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汽车电子产品的潜电路探讨

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摘要:潜电路给汽车电子产品的可靠性,汽车的安全性带来了隐患,通过对潜电路的分析,可以改进系统设计缺陷和潜在问题,可以将质量隐患消除在设计阶段。本文就汽车电子产品的潜电路分析进行了简要的探讨。

关键词:SCA;汽车电子产品;潜电路

0引言

由于消费需求的多样性,现代汽车承载的功能越来越多,集成到整车的电子电气系统数量日益增多,汽车电子技术已然成为了汽车技术现代化的标志与趋势,其可靠性直接影响汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性。车型开发经验表明,汽车电子系统中的潜电路普遍存在,部分潜电路的激发可能会造成诸如电控系统故障报警、错误的指示、电控系统功能异常等后果。潜电路引发的问题与通常所说的故障存在一定的区别,此类问题不是因元器件本身的失效或质量问题导致,而是由于特定条件下系统中存在的非期望功能或抑制期望功能的电路被激活导致。由于必须集成到整车后潜电路才存在被激活的环境,并且潜电路隐藏在系统正常工作状态下,仅在某种特定的条件下才被激发,在常规的零部件及系统级别的测试验证中无法识别潜电路可能引发的问题,在整车级别的道路试验及功能测试中,除非通过全覆盖式枚举的测试矩阵,否则难以发现。因此,为提高汽车产品的安全性、可靠性,在整车级别中对汽车电子产品进行潜电路分析,可以有效地将隐患问题消除在设计阶段。

1潜电路分析的基本概念

潜电路(SneakCircuit,SC)又称潜藏电路、潜在通路等,指的是在部件无故障情况下,系统内可能出现的导致产生不希望有的功能或抑制需要功能的电路或信号电路,它与硬件失效无关,而是设计者无意地设计进系统的一种潜在状态。潜电路在系统中的激活常常会引发功能或指示的异常,对汽车产品的可靠性、安全性带来极大危害,因此,潜电路分析技术(SneakCircuitAnalysis,以下简称SCA)应运而生,它可以全面地分析大型复杂系统的可靠性设计缺陷和潜在问题,把问题隐患消除在产品设计阶段,从根本上提高系统的可靠性及安全性。SCA的目的是在假定所有部件均正常工作的情况下,分析可能引起功能异常或抑制正常功能的潜在电路,为设计优化提供依据。早在1967年,阿波罗登月计划中,为了提高系统安全性和可靠性,美国国家宇航局就投资进行了潜电路分析技术的研究,并由波音宇航公司承担,经过多年的摸索与实践应用,波音公司建立起了一套相当完善的潜电路分析体系,并通过实践证明SCA是用来规范地和系统地识别出大型复杂电气/电子系统全部潜在电路的唯一有效的分析方法。SCA目前在军事、航空、航天领域广泛应用,根据笔者了解,在汽车领域暂未形成系统性的应用。潜电路一般分为四种类型:①潜在回路:产生不希望的功能或抑制需要功能的电流或信号回路。②潜在定时:在不希望的时刻产生或抑制所需要功能的能量或电流。③潜在指示:一种错误或不明确的状态和数据显示,它可能导致操作者采取并不需要的动作。④潜在标号:一种含糊不清或错误的名称或功能指示,它可能导致操作员向系统施加错误的激励。与军事、航空、航天领域不同的是,在汽车(特种车辆除外)的使用运行过程中除了故障、提示信息外,很少有需要驾驶员根据指示或标号来采取不同驾驶动作的功能设计,且从各项目开发经验分析,汽车电子产品设计中潜电路所带来的问题主要由潜在回路引起。

2潜在电路分析方法

在军事工业领域,具有规范的潜电路分析方法以及基于完善的预处理数据及网络树可通过自动化的分析软件实现潜电路的分析,所需人力、时间、成本均是汽车开发项目所不能承受的,但在汽车电子产品开发过程中可以借鉴军事工业领域的SCA方法,在现阶段可以通过简化SCA方法后在汽车产品设计阶段给以实施应用。潜电路分析其本质是根据系统线束回路的拓扑结构,探测和发现电路中存在的非设计预期的工作回路,其分析主要步骤为资料收集、电路网络树构建、电流路径分析及潜电路抑制。

2.1资料收集进行潜电路分析

需要收集整车所有部件的输入输出电路接口、整车电气原理图等资料,并同时应对各部件的工作原理及控制逻辑进行了解。

2.2电路网络树构建

基于整车原理图及各部件输入输出接口电路,对整车电路进行拓扑结构整理及简化,其基本步骤如下:①拓扑结构整理:从详细的电气原理图及接线表出发,对电路拓扑结构进行整理,按照上端为电源线、下端为接地的方式对各系统电路进行分块,初步形成SCA网络树。②电路简化:去除原理图中接插件、线路板、接线点、屏蔽线等与电路功能无关的接点。

2.3电流路径分析

在简化的原理图中对所有接点进行编号(如0、1、2、…),并对存在的电流路径进行标记(如0→2→3)形成电流路径表,将满足以下条件的回路标记为无效回路:①既不存在电源,也不存在可以等效为电源元件(如电容、电感等)的无源回路;②开关器件与单一电压源、电阻、电感和电容元件相串联的单一元件回路;③单一开关或开关元件组合形成的开关回路;④电流具有单向性的电路中,处于电流单向性功能元件电流截止工作状态的回路。

2.4潜电路抑制

针对分析结果,对潜电路所产生原因进行分析,并对设计方案进行优化整改。

3总结

汽车为一个高度集成的复杂电子电气系统,具有高可靠性、高安全性的要求,汽车电子产品集成设计人员应正视潜电路的存在,同时也应对潜电路的特点及危害有深刻的认识,需在设计阶段尽量避免引入潜电路。潜电路分析是一项繁琐而复杂的工作,应完善和改进潜电路分析方法,有助于发现设计中的疏忽和错误,提前更改并完善设计方案,减少后期设计变更带来的时间、成本上的浪费。

参考文献:

[1]李国华,胡昌华,叶雪梅,张伟,刘涛.潜在通路分析技术的发展[J].安全与环境学报,2004(01).

[2]周涛,胡昌华,夏启兵.可靠性工程中的潜在通路分析技术[J].电子产品可靠性与环境试验,2003(01).

[3]严殿启.潜通路分析技术[J].导弹与航天运载技术,2000(01).

作者:黄勇斌 单位:江西昌河汽车有限责任公司

汽车电子产品的潜电路探讨责任编辑:张雨    阅读:人次