整车静电放电ESD测试问题分析整改

武晓宇　付国良　孙志颖

【摘  要】整车在进行静电放电测试过程中出现仪表报错，车辆无法正常启动现象，通过对整车控制器的逐一排查以及对静电放电路径的分析，最终发现是某个控制模块通信芯片损坏，从而导致了整车通信异常，车辆无法正常启动，最终在其PCB板上增加ESD防护进行问题规避，从而符合整车静电放电性能要求，提升了车辆的可靠性。

【关键词】整车静电放电；ESD防护；静电耦合路径

中图分类号：U463.6    文献标志码：B    文章编号：1003-8639（ 2023 ）08-0073-02

Analysis and Rectification of Vehicle Electrostatic Discharge Testing Problems

WU Xiao-yu，FU Guo-liang，SUN Zhi-ying

（GAC Group Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】The instrument error occurred during the electrostatic discharge test of the vehicle，and the vehicle could not start normally. Through the investigation of the vehicle controller one by one and the analysis of the electrostatic discharge path，it was found that the communication chip of a control module was damaged，which led to the abnormal communication of the vehicle and the vehicle could not start normally. Finally，ESD protection was added to its PCB board to avoid problems，so as to meet the requirements of electrostatic discharge performance of the vehicle and improve the vehicle reliability.

【Key words】vehicle ESD；ESD protection；electrostatic coupling path

隨着汽车技术的发展，汽车智能化程度越来越高，为广大消费者带来了更多的使用便利和驾驶体验的同时对整车EMC性能的开发也带来了严峻的考验，比如驾驶员状态监控、流媒体后视镜、行车记录仪等图像显示系统。为了保障各项功能在车型上能可靠实现，各主机厂均会对各零部件开发设计进行严格管控，同时在整车上充分验证整车EMC性能水平是否达标。本文所阐述的是其中静电放电测试项目带来的问题及解决对策。

1  整车静电放电

整车静电放电测试是为了模拟用户使用过程中潜在的人体静电放电现象，避免车辆因静电导致某项功能出现异常或电子部件被损坏，通过对整车静电放电性能的管控，提高车辆的可靠性，从而提升客户对车辆的体验感。

《GB/T 19951道路车辆电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法》标准中规定了车辆电气/电子部件对装配、维修过程中以及驾驶员在车内、车外可能产生的静电放电耐受性能的试验方法，包括试验布置、放电方法、等级要求等。车辆进行整车放电时其放电模组及放电等级要求如表1所示，试验布置如图1所示。

2  整车静电放电测试问题分析

2.1  整车静电失效现象

在对车外摄像头进行静电放电时，仪表出现报错，多个故障指示灯被点亮，同时车辆挡位无法切换，整车不能正常启动。

2.2  静电失效问题排查思路

从摄像头系统链路上看，与仪表提示的报警信息以及动力相关的功能均无直接联系，且摄像头位于车辆尾部，与仪表台附近距离较远，所以首先排除静电场的影响。因仪表上显示多个报警指示灯，故使用CANoe读取整车故障码及整车报文，发现报文上出现了很多错误帧且无法自动恢复，导致整车多个节点丢失。

在确定是整车通信出现问题后，通过逐一排查相关链路上控制器的方法，最终定位到问题控制器，在拔掉该控制器插接件后，CAN-L、CAN-H电压恢复正常，CAN通信恢复正常，仪表报警指示灯消失，整车可以正常启动。

2.3  静电耦合路径分析

从整车静电放电测试方法及测试位置分析，整车静电耦合路径一般可以分成4种。路径1：直接耦合，即对某一电子设备进行静电放电测试，静电能量直接耦合到电子设备的内部，如对显示屏表面进行静电放电测试，静电能量耦合到显示屏内部排线导致显示屏出现闪屏现象。路径2：间接耦合，即对某一电子设备进行静电放电测试，静电能量通过周边金属部件耦合到其它电子设备的现象，如对点火开关进行静电放电测试，显示屏出现黑屏现象。路径3：终端耦合，即对某一电子设备进行静电放电测试，静电能量通过其连接线传导到负载端，对负载端产生影响的现象，如对后视镜调节开关进行静电放电导致门模块相应引脚阻抗变化的静电失效现象。路径4：即对某一电子设备进行静电放电测试，静电能量通过其线束耦合到其它系统线束上，导致其它系统出现失效的现象，本案例即为第4种路径，路径示意图如图2所示。

2.4  静电放电失效对策

在确定了问题零部件及耦合路径后对问题进行了整改尝试，整车层面整改方案需从静电泄放路径上去想办法，给静电能量提供一个可以快速泄放的有效路径。

本案例后视摄像头外壳为金属外壳且装配有金属支架，但实际整车装配时后视摄像头外壳及金属支架均未与车身金属部分可靠连接，且后视摄像头周边无可用金属搭接部分，无法提供一个可以快速泄放静电能量的路径，故整车上整改方案难以实施。

在整车整改方案无法推动后，尝试在零部件端去解决，在前期排查过程中已明确问题所在零部件，故查看其电气原理图确认其相关引脚是否有静电防护，从原理图上看有使用TVS防护器件，但在PCB板上TVS并没有焊接，CAN收发器电气原理图示例如图3所示。

最终在PCB板上增加TVS器件后搭载整车验证，空气放电25kV测试，整车功能无异常表现，ESD问题解决。

3  总结

本文通过实际项目开发案例，分析了整车ESD的潜在耦合路径以及问题对策方案，为整车EMC设计及ESD失效问题提供了解决思路。

在零部件EMC设计管控过程中要充分了解整车测试模式，预留相关设计方案，降低后期整改及周期成本。

参考文献：

[1] 郑军奇. EMC电磁兼容设计与测试案例分析（第3版）[M]. 北京：电子工业出版社，2018.

（编辑  杨  景）