新能源汽車控制系統(tǒng)“誤報”故障的兩大成因

文：王鴻波

新能源汽車控制系統(tǒng)“誤報”故障的兩大成因

文：王鴻波

經(jīng)過對眾多維修案例的總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)新能源汽車控制系統(tǒng)近90%的所謂“誤報”故障，都是由于輸入信號電壓受到干擾所致。我們知道，只要是電信號都必須有一個參考電位，而通常我們都是選擇一個接地點作為參考電位。但因為對精度和抗干擾強(qiáng)度的要求不一樣，在在控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線。

(1)數(shù)字地：也叫邏輯地，是各種開關(guān)量（數(shù)字量）信號的零電位。

(2)模擬地：是各種模擬量信號的零電位。

(3)信號地：通常為傳感器的地。

(4)交流地：交流供電電源的地線，這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。

(5)直流地：直流供電電源的地。

(6)屏蔽地：也叫機(jī)殼地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。

一、接地不良

由此我們可以分析出引起系統(tǒng)“誤報”故障的第一大成因：接地不良，引起信號失真。但這在控制邏輯上不屬于誤報，因為已經(jīng)符合故障碼的生成條件。例如本來信號是5 V，但是由于地電位壓降達(dá)到了1 V，所以測得的值就只有4 V了。如圖1左側(cè)所示，接地良好，電阻可認(rèn)為是0 Ω，所以電壓是正確的。而圖1右側(cè)中，由于接觸不實相當(dāng)于串入了一個電阻，為了更便于理解，假設(shè)原電路電壓是5 V，內(nèi)電阻是4 ?，因為接觸不實相當(dāng)于串入1 ?，可以算出AB兩點間的電壓就是原來的80%了。如果此時信號電壓已經(jīng)達(dá)到設(shè)置故障碼的條件，那么記錄故障碼并點亮故障燈就是正常的。而維修人員所要查找的是導(dǎo)致故障碼產(chǎn)生的原因，接地不良這個原因就很容易被忽略。

圖1 接地不良原理圖

二、電磁干擾

造成系統(tǒng)“誤報”故障的第二成因是電磁干擾，信號電壓受到電磁干擾而失真，達(dá)到故障碼產(chǎn)生條件，同樣會導(dǎo)致系統(tǒng)“誤判”而報故障碼。目前汽車上的多數(shù)控制系統(tǒng)輸入信號都是模擬信號（1～5 V電壓信號），這是因為模擬信號便于傳送，但是它對干擾信號很敏感，在信號傳送過程中很容易在干擾后發(fā)生變化，所以要求車輛的電氣部件符合電磁兼容性（EMC）要求。而相比于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車的EMC問題更加突出，因為新能源汽車增加了電池、驅(qū)動電機(jī)、空調(diào)電機(jī)等容易引起EMC問題的設(shè)備。

先簡單介紹一下電磁兼容，它是指電氣設(shè)備在同一電磁環(huán)境中共存的一種特性，即要求在同一環(huán)境中使用的電氣設(shè)備正常工作而不能相互干擾。具體來說，電磁兼容性包括兩方面：電磁干擾（EMI）和電磁耐受（EMS）。電磁干擾指的是電氣產(chǎn)品本身通電后，因電磁感應(yīng)效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁波對周圍電子設(shè)備所造成的干擾影響；電磁耐受則是指電氣產(chǎn)品本身對外來電磁波的干擾防御能力。

電磁干擾有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。目前對于電磁干擾抑制的方法主要是應(yīng)用屏蔽（包括隔離）、濾波和接地技術(shù)。所以我們可以看到許多線路中有屏蔽線的存在，如圖2為某純電動汽車驅(qū)動電機(jī)的電路圖，從圖中可以看到，不僅需要對新能源CAN線進(jìn)行屏蔽處理，還需要對電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器的信號線進(jìn)行屏蔽。此外我們還可以看到電機(jī)控制器同時有2根地線，經(jīng)過分析不難理解這其中必然有屏蔽的接地。那么如果接地出現(xiàn)不良，甚至是斷路，就不是簡單的信號電壓變化的問題了，而是會出現(xiàn)屏蔽失效。此外，如果屏蔽層接到了信號地上，噪聲電壓就會驅(qū)動共模電流沿屏蔽層向外干擾，形成共模干擾。

在傳統(tǒng)汽車上，只有點火系統(tǒng)會產(chǎn)生高壓，所以其高壓線和點火線圈容易引發(fā)電磁干擾。但是新能源汽車則不同，有很多的高壓線路。所以如果新能源汽車在布置信號線路時未能考慮周全，譬如信號線在布線時與高壓線相距過近，就非常容易產(chǎn)生共模干擾。

那么在眾多的系統(tǒng)“誤報”故障中，許多車輛都是由于線路接地不良，或者是接地點出現(xiàn)問題而導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。例如驅(qū)動系統(tǒng)總報故障碼“驅(qū)動電機(jī)UVW線路斷路故障”或類似故障時，應(yīng)該考慮到可能是由于旋轉(zhuǎn)變壓器信號受干擾而誤報此類故障，所以應(yīng)該檢查旋轉(zhuǎn)變壓器信號電路的屏蔽線情況，以及電機(jī)控制器的屏蔽線接地點和電機(jī)控制器的信號接地點。

圖2 某純電動汽車驅(qū)動電機(jī)部分電路圖