SAECCE 2020 | 比亚迪周宇奎：新能源汽车产品平台化的EMC设计
2020中国汽车工程学会年会暨展览会（SAECCE 2020）于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会展中心举办，汇聚汽车及相关行业的企业高层、技术领军人物、资深专家学者、广大科技工作者。10月29日，长城汽车股份有限公司楚艳钢在本次大会上发表了主旨演讲。
以下为演讲实录：
各位领导、各位专家，大家上午好！今天的演讲主要分三个部分，第一是背景的介绍，第二是性能的挑战，第三是方案的探讨。
首先我们作为一个车厂，我们的产品是什么样？从这块角度来讲，我们把这块分成了三大部分，第一部分是目前企业的开发模式是一个多市场的，也就是说我们在国内、海外多个市场同时上市同一款车型，这种情况是很常见的。在市场的分析上，包括当地法规的标准，当地的评价组织的，客户群体的特殊需求，这些都是不太一样的。另外一方面多平台，相信各个车企也都跟我们一样，在内部我们会分好多个车型的开发平台，这些平台可能会因为运用一项到多项的新技术，平台的车又有自己的家族特征，而在具体的车型开发上在家族特征的基础上又会加入个性的元素，这是一个在同一个技术的平台上会带来比较大的差异。还有一个是我们公司在两年前推出了一款百搭车型，也就是所有的模块、功能是任意选配，你只要下单我们就生产，这个模式也会给我们开发带来新的挑战。前我们的产品分布就是这个特性。
第二，这也是个人的想法，我们内部也讨论，我们把我们这个组织，性能开发这个工作梳理出一个理想的模型出来。我们的工作内容做到什么程度？我们把这个模型叫客户模型，也就是说我们所有的服务、工作都为我们的客户来服务，这样的话我们把客户又分为三部分，第一个是用户，也就是说我们的消费者。第二部分是我们国家的标准管理，包括3C认证这些认证机构，就是国家对我们的一些要求。第三部分是我们的老板，这个老板可能说的比较广义，可能是我们部门的，可能是我们公司的老板，我们把客户分成这三部分。
理想的模型，也就是说我们想让用户不会感受到我们电器之间的一些冲突，他不会想起车厂还有电磁兼容的工作，这是一个想法。第二部分国家这块你不用谈及我们公司EMC是怎么样的，因为我们肯定是在该做的位置之上，这是一个想法。最后一个我们要向我们的老板负责，我会尽量的把余量消除，也就是领导对我们的精准化开发。领导经常跟我说的一句话“我想让你做到你说出问题就出问题，你说不出问题就不出问题”，虽然这是玩笑话，但是我们在座的都知道这是不太可能的。但是这毕竟是领导对我的一种希望，想让我们达到一种挑战目标，所以我们把这个模型梳理成这样。根据郑总也说我们是一个孤独的团体，我们恰恰从这个角度出发，我们想打造的就是一个隐身模型，我们的开发，我们的组织要在公司、客户目前隐身，只要你想不起我就是我做的比较好，这是一个理念。
再说一下需求，尤其今年感觉的变化点，我想从两个方面来说。第一个是产品的需求，第二个是技术特征的引申。产品需求这一块，前面的背景也提了一下，就是多元素、多维度的增加。平台的模块化、集成化，产品的百搭性，这些是我们以前面临很少的一个问题，但现在是我们的常见问题。第二个就是说现在的用户，相信大家跟用户打过交道也会清楚这块，现在用户的知识水平、分析能力、理解能力都在快速上升，跟十年前可能完全不是一个等级了，他对需求的理解可能比我们专业的人士差不了太多。第三方面是成本压力的上升，现在各个企业也都在缩减开发成本，我们也说过一句话“降成本不代表降性能”，这句话用来理解的话就是你这个性能到底应该怎么解读。
技术引申这个问题，我们通过梳理得出几点，现在变化点比较多的，第一个是弱电控制技术使用频次加强了。可能咱们五年前车上用到的一些霍尔元件不太多，现在的车型，可能我们这种元器件会用的很多很多。另外一条是频带更宽了，射频载波技术的应，包括信号和电源的同步传输，这个问题昨天也谈到这块的内容，这些我们设计标准是不是要把频段扩展，这些问题我们都会面临。再一方面高电压、高功率，能量的携带性，这个主要面向的是高压这一块，我们以前48V是处理比较高的，但实际上现在几百伏的大电流我们到底应该怎么处理。最后一块现在的工作状态更加复杂，内部信号的交互耦合更加品。这块说的跟车的布置密度相关，拿以前车的数据来比，以前没有EMC的时候，这些车性能和现在开发的车做一下比较，可能15年前的车比现在的车EMC性能好很多，但是当时我们还没有做太多的工作。引出一个课题是不是我们EMC的人介入了这个性能更差了？我们感觉不是这样的，你布置密度的变化是引起这个问题的技术引申意义。
下面介绍一下我们的想法，我们想借用EMC的定义来讲，我们所做的工作是在有限的资源投入下，以面向对象的视角，用大系统分析方法开展差异化开发与测试，是将来一个重要的工作方向。我把这块分解成三个模块，第一个叫需求矩阵分析，第二是差异化概念设计，第三是测试环境设计。
需求矩阵的分析，我们大概意思就是要以车型开发的平台为对象，对整个平台的需求进行梳理和分析。第二就是以品牌定义为对象，竞品分析。我们再把这个范围缩小一下，我们以具体的车型平台来做分析对象，就我这个平台从研发初期核心竞品、市场竞品是哪些，我要把车型的竞品做出来，所谓的知己知彼百战不殆，我要做到这个程度。第三条我们以具体的小车型来分解，我在车型分析平台上需求矩阵怎么制定。
差异化概念设计，这块我们把维度再下降一个层次，就是我要平台下具体的小车型来做研究对象。梳理我的开发目标是什么？我做到什么程度？在这个车型上我做到什么程度。第二部分是以系统为对象，这部分主要用来做总布置、总布置指导和总布置评审。第三是以子系统为对象，把我们的开发目标分解到各个子系统。
测试环境设计，我们这一块分解的维度跟前面两个方向不太一致，刚才提了从标准的角度，标准法规的符合性，也就是我们是客观的测试方法，我要满足国家、地区、市场的标准条件，这个主要是为标准开发。第二部分以用户的角度，我们这部分开展的想法还是以主观评价来做的，就是刚才徐总在演讲的时候提到的一个工况设计。第三部分以产品的角度，就风险评估用例的开发。前面郑所也提到过这点，就是风险评估系统的建立，这部分怎么做，我们也是有一些想法。
下面分别介绍一下几块的需求我们是怎么想的。
需求矩阵的分析，目前我们是以多点多维度开展需求矩阵的分析。刚才讲了这几个，以平台为对象，实际上是我们做的目前市场法规环境、历史数据的分析。第二个是目标客户群的关注点、社会评价，这儿多说两句，其实我们刚才说的目标市场的法规、环境，并不是说我们看看标准就能做出来的一些，我们对一些环境数据的分析，包括各个品牌的售后问题，包括论坛的反映，这部分都是我们分析的一个数据点。另外客户群的关注点，前面也提到了，现在用户的科技知识水平，我们举一个极限的例子，当初碰到一个售后问题，我们把这个问题经过专业工程师做完之后给出的技术报告，他的结论实际上跟我们论坛上一个客户给出的结论是完全一致的，可能这个例子比较极限。咱们现在的意思是说，我们不能小看现在用户对需求点的理解。
以品牌为对象，这部分就是加入了一些我们对这个品牌的定义，我们在品牌上的定位是什么，我们EMC的性能要做到什么程度，以及各个竞品车在这个领域性能表现的分布是什么。做出这些，我们会依据品牌的定位开展品牌的竞争策略分析。
以车型为对象，这部分用的是大系统的差异分析方法，细化车型的性能需求。最后是数据、标准、竞争策略的整合、修订。
这里面举了一个例子，拿我们一个真实的售后做的分析，先看一下右侧的图表，这是我们在某一个特定的市场，2014年之前的上市车型，15-16、17-18年上市车型所有的EMC售后问题的分布。可以看到我们企业面临的最大问题就是静电问题，可能跟南方的主机厂不太一致，我们作为一个北方车厂面临静电的压力是很大的。同样，对市场做一下分析来说，我们这个需求做到这么高，那我们卖到欧盟也没有必要？我们从左侧的地图上来看，实际上这个地中海气侯是完全没有必要做到这么高的静电需求，做再到他需求不到也是没有意义的。包括我们看PPT下面这一句话，我们对具体问题的分析，这个问题发生在北方的1-4月份之间，问题很集中，而且所有的售后发生点都在北纬36度到49度之间。最严重的一个省份，占比占到33%，也就是说这些需求是一个特定区域化的需求，在不同市场的环境下我们严酷的需求程度是不一样的。我们之前的做法我们的做法好多的需求是统一的标准，在未来这并不是一个好的方案。
差异化概念的设计，这部分的工作主要在车型的开发前期，在概念层的数据布置阶段。目前我们的做法是会对之前的售后、经验、数据做一下梳理，会对车型的总布置，从EMC角度给出一个设计的指导规范。总布置部门做完之后，我们会根据这个布置进行EMC性能评审，评审完之后给出一个风险分析评估，主要是这个思路。从PPT的有半侧看到对这个工作的具体内容，就是我们对需求的整合，对各个层级的目标进行分解，从EMC的大系统角度来说，我们的敏感源、干扰源到底应该怎么规避？从整车布置我们怎么给出一个优化的建议，这块的指导思想前面也提到了，也就是说我们还是以大系统分析法则来做一个手段。主要的考虑因素就是有限的空间、有限的时间、有限的频谱，还是紧贴EMC的定义来做。
我们这里面的设计要点，第一部分是对干扰源类型以及特性的掌握，这部分不是一天两天能做出来的，我们还是在一个长期的积累和对这个硬件，包括数据的积累、分析，才能越来越精准的得出这个模型。第二部分以控制回路为对象进行干扰路径的规避与规划，比如说EMC问题的低频，基本上我们不太会考虑这样的问题，线束是必须的一个路径，所以这部分我们可能会考虑线束耦合的成分更大。线束的布局以及线束的布置走向，跟线束的捆扎方式、搭建方式是我们考虑的重点。第三块是敏感件的逻辑策略分析，以前我们的零部件判析来说，有些波动我们人越是不正常的，实际上现在的控制器技术手段发展，已经把那些逻辑做进去了，就是你这些波动在我这儿是不会引起问题的，在设计初期控制端已经加入了策略，我们就没有必要对传感器加这么高的要求。最后一点，我们所发现前期的评审风险点最后的一个闭环控制、闭环管理，也就是说你不仅要发现这些问题，还要对这些问题的管控、管理。
下面举一个实车的例子，这是我们碰到一个真实的问题，就是在测试车上发现的，同一个系统在燃油车和PHEV车上的不同表现。实际上这问题我们可以看左侧下面这两个数据图，这是我们的一个摄像头视频数据，可以看到，第一反应感觉传统车的问题更严重一点，但实际上传统车反而是没有问题的一辆车。在PHEV车型上我们的摄像头采集来的视频数据会表现出有白斑点，也就是说我们完全相同的一个低压系统，从EMC角度来讲它的干扰源、路径、敏感源都是相同的，反而在整车上表现出来是不同的，一个是没有问题的，一个是有问题的。从这个角度来分析，我们看到并不是说这个系统在这些变差了，而是说整车的电源系统都在抬升，所应用系统的应用环境不同了，可能造成这个问题就表现出来不一样的现象。
刚才提到我们的老板要求我们做到精准化，出现这样的情况跟精准化控制的目标是相违背的。所以在需求分析阶段，我们应该把差异点考虑进去。后面是右侧，另外一个系统的例子，我们考虑这部分，我们看到C控制器，C控制器在真实考虑的时候，比如我考虑还是摄像头的问题，我的机械喇叭和电子喇叭的表现，系统控制的方式会因为喇叭的类型，以及干扰的类型不同而做出不同的判定，也就是说看我们最初给出的，如果你使用的机械喇叭，我们认为第一种布置方式是不可行的。如果你使用电子喇叭，我认为这个布置方式是可行的。其实也就是说对系统的分析，实际上是要下一番功夫的。
下一个部分是测试环境的设计，这部分我们还是分两部分，前面我们提到分为主观测试和客观测试，先说一下客观测试。客观测试基本上就是我们标准的符合性，实际上这部分我们所做的重点工作在产品设计逻辑的验证上，也就是说我开发的产品是不是按照预先设定的逻辑在工作，这是一点。另外一个法规符合性，就是我的发射性、抗射性是不是满足了国家对我的最低要求。我对我的售后、需求矩阵的理解、开发目标是不是满足了。客观评价，也就是PPT下面的部分，实际上我们对风险分析的把控，也就是说我们对产品整个车型的设计理解，以及我们对这些设计薄弱环节的管控定位是不是达到了我们的需求，以及其他车型对类似问题的横展分析。
刚才我讲的是整车级的，这一页我们是对零部件子系统级的测试设计。这里面多说一点，我们会把样品测试矩阵的选择加进来，另外几部分，一个是测试模式与状态，一个是监控系统，另外一个是验收准则。样本矩阵，作为EMC的工程师来讲我们会深入到子系统里面，对系统的布置、系统的组成进行原理性分析。包括测试项目的目的，以及样品的元器件报幕清单进行对应性的分析。第三点是样品配置与测试项目矩阵的制定，最后还是回到矩阵的硬核上。最上面是我们产品的真实测试矩阵，在零部件级我在车型上不同配置之间的测试矩阵是什么。
第二部分是测试模式与状态，从整车的物理布置以及连接关系分析，整车的典型工况的分析，以及零部件的最大发射模式和它的敏感性分析，前面这三部分是我们的需求，后面是模拟负载的开发。现在主机厂越来越多关注模拟负载，目前域控制器的概念引入，实际上这个工作比以前更加重要的一块。另外是样品的配置与测试项目矩阵的制定。
第三部分监控系统。输入输出信号的确认方案，我们对输入输出的理解到底是什么样，它的功能逻辑和信号流向又是什么样，以这些的我所用的监控设备、监控方案是不是合理，也就是我们这块的工作是在优化监控的方案。
最后一部分是验收准则的制定，还是从信号功能状态分析，可接受范围的分析，包括后面条件的确定，这是我们工作的重点内容。
下一部分是整车测试的设计，整车这一块我们还是分两个方向，第一个是标准客观测试，第二部分是整车的评价主观测试。我们的偏重方向，比如说客观测试还是关注零部件的达成状态评估，发射抗扰风险的预测，整车工况的组合，监控系统的设计，接受准则的制定，这块还是从功能实现水平的角度来做一下我们对整车工况的预测，以及整车结果的预测，来制定整车的测试方案。客观这一块我们还是从零部件达成状态的评估，问题库的横展、风险的预测、评估工况设计、评价用例的整合、测试评估、风险决策这几个方向。大概几十个概念，我们后面还是通过一个简单的例子来说明。
正好昨天聊天也聊到脚踢的功能，拿脚踢做例子，这部分是我们对尾门脚踢开启功能做分析，如果我对这块做整车的设计，我们要先研究测试对象是什么，是不是我都要所有车型都测？我验证的其实就是电容性传感器的配置，只有加上这个配置才会进行工况测试。第二点从系统状态和整车的风险角度出发，我们提到电容传感器是我们关注的对象，我们要对它的敏感性进行分析。
它在整车上安装布置到底是什么样，也就是说看我这个图上有一个车辆的照片，我们举个例子，我们车的后视板到底用的是什么材料，塑料、碳纤维还是钢板，对我们的测试模式、测试评估是有影响的，我测试用例的开发可能是不一样的。从另一个角度来讲，我的风险到底是什么，我是有误触发的风险还是响应它不处触发的风险，这两方面整车故障表现又是什么，这部分是我们测试之前要考虑的问题。针对测试的需求我们会评估我设定什么样的工况，我们会在实验室验证误触发的工况，包括在实际环境评估触发不响应的工况，从这个角度来讲，测试用例的车辆状态、操作步骤、预期功能表现是我们必须要设定的一个工作点。最后一个是失效判据，我设计了这么多工况、触发条件、模式条件，我到底怎么判定出现什么状况是可接受的，出现什么状况是不可接受的，它的风险等级又是什么。
本来我想把这一页PPT讲一下的，后来看到彭鹏总后面有一个专题对瞬态的讲解，这块我就不再多说了，我把题目大概说一下，把我们的想法介绍一下，这个系统不再分析了。我们主要看的是右侧设定的一个模型，从大系统的角度来讲，我们这几个零部件布置关系有没有必要把瞬态的发射测试、抗扰测试都要做了，是不是可豁免？从这个角度来分析。考虑这个问题我们的想法是一定要从整车的大系统角度出发，要考虑测试项目的目的是什么，我到底是在验证什么问题，以及我这个件儿它的骚扰源的特性是什么，考虑骚扰源路径和敏感源这个系统上是不是有系统级防护，到敏感源的特性又是什么，这几个点我们要综合考虑之后，才能给出这些测试到底是不是可以豁免的。
这就是我今天分享的全部内容，谢谢大家！
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（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）
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