淺析純電動汽車與燃油汽車電磁干擾的區(qū)別與聯(lián)系

蔣曉琴

（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611130）

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車越來越智能化、電子化，這些電子元件、電氣產(chǎn)品給人們對汽車的使用帶來了舒適和便利，但汽車的電子元件、電氣產(chǎn)品存在電磁干擾，電磁干擾會給汽車的使用帶來不良影響，因此在汽車設(shè)計(jì)時電磁兼容問題非常重要。

電磁干擾（簡稱EMI）按干擾途徑的不同分為傳導(dǎo)干擾、感應(yīng)干擾、輻射干擾3大類，其中傳導(dǎo)干擾是通過電路的共用導(dǎo)體傳播，如共用電源線和共用搭鐵線，任意一個設(shè)備電流變化都會導(dǎo)致共用導(dǎo)體的線路中其他設(shè)備電壓變化產(chǎn)生干擾；感應(yīng)干擾是指電感應(yīng)和磁感應(yīng)干擾；輻射干擾是由天線發(fā)射，汽車上通電的導(dǎo)線和電纜被視為等效天線。

電磁干擾按干擾源的頻率不同分為低頻、高頻兩類；電磁干擾按干擾源的不同分類有車外電磁干擾、車體靜電干擾、車內(nèi)電磁干擾3種。純電動汽車和燃油汽車都有車外電磁干擾、車體靜電干擾、車內(nèi)電磁干擾3種電磁干擾。其中車外電磁干擾、車體靜電干擾是相同的，車外電磁干擾是指汽車行駛過程中經(jīng)歷外部電磁環(huán)境時所受的干擾，如高壓輸電線、高壓變電站、大功率無線電發(fā)射站、雷電、密集汽車電子設(shè)備工作地段等，由于大能量的電磁效應(yīng)對人體有害，目前有相應(yīng)電磁標(biāo)準(zhǔn)來限制這類干擾，因此汽車電子設(shè)備受車外電磁干擾較?。卉圀w靜電干擾是指汽車行駛時車體與空氣高速摩擦，從而在車身上形成不均勻分布的靜電場對汽車電子設(shè)備形成電磁干擾。純電動汽車與燃油汽車電磁干擾的區(qū)別主要是車內(nèi)電磁干擾，由于純電動汽車與燃油汽車結(jié)構(gòu)有區(qū)別，車內(nèi)電磁干擾存在一定的區(qū)別與聯(lián)系。

1 純電動汽車與燃油汽車中電磁干擾的區(qū)別與聯(lián)系

1.1 燃油汽車中典型的電磁干擾［1］

燃油汽車電磁干擾源有高壓點(diǎn)火系統(tǒng)，各種電機(jī)類電器部件，各種繼電器，各種電子控制單元ECU以及各種燈具，無線電設(shè)備如手機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航、車載無線電、電視轉(zhuǎn)播、測距雷達(dá)和導(dǎo)航雷達(dá)等。燃油汽車中電磁干擾比較典型的有點(diǎn)火系、發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、電動機(jī)、電感元件5大類。

1）點(diǎn)火系 點(diǎn)火系中電磁干擾最強(qiáng)的是點(diǎn)火線圈、高壓線和火花塞。一是發(fā)動機(jī)工作時，火花塞兩電極間的空氣間隙被擊穿產(chǎn)生電火花，從而激勵了其附屬電路的振蕩。二是點(diǎn)火系次級電路的放電，次級電路的放電分為電容放電和電感放電兩種。電容放電是次級電路和點(diǎn)火線圈、高壓線和火花塞放電間隙形成的極電極電容所儲藏的能量通過火花塞放電，而電感放電是次級線圈儲藏的能量逐次衰減放電。

2）發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)有整流子和硅整流兩種，硅整流電機(jī)旋轉(zhuǎn)中滑環(huán)與電刷的接觸狀態(tài)不斷發(fā)生變化，兩者之間產(chǎn)生電火花，當(dāng)發(fā)電機(jī)與蓄電池聯(lián)合供電工作時，脈沖過電壓能產(chǎn)生極大的能量釋放，對汽車上其他的電子元器件產(chǎn)生較大的電能沖擊。

3）起動機(jī) 發(fā)動機(jī)起動時，在起動機(jī)開關(guān)和起動繼電器觸點(diǎn)通斷瞬間，以及起動機(jī)通電過程中電刷與整流子換向瞬間，由于電流很大和瞬間通斷造成蓄電池端電壓劇烈波動，而引起起動開關(guān)、起動繼電器觸點(diǎn)以及起動機(jī)電刷與整流子間產(chǎn)生強(qiáng)烈電火花。

4）電動機(jī) 汽車上附屬裝置電動機(jī)比較多，如風(fēng)扇、刮水器、門窗玻璃等，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易產(chǎn)生電火花而引起電磁波，電動機(jī)一般封閉金屬外殼，但仍會通過電源線和搭鐵線傳導(dǎo)出干擾電磁波。

5）電感元件 汽車上的各種電機(jī)都屬于電感負(fù)載，如刮水器驅(qū)動電機(jī)、汽車起動機(jī)、暖風(fēng)電機(jī)、燃油泵、空調(diào)起動器、交流發(fā)電機(jī)等，這些電感負(fù)載和接觸開關(guān)由于開關(guān)觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、電機(jī)電刷接觸不良，或者供電突然被切斷、搭鐵不良造成時通時斷，都會激起瞬間過壓電，瞬間過壓電的脈沖峰值與導(dǎo)通電流值、電感量和通斷速率成正比。

1.2 純電動汽車中典型的電磁干擾

純電動汽車［2］一般是由電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、電池及管理系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。

1）電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為車輪的動能，是純電動汽車的核心部分，由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和車輪等組成。目前驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式主要有3種：第1種與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置方式一致，帶有簡單變速器和離合器，只是將發(fā)動機(jī)換成電動機(jī)，屬于改造型電動汽車，目前市場上大部分純電動汽車屬于這種結(jié)構(gòu)型式的電動汽車；第2種取消了變速器和離合器，采用了逆變器；第3種是電動機(jī)裝在驅(qū)動軸上由電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換。

2）電池及管理系統(tǒng)［3］是對電動汽車用電池單體、整組均進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控充放電、巡檢、溫度監(jiān)控等。

3）輔助系統(tǒng)有輔助動力源、空調(diào)器、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、刮水器、收音機(jī)以及照明和除霜裝置等，除輔助動力源輔助系統(tǒng)外因車型而異。

純電動汽車與燃油汽車相比較，沒有燃油汽車的點(diǎn)火系、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)，但電子元件、電氣產(chǎn)品比燃油汽車多，有高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備、各類電動機(jī)、接觸開關(guān)觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、總線、線束、傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)，尤其是純電動汽車中傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)比燃油汽車多，車內(nèi)電磁干擾源多。典型的是電池及管理系統(tǒng)電磁干擾，電磁波干擾可能通過空間干擾、供電系統(tǒng)干擾、過程通道干擾3種渠道侵入單片機(jī)系統(tǒng)，疊加在單片機(jī)輸入信號、輸出信號或者單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核上，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)失誤、死機(jī)甚至崩潰。

2 防電磁干擾的措施

2.1 燃油汽車防電磁干擾的措施

目前在燃油汽車上防電磁干擾的措施有4種：①單線制負(fù)極搭鐵，將電源的負(fù)極與車架或發(fā)動機(jī)相連接，汽車電器和電子元件均與發(fā)動機(jī)或車架連接，整個汽車的大件結(jié)構(gòu)在電氣方面連成一個整體，從而有效抑制電器元件、汽車部件因靜電感應(yīng)引起的電磁干擾；②并聯(lián)大電容電火花滅弧［4］，在點(diǎn)火系采用電容器與斷電器白金觸點(diǎn)、雙金屬片型傳感器等并聯(lián)滅電弧；電氣設(shè)備上安裝由電阻、電磁元件以及電容組成的濾波器消除電火花；③串聯(lián)小電阻，在點(diǎn)火系統(tǒng)高壓電路串聯(lián)小阻尼電阻，在電動機(jī)上加裝不同規(guī)格的阻尼抑制器來抑制電磁干擾；④金屬屏蔽，將容易產(chǎn)生火花的電器用金屬網(wǎng)遮掩起來，對于低頻電磁干擾，采用編織屏蔽網(wǎng)；對于高頻電磁干擾，采用箔層屏蔽；對于高低頻混合的電磁干擾采用箔層加編織網(wǎng)屏蔽。

燃油汽車防電磁干擾的措施主要有以上4種，除了以上4種以外，燃油汽車各種電子控制單元ECU尤其是發(fā)動機(jī)ECU上有硬件防干擾和軟件防干擾措施。

2.2 純電動汽車防電磁干擾的措施

純電動汽車由于電子元件、電氣設(shè)備更多，因此電磁兼容問題更嚴(yán)重，目前在純電動汽車上防電磁干擾的措施有6種：①～④種與燃油汽車相同。⑤單片機(jī)系統(tǒng)的硬件防干擾，目前硬件防干擾措施有5種：一是在單片機(jī)輸入通道通過光藕器件傳輸信號將單片機(jī)系統(tǒng)與各傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開，這種又稱為電隔離；二是長線傳輸數(shù)字信號時用雙絞線，并在發(fā)送和接收信號端串入末端電阻，且雙絞線與阻抗匹配；三是單片機(jī)系統(tǒng)采用RC低通濾波器進(jìn)行硬件濾波；四是搭鐵，設(shè)備外殼搭鐵和公共電位參考點(diǎn)的工作搭鐵，單片機(jī)系統(tǒng)的兩種搭鐵要分開；五是電子器件的金屬屏蔽，再將金屬外殼搭鐵。⑥單片機(jī)系統(tǒng)的軟件防干擾主要是消除輸入信號的電磁干擾，以及程序運(yùn)行混亂時使程序重新正常運(yùn)行，目前常用數(shù)字濾波來消除輸入信號的電磁干擾，若程序運(yùn)行混亂進(jìn)入“死循環(huán)”時，通過“看門狗”等程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)對程序進(jìn)行出錯處理，從而脫離“死循環(huán)”。

通過對燃油汽車、純電動汽車防電磁干擾的措施比較發(fā)現(xiàn)，純電動汽車電磁兼容問題更嚴(yán)重，兩類汽車防電磁干擾的措施種類一致，但純電動汽車因電子元件、電氣設(shè)備和單片機(jī)系統(tǒng)比燃油汽車多，因此防電磁干擾措施從數(shù)量上比燃油汽車多。