新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法

蘇超杰

新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法

蘇超杰

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450012）

電子控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心組件之一，但是在電子控制系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種電磁干擾。該系統(tǒng)會(huì)在故障下引起各種故障，從而使車輛無法正常執(zhí)行操作指令，這是車輛行駛安全所面對(duì)的主要挑戰(zhàn)之一。文章探討了可以用于排除新能源汽車的電子控制系統(tǒng)中電磁干擾的方法，并對(duì)其故障進(jìn)行必要的分析，以完成其維修工作。

新能源汽車；電控系統(tǒng)；電磁干擾；故障檢修

引言

當(dāng)前新能源汽車已經(jīng)成為主要的交通工具之一，并在人們的生活中起著舉足輕重的作用，同時(shí)越來越受到人們的青睞[1]。然而，新能源汽車中存在各種類型的故障，都會(huì)對(duì)于新能源汽車的安全駕駛造成重大挑戰(zhàn)，其中由電磁干擾引起的故障是典型檢修故障。而近年來，電子控制技術(shù)已廣泛用于現(xiàn)代新能源汽車的各種控制系統(tǒng)中，以顯著優(yōu)化新能源汽車的整體性能，但是這些新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)整個(gè)車輛電氣系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，即每個(gè)電子設(shè)備和每個(gè)電子控制系統(tǒng)必須相互適應(yīng)，并且不得相互干擾，這就要求車輛電氣系統(tǒng)中的整體檢修維護(hù)水平較高。

1 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障主要原因

1.1 點(diǎn)火系統(tǒng)電磁干擾點(diǎn)

車輛中的電磁干擾是指在發(fā)動(dòng)機(jī)、繼電器、開關(guān)和其他車輛部件工作時(shí)發(fā)生的電磁干擾。車輛外部的電磁干擾是指各種電氣設(shè)備如高壓線、無線電等設(shè)備導(dǎo)致的干擾，以及由雷電等自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。點(diǎn)火系統(tǒng)中的點(diǎn)火線圈、火花塞、分配器和高壓線是重要干擾源，尤其是火花塞是引起高頻電磁干擾的主要組件。當(dāng)點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路斷開時(shí)會(huì)在初級(jí)電路中產(chǎn)生阻尼振蕩，通常來說一次電壓的最大幅度通常為300到500V，而如果沒有有效的抑制措施來抑制此瞬態(tài)電壓，則它會(huì)與電子設(shè)備捆綁在一起并構(gòu)成威脅，甚至可能通過電纜對(duì)其他電子設(shè)備造成嚴(yán)重干擾。與此同時(shí)，在次級(jí)線圈中感應(yīng)的次級(jí)電壓最大值通常為20,000~30,000V，足以打破火花塞的電極間隙并產(chǎn)生電火花放電。而火花放電會(huì)在周圍區(qū)域產(chǎn)生大約0.15至1000MHz的寬帶電磁波，并在十米內(nèi)的電子設(shè)備中引起強(qiáng)烈的輻射干擾。

1.2 交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)電磁干擾

通常來說，交流發(fā)電機(jī)使用碳刷和滑環(huán)將勵(lì)磁電流引入轉(zhuǎn)子線圈中。在運(yùn)行過程中，只要兩者之間的接觸稍有變化就會(huì)產(chǎn)生電火花，進(jìn)而產(chǎn)生電磁波。其次，發(fā)電機(jī)控制器自動(dòng)將勵(lì)磁電流調(diào)整到輸出電壓的水平，且由于電子控制器使用的設(shè)置方法是立即關(guān)閉，因此會(huì)在磁場(chǎng)線圈中產(chǎn)生具有頻率和峰值的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)也會(huì)轉(zhuǎn)換為電磁干擾波，如果在發(fā)電機(jī)重載和高速運(yùn)行期間突然中斷了電池和發(fā)電機(jī)之間的連接，則發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)立即上升到125V，這一脈沖電壓會(huì)導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)發(fā)生故障，例如ECU控制的噴油器。

1.3 電動(dòng)機(jī)運(yùn)作過程中的電磁干擾

新能源汽車中內(nèi)部存在的電磁干擾電動(dòng)機(jī)包括起動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、刮水器電動(dòng)機(jī)、加熱電動(dòng)機(jī)、ABS泵電動(dòng)機(jī)、高度自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)、門窗玻璃電動(dòng)機(jī)等。由于這些電動(dòng)機(jī)基本上是帶有碳刷和換向器的直流永磁電動(dòng)機(jī)，因此在操作過程中，尤其是在高速操作過程中會(huì)不可避免地會(huì)產(chǎn)生電火花，進(jìn)而引起強(qiáng)電磁波。起動(dòng)器的電磁干擾頻率也與起動(dòng)器的速度有關(guān)，其電流峰值高且抗擾性強(qiáng)，而特征是僅在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生故障。其他引擎的頻率和峰值比啟動(dòng)器的頻率和峰值弱，但是它們產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)在新能源汽車的整個(gè)駕駛過程中產(chǎn)生，因此往往會(huì)具有更大的負(fù)面影響。

1.4 繼電器觸點(diǎn)電磁干擾

新能源汽車所遭受的電磁干擾可分為車輛內(nèi)部和外部?jī)煞N類型的干擾。外部干擾對(duì)新能源汽車的電子控制系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。因此下文主要分析新能源汽車中的電磁干擾現(xiàn)象。在新能源汽車的運(yùn)行過程中觸點(diǎn)會(huì)高速的打開和關(guān)閉，而在打開晶體管的正常工作電壓時(shí)，線圈變成具有高頻譜的高能量瞬態(tài)干擾源，其工作電流可以達(dá)到10至20A數(shù)十倍，從而在高速狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)電磁波輻射，并且峰值振蕩電壓高，則會(huì)在繼電器周圍產(chǎn)生并通過空氣或相關(guān)電線輻射。如果未嚴(yán)格屏蔽干擾信號(hào)，則發(fā)動(dòng)機(jī)的不同頻率將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害新能源汽車的電子控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.5 電磁耦合干擾

新能源汽車電氣系統(tǒng)中有大量的電線束和多點(diǎn)接地回路，較長(zhǎng)的非屏蔽布線和接地阻抗會(huì)在新能源汽車電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生磁感應(yīng)耦合和電容耦合。與此同時(shí)，如果一根電線上的電流流過其公共阻抗通道，這也會(huì)在另一根公共接地電纜上的公共接地阻抗耦合中引起干擾，該類型的耦合噪聲電壓最大幅度可能達(dá)到200V以上，持續(xù)時(shí)間在幾百毫秒以內(nèi)，這可能會(huì)導(dǎo)致某些電子設(shè)備受到嚴(yán)重干擾。電磁干擾對(duì)新能源汽車電子控制系統(tǒng)的影響是復(fù)雜的，部分情況下甚至?xí)?dǎo)致電子干擾，而控制單元發(fā)出錯(cuò)誤的命令會(huì)導(dǎo)致不同執(zhí)行器故障，從而嚴(yán)重影響到汽車行駛的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。此外，許多電磁耦合干擾可以通過兩種方式影響車輛的電子控制系統(tǒng)，一種是影響車輛電子控制系統(tǒng)的傳感器輸入從而使其變形，進(jìn)而使ECU輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)工況不匹配的電子控制信號(hào)，最終使執(zhí)行器發(fā)生故障。另一種是破壞ECU輸出信號(hào)，導(dǎo)致輸出信號(hào)發(fā)散并誤導(dǎo)執(zhí)行器。

2 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修

2.1 明確檢修基本思路

新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障檢修的基本思路可以分為幾個(gè)不同的步驟，第一個(gè)方面是對(duì)解碼器進(jìn)行必要分析，在這一過程中讀取錯(cuò)誤代碼并判斷每個(gè)參數(shù)的變化范圍，分析一些更關(guān)鍵的參數(shù)以闡明變化的主要原因。第二方面是用示波器進(jìn)行必要的測(cè)試，示波器是基于實(shí)際檢測(cè)原理來是對(duì)特定組件執(zhí)行波形檢測(cè)，將檢測(cè)后獲得的波形與正常條件下該組件的波形進(jìn)行比較，從而確定是否存在差異，并發(fā)現(xiàn)是否存在可疑點(diǎn)，然后尋找差異干擾點(diǎn)。接下來是使用測(cè)試結(jié)果來確定干擾源[1]。檢查人員應(yīng)檢查點(diǎn)火線圈、電動(dòng)機(jī)電刷和可疑部分周圍的屏蔽線，從而找出問題的原因并根據(jù)對(duì)錯(cuò)誤原因的分析。此外，考慮到低速時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)電壓不強(qiáng)，但會(huì)使得傳感器線的屏蔽功能嚴(yán)重受損，且較強(qiáng)的車輪速度信號(hào)會(huì)受到周圍電磁波的影響，因此電子ABS控制器無法根據(jù)車輪速度傳感器信號(hào)準(zhǔn)確判斷車輪速度，從而導(dǎo)致ABS異常運(yùn)行，并且車輛自診斷確定ABS是運(yùn)作異常，進(jìn)而判斷輪速傳感器中是否存在故障。

2.2 合理分析關(guān)鍵參數(shù)

對(duì)新能源汽車電子控制系統(tǒng)中的電磁干擾進(jìn)行故障排除是十分必要的。技術(shù)人員在故障檢測(cè)時(shí)首先應(yīng)當(dāng)使用解碼器分析并讀取錯(cuò)誤代碼，從而確定各個(gè)參數(shù)的范圍、變化范圍和靈敏度，在這一過程中故障檢測(cè)的重點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置、凸輪軸位置傳感器發(fā)出的信號(hào)等。此外，考慮到使用示波器測(cè)試是最為有效和最全面的故障測(cè)試方法，技術(shù)人員通過將被測(cè)零件的波形與正常波形進(jìn)行比較，可以迅速發(fā)現(xiàn)受電磁干擾影響的可疑零件，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果來找到可能受到電磁干擾的干擾源可疑部分并進(jìn)行高效的檢修。

2.3 采取對(duì)比性檢修

采取對(duì)比性檢修的優(yōu)越性是不言而喻的。在某新能源汽車故障診斷分析時(shí)，技術(shù)人員使用解碼器分析數(shù)據(jù)并進(jìn)入電機(jī)系統(tǒng)以讀取錯(cuò)誤代碼，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未保存任何錯(cuò)誤代碼，而由于無法啟動(dòng)引擎因此無法進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析。因此技術(shù)人員在用起動(dòng)器反復(fù)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，確定在起動(dòng)器開啟和起動(dòng)停止時(shí)兩個(gè)氣缸會(huì)產(chǎn)生高壓，技術(shù)人員使用萬用表在規(guī)定范圍內(nèi)檢查曲軸位置傳感器，速度傳感器和凸輪軸位置傳感器的電阻，并拆下三個(gè)傳感器來檢查曲軸皮帶輪的信號(hào)凸出齒，然后用示波器分析波形。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除正常方波以外的每個(gè)傳感器波形都有雜亂的波形噪聲，因此可知，曲軸位置傳感器、速度傳感器和凸輪軸位置傳感器存在電磁干擾。技術(shù)人員根據(jù)測(cè)試結(jié)果來找到干擾源，并從每個(gè)氣缸上拆下火花塞，然后將其安裝在電源線上以測(cè)試火情。接下來技術(shù)人員用手轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸時(shí)，發(fā)現(xiàn)六個(gè)氣缸可以連續(xù)產(chǎn)生高壓電流，ECU端部傳感器的信號(hào)波形是純矩形波且沒有干擾，因此是起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)生故障，技術(shù)人員在確定故障的根源是起動(dòng)器后很快完成設(shè)備整修。

2.4 做好故障排除工作

目前，新能源汽車中越來越多地使用電子新能源汽車技術(shù)，這導(dǎo)致越來越多的電磁干擾問題，一些無代碼錯(cuò)誤和偽代碼錯(cuò)誤大大增加了維護(hù)工作的困難。通常來說許多錯(cuò)誤代碼表示錯(cuò)誤部分是輪速傳感器，電子ABS控制和傳感器電路是基于以前的經(jīng)驗(yàn)確定四個(gè)傳感器同時(shí)損壞的，并且ABSECU故障的可能性不高。因此，維護(hù)人員應(yīng)將重點(diǎn)放在傳感器電路上，檢查線路是否損壞，接觸不良等。檢查線路時(shí)，確定每條傳感器信號(hào)線的連接良好，若僅屏蔽電纜被嚴(yán)重?fù)p壞，可以認(rèn)為，故障是由于傳感器信號(hào)的屏蔽線損壞所致，它引起了強(qiáng)烈的電磁干擾，導(dǎo)致整個(gè)ABS異常運(yùn)行，并且ABS警告燈亮起。然后，維修人員應(yīng)修理車輪速度傳感器信號(hào)線的屏蔽電纜，刪除錯(cuò)誤代碼后，進(jìn)行測(cè)試，若未找到ABS警告燈，點(diǎn)亮并糾正錯(cuò)誤。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，本文首先討論電磁干擾的幾種主要來源，接下來討論了電磁干擾對(duì)新能源汽車電子控制系統(tǒng)的影響。在這之后分析了如何解決新能源汽車電子控制系統(tǒng)中的電磁干擾，希望能夠?yàn)樾履茉雌囯娍叵到y(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法的研究提供必要的理論研究支持。上述研究為推動(dòng)新能源汽車的研發(fā)技術(shù)水平不斷攀升的基礎(chǔ)上，確保新能源汽車的使用功能以及實(shí)用功能均能夠得到滿足提供了幫助，希望能夠成為當(dāng)前新能源汽車研究相關(guān)工作人員需要重點(diǎn)新研究點(diǎn)之一。

[1] 楊鵬.汽車電控系統(tǒng)的電磁干擾故障分析和檢修[J].科技風(fēng),2015 (12):108.

[2] 鐘家明.新能源汽車電控系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)研究[D].華南理工大學(xué),2015.

New Energy Vehicle Electronic Control System Electromagnetic Interference Fault Analysis And Repair Method

Su Chaojie

( Henan Vocational College of Industry and Trade, Henan Zhengzhou 450012 )

Electronic control system is one of the core components of new energy vehicles, but in the electronic control system often occurs a variety of electromagnetic interference. The system will cause various faults under the fault, so that the vehicle can not normally execute the operation instructions, which is one of the main challenges facing the vehicle safety. This paper discusses the method of eliminating electromagnetic interference in the electronic control system of new energy vehicles, and analyzes its fault to complete its maintenance.

New energy vehicle; Electronic control system; Electromagnetic interference; Troubleshooting

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1671-7988(2020)24-182-03

U260.352

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1671-7988(2020)24-182-03

蘇超杰（1981-），男，河南周口人，碩士研究生，講師，就職于河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院。研究方向：汽車電控系統(tǒng)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.059

CLC NO.: U260.352