電動汽車輻射抗擾問題優(yōu)化

趙明麗， 鮑 宇， 王子龍， 郭加加， 尹志強(qiáng)

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司， 天津 300300； 2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司， 天津 300300； 3.志強(qiáng)汽車科技服務(wù)（揚(yáng)州）有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225600）

汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車市場的激烈競爭極大地促進(jìn)了各類電子電氣和信息設(shè)備在汽車上的廣泛應(yīng)用，而伴隨著汽車電氣設(shè)備數(shù)量和種類的不斷增加、工作頻率的不斷提高，汽車制造及運(yùn)行所面臨的車內(nèi)、外電磁環(huán)境更加復(fù)雜化，給汽車電磁兼容問題帶來了巨大挑戰(zhàn)［1］。

GB 34660-2017《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》［2］作為中國整車EMC認(rèn)證綜合性強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，不僅包括了整車輻射發(fā)射測試，更是填補(bǔ)了整車級輻射抗擾測試缺失。目前大部分整車企業(yè)也均制定了符合自己企業(yè)的整車輻射抗擾等標(biāo)準(zhǔn)。

1 整車輻射抗擾測試

某純電動汽車要求按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整車輻射抗擾測試，測試時車輛狀態(tài)如表1所示。

表1 車輛測試狀態(tài)

測試過程中，采用攝像機(jī)等設(shè)備對表2中所示的功能、通信數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和記錄。同時，還將通過聲音監(jiān)測設(shè)備等來判定其它電器系統(tǒng)是否產(chǎn)生誤動作，如喇叭、防盜報警等。

表2 抗擾度測試監(jiān)控要求

在進(jìn)行抗擾等級為75V/m時，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛運(yùn)行一段時間后突然停止運(yùn)行，而此時CAN網(wǎng)絡(luò)報文無錯誤幀出現(xiàn)，終止抗擾試驗(yàn)車輛狀態(tài)也未能恢復(fù)，需要重新啟動汽車才能恢復(fù)正常運(yùn)行。整車輻射抗擾測試如圖1所示。

圖1 整車輻射抗擾測試圖

根據(jù)整車輻射抗擾測試車輛狀態(tài)判定功能等級為IV （去除干擾后，功能不能自動恢復(fù)，通過簡單復(fù)位操作后能夠恢復(fù)正常），不符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此需要進(jìn)行輻射抗擾問題定位工作。

2 輻射抗擾問題定位

輻射抗擾問題定位往往從整車級—系統(tǒng)級—部件級逐步進(jìn)行。

2.1 整車抗擾問題定位流程

整車抗擾問題定位流程如圖2所示。

圖2 整車抗擾問題定位流程圖

摸底測試中首次抗擾試驗(yàn)出現(xiàn)問題后，在確定車輛能夠重新恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)下，需要再一次進(jìn)行抗擾測試，目的就是排除因偶發(fā)性原因?qū)е略囼?yàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因?yàn)樵谘邪l(fā)驗(yàn)證階段樣車的零部件、線束等狀態(tài)可能處于非量產(chǎn)狀態(tài)，而導(dǎo)致整車不兼容問題。

通過試驗(yàn)前后車輛狀態(tài)對比分析，初步確定異常零部件，結(jié)合監(jiān)控數(shù)據(jù)、工作原理進(jìn)一步分析，最終定位問題零部件。

2.2 問題定位與分析

測量蓄電池電壓，結(jié)果為饋電狀態(tài)。而正常狀態(tài)下蓄電池由DC/DC充電，因此初步重點(diǎn)關(guān)注零部件為DC/DC。

對抗擾測試網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時的監(jiān)控、記錄抗擾測試的車輛通信報文進(jìn)行解析?？箶_測試中DC/DC輸出電壓、電流以及工作狀態(tài)情況如圖3所示。

圖3 DC/DC抗擾過程工作情況分析圖

從對DC/DC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控數(shù)據(jù)解析可以看出，在抗擾測試進(jìn)行90s時，DC/DC輸出電壓由14.3V直接降至12.4V后逐漸降低；DC/DC輸出電流由44A直接降低至0A；工作狀態(tài)由Working變?yōu)镾top狀態(tài)，意味著抗擾過程中DC/DC由于受到干擾而停止工作，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池饋電，車輛無法正常運(yùn)行。

2.3 DC/DC問題定位

DC/DC變換器作為電動汽車低壓用電器的供電電源，DC/DC主要由主電路部分和控制電路部分組成，其中主電路部分由功率開關(guān)、二極管、電感器以及電容器等構(gòu)成；控制電路部分包括脈沖脈寬調(diào)制 （PWM） 發(fā)生器、運(yùn)算放大器以及隔離功率驅(qū)動模塊等［3］。DC/DC變換器系統(tǒng)內(nèi)部框圖如圖4所示。

圖4 DC/DC系統(tǒng)內(nèi)部框圖

其中DC/DC控制線路簡圖如圖5所示。

圖5 DC/DC控制線路簡圖

DC/DC的控制線路中，存在一顆PWM主控IC及一顆D觸發(fā)器。初期版本中，控制IC的輸出PWM，直接連接到D觸發(fā)器。由于控制IC及D觸發(fā)器均比較敏感，二者間的PWM信號容易受到干擾。因此對其輸出波形進(jìn)一步抗擾問題分析。DC/DC控制線路輸出波形圖如圖6所示。

其中CH1 （黃色） 為主控IC輸出，CH2 （綠色） 為D觸發(fā)器輸出，CH3 （紫色） 為輸出電壓。正常工況：CH2只能在CH1的上升沿才翻轉(zhuǎn)。而在射頻抗擾失效時，在CH1的下降沿，CH2發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

2.4 整改優(yōu)化與驗(yàn)證

因此為了提高DC/DC抗干擾能力，在PWM主控IC和D觸發(fā)器之間，加入一顆緩沖器（Buffer），對PWM信號進(jìn)行緩沖轉(zhuǎn)換，可濾除干擾，整改后的DC/DC控制線路簡圖如圖7所示。

圖6 DC/DC控制線路輸出波形圖

圖7 整改后DC/DC控制線路簡圖

整改優(yōu)化后的DC/DC首先需要進(jìn)行零部件EMC測試，待部件符合標(biāo)準(zhǔn)要求后再進(jìn)行整車級輻射抗擾驗(yàn)證。因?yàn)榧词沽悴考误w測試能達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，但放置在整車環(huán)境下進(jìn)行測試卻不一定能夠正常工作［4］。因此將通過零部件測試的DC/DC更新到整車后，重新對新狀態(tài)的整車進(jìn)行射頻抗擾驗(yàn)證測試，最終順利通過了75V/m、100V/m等級的整車射頻抗擾測試，達(dá)到了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

零部件EMC抗擾能力直接關(guān)系著整車EMC抗擾性能。整車企業(yè)在開發(fā)設(shè)計(jì)階段就需要著手零部件性能管控，包括：合理的零部件目標(biāo)制定、零部件設(shè)計(jì)方案審核、零部件測試方案、測試報告審核等工作內(nèi)容，以降低因后期整改而導(dǎo)致車型開發(fā)周期延遲、成本增加等風(fēng)險。