机输出电压急剧上升，此电压尖峰可能高达 100V，并须要持续 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一样平常被钳位在 35V；而在 24V 电源系统中，Load dump一样平常被钳位在 60V。

目前汽车发电机基本都有Load Dump抑制功能，因此一样平常选用Figure 9做为测试波形。

启动时，车辆运行在怠速工况，因此此项测试可以选用怠速工况下的最恶劣工况。

测试接管标准

Class C

Reversed voltage（反向电压）

目的

仿照在利用赞助启动设备时，电极极性反接的情形下功能是否符合设计。

测试方法

Case1：发电机回路未接熔断器，测试电压采取－4V（不适用24V系统）

这个测试case的背景本人不是太理解，采取4V测试电压的缘故原由也不是很清楚，本人打仗的DUT测试都是采取的case2。
如果有干系专家，可以留言中给大家遍及一下这个知识。

Case2：其他情形，测试电压－14V（12V系统）

从设计的角度来看，最大略的防反设计便是在供电电路上增加防反二极管。

但要知足此测试项的防反哀求，只是一个供电电路防反二极管还不一定能办理问题，必须针对实际电路进行剖析，杜绝任何一个反向电压可能导致器件失落效的设计。
例如MOSFET是车载电路上常用的一个器件，由于生产工艺的缘故原由，它本身都是有一个反引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，可能会导致其他的器件烧毁。
这里细节设计就不展开进行先容了。

测试接管标准

改换烧毁的保险丝后，功能等级符合Class A。

此项测试多个版本变更，对测试接管标准的描述都是改换保险丝后，知足Class C 或A，但本人理解，这实在便是Class E，只不过许可烧毁的只能是保险丝，而其他器件必须担保未被危害，重新上电后功能正常。

Slow decrease and increase of supply voltage (电压缓降缓升)

前面连载中漏掉了此项测试，在这一期补上。

目的

仿照蓄电池在慢速放电和充电的情形下功能是否符合设计。

测试方法

测试接管标准

在电压Code规定的电压范围内，符合Class A。
其他的至少符合Class D,严格哀求的须要符合Class C。

对付符合Class C哀求的，须要知足电压缓慢上升的过程中，当达到Code规定的最小电压前，DUT规复正常事情。

Ground reference and supply offset(地偏移及电源偏移)

目的

对存在多路供电通路的被测件，仿照多路供电的地或电源发生偏移的情形下功能是否符合设计。

测试方法

测试韶光在标准中说进行一次功能测试，详细韶光未给出，因此本测试项的测试韶光本作者建议可以根据被测件达到稳定状态的韶光来决定，一样平常5－10min即可。

测试台架的搭建：

对付多路供电通路的理解是本测试项的关键点，也是如何搭建测试台架的根本。

一样平常对多路供电通道的理解是掌握器有多个电源或地供电线，且这几路供电或地是独立的。
但作者本人打仗的大部分被测件（掌握器），供电虽然有多个pin脚供电，但在掌握器内部是短接到一起的，地虽然分为功率地，仿照地以及其他各种地，但在掌握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，而且也在这种情形下，在不同输入pin脚施加偏移，也没有任何意义。

那是不是这个测试项就不适用呢？我们可以参考GM的干系标准GMW3172－2015中的9.2.11和9.2.12测试项的setup图，如下图，从中得到一些启示。

可以看到，GM的标准对地偏和电源偏移的工具是针对所有IO口中跟供电干系的IO，而非只针对供电IO，按照这个思路，我们就很好理解并搭建测试台架了。
但是按照GM的标准，是须要每一个IO口逐个测试，对付繁芜的掌握器动辄几十个乃至上百个IO口，还是须要很长的测试韶光的。
根据作者本人的履历和理解，这些IO口的测试可以同时进行，这样可以节省很多测试韶光。

有一点须要把稳：对付仿照量旗子暗记的地，一样平常车载掌握器都是利用的掌握器内部的地，即仿照量旗子暗记的与掌握器内部地共地，因此对付这样的仿照量旗子暗记就没有必要进行地偏移测试了。

下面是一个地偏移的测试台架框图，可以供参考：

测试接管标准

符合Class A。

Open circuit tests (开路测试)

单线中断

目的

仿照PIN脚开路情形下功能是否符合设计。

测试方法

测试接管标准

Class C。

要所有PIN脚断开10s再规复连接，知足Class C,就须要各PIN脚不仅要有开路故障诊断功能，还须要有规复功能，在监测到开路规复后，须要规复该PIN脚的功能。
例如对付某一输出级PIN脚，诊断到开路故障后可能采纳关闭输出级驱动的方法；如果要知足Class C，后续还须要持续诊断，一旦诊断到故障解除，须要规复输出级的驱动。

多线中断

目的

仿照连接器断开情形下功能是否符合设计。

测试方法

测试接管标准

Class C。

同单线中断。
。

Short circuit protection( 短路保护)

旗子暗记电路

目的

仿照输入输出PIN脚短路情形下功能是否符合设计。
。

测试方法

所有测试PIN脚都要短路到电源和短路到地测试

标准中提到该测试项须要一个PIN脚一个PIN脚挨个测试，非测试PIN脚保持开路状态或者与客户达成同等。

对付\"大众非测试PIN脚保开路状态\"大众的哀求，本人不是太理解，在实际的工况中，不可能发生短路时，其他PIN脚都出于开路状态。
如果有对此项哀求的背景理解的，还请奉告。

在实际的项目测试中，一样平常会根据真实工况去设置非测试PIN脚的状态，并与客户达成同等。

此项测试针对测试PIN脚须要如下几种工况：

正常连接供电电压和地：

输出级打开

输出级关闭

断开供电电压连接，供电地正常连接

测试接管标准

符合Class C。

一样平常设计时，都会考虑正常连接供电电压和地的工况，担保有诊断功能，关闭功能以及规复功能，从而知足Class C的哀求。

对付断开供电电压连接工况，一样平常情形下可能没什么问题，但对付一些分外电路，此工况下，可能会导致短路到电源时，产生电源通路导致DUT正常上电，从而导致分外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。
这个涉及到详细的电路设计，不再展开讲解。

负载电路

只运用在含有负载电路的系统中。
作者打仗的产品都不适用此项测试，因此也不太熟习，欢迎理解的专业人士补充。

Withstand voltage（耐电压）

目的

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/组件有哀求。
过电压通过电场引起DUT部件间的泄电流，可能对绝缘性能带来负面影响。
本试验着重于绝缘系统并考验绝缘材料承受因断开感性负载产生高电压的能力。

测试方法

本测试对样品的哀求是完成湿热循环实验，并在室温中放置 0.5h

测试适用如下情形：

在带有电绝缘的端子间；

对付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。

对付不带隔离的端子间，千万不能施加耐电压，否则会破坏DUT电路，这种情形就不适用了。

在带有电绝缘的端子和电传导的壳体间；

对付导电的金属外壳如果和端子之间是绝缘的（金属外壳完备不接地），可以在端子每个PIN脚和外壳之间施加正弦电压。

如金属外壳是接地的或者通过接地网络接地，则不适用于此测试项

如果是塑料外壳，则不适用于测试项

（在塑料外壳情形下）在端子和裹有外壳（例如金属箔）的电极间

作者还未打仗过DUT产品有这种情形，有理解的专家可以补充一下。

测试可以采取通用的绝缘测试仪，一样平常都可以知足测试哀求。

测试接管标准

Class C 级，试验时不得涌现击穿和电弧。
连接线束上电后功能统统正常。

Insulation resistance（绝缘电阻）

目的

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，用于考验系统和材料的绝缘特性。

测试方法

本测试对样品的哀求是完成湿热循环实验，并在室温中放置 0.5h

测试适用如下情形，：

在带有电绝缘的端子间；

对付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。

对付不带隔离的端子间，千万不能施加耐电压，否则会破坏DUT电路，这种情形就不适用了。

在带有电绝缘的端子和电传导的壳体间；

对付导电的金属外壳如果和端子之间是绝缘的（金属外壳完备不接地），可以在端子每个PIN脚和外壳之间施加正弦电压。

如金属外壳是接地的或者通过接地网络接地，则不适用于此测试项

如果是塑料外壳，则不适用于测试项

（在塑料外壳情形下）在端子和裹有外壳（例如金属箔）的电极间

作者还未打仗过DUT产品有这种情形，有理解的专家可以补充一下。

测试可以采取通用的绝缘测试仪，一样平常都可以知足测试哀求。

测试接管标准

绝缘电阻应大于 10 M。