真空泵控制器EMC 試驗(yàn)測試布置設(shè)計(jì)

潘亞寧

（國機(jī)智駿汽車有限公司，北京 100000）

1 前言

隨著社會對全球可再生資源危機(jī)意識的不斷提高，純電動汽車在我們生活中越來越普遍，全面提倡節(jié)能減排，綠色出行。自2019年國家強(qiáng)制性實(shí)施國VI排放標(biāo)準(zhǔn)后，更加速了新能源汽車的發(fā)展，新能源汽車的普及將是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物。

純電動汽車的制動助力系統(tǒng)一般采用真空助力形式。由于控制系統(tǒng)的硬件電路隨機(jī)故障，或者數(shù)據(jù)總線傳遞的非意圖制動指令，或者踏板行程傳感器信號故障導(dǎo)致控制策略發(fā)出非意圖制動指令等系統(tǒng)的失效模態(tài)，都會危及汽車的行駛安全，因此對于實(shí)現(xiàn)電動制動助力系統(tǒng)的安全目標(biāo)以及設(shè)計(jì)有效可靠的安全機(jī)制都面臨著極大挑戰(zhàn)。真空泵控制器作為電動真空泵助力系統(tǒng)的核心器件，所以在汽車試驗(yàn)過程中，為了保證其運(yùn)行的安全可靠性，真空泵控制器的EMC性能測試必不可少。零部件的EMC性能是主機(jī)廠選擇供應(yīng)商的重要指標(biāo)，其性能的好壞直接影響到客戶對汽車品牌的選擇。

2 電動真空助力系統(tǒng)組成及工作原理

電動真空助力系統(tǒng)由真空泵、真空罐、真空泵控制器/傳感器、真空助力器、真空軟管以及14V電源等組成。其工作過程為：當(dāng)駕駛員啟動汽車時(shí)，車輛電源接通，控制器開始進(jìn)行系統(tǒng)自檢，如果真空罐內(nèi)的真空度小于設(shè)定值，真空罐內(nèi)的真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓信號至控制器，此時(shí)控制器控制真空泵開始工作，啟動抽氣；當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值后，真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓信號至控制器，此時(shí)控制器控制真空泵，停止抽氣。當(dāng)真空罐內(nèi)的真空度因制動消耗，真空度小于設(shè)定值時(shí)，電動真空泵再次開始工作，如此循環(huán)。

3 電磁兼容測試及臺架設(shè)計(jì)要求

真空罐總成上配置了真空泵控制器和傳感器，應(yīng)當(dāng)滿足整車廠對其約定的電磁兼容性能指標(biāo)，以消除因電磁干擾導(dǎo)致信號失真或電子元件損壞等故障。本案例中的被測件是真空泵控制器，總共需要進(jìn)行6項(xiàng)EMC測試，其中發(fā)射類2項(xiàng)，包括輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射；抗擾類4項(xiàng)，包括瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾、輻射抗擾、大電流注入和靜電放電。

以輻射發(fā)射為例，為確定真空泵控制器的騷擾特性，應(yīng)使其處于正常工作狀態(tài)且持續(xù)運(yùn)行。因電動真空助力系統(tǒng)屬于間歇式的工作模式，單次工作時(shí)長小于測試時(shí)長，就會導(dǎo)致有效測試數(shù)據(jù)缺失，不能滿足0.15MHz～2.5GHz全頻段測試要求，無法完整地反映騷擾特性，并且測試全過程必須避免真空泵運(yùn)行產(chǎn)生的騷擾；以輻射抗擾為例，需要觀察負(fù)載的電壓和電流變化值來判斷控制器是否滿足抗擾要求。

本次設(shè)計(jì)要求既能滿足真空泵控制器處于持續(xù)工作的典型狀態(tài)，又能排除輻射發(fā)射測試時(shí)真空泵對測試數(shù)據(jù)的干擾，并且滿足抗擾測試過程實(shí)時(shí)監(jiān)控參數(shù)變化的目的。

4 試驗(yàn)臺架設(shè)計(jì)方案

4.1 單向閥的應(yīng)用

單向閥作為真空泵氣體通斷的關(guān)鍵部件，作用是只允許介質(zhì)向一個(gè)方向流動，而且阻止反方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個(gè)方向流動的氣體壓力作用下，閥瓣打開；氣體反方向流動時(shí)，由氣體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動。

本次試驗(yàn)臺架我們使用單向閥代替真空助力器與真空罐連接，根據(jù)試驗(yàn)需要通過插拔單向閥，調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)的壓力始終保持正常大氣壓狀態(tài)，間接達(dá)到真空泵控制器持續(xù)工作的目的。如圖1所示。

圖1 安裝示意圖

4.2 電子模擬器的應(yīng)用

本次試驗(yàn)臺架的試驗(yàn)要求是：①輻射發(fā)射測試：被測件需連接真實(shí)負(fù)載或模擬負(fù)載來模擬真空泵控制器在整車環(huán)境下的工作狀態(tài)，且該負(fù)載本身運(yùn)行時(shí)不能對測試環(huán)境產(chǎn)生任何干擾。②輻射抗擾：在試驗(yàn)過程中需要能夠?qū)崟r(shí)測量顯示負(fù)載的運(yùn)行電流、電壓值大小，以便記錄異常情況下的抗擾測試等級、出現(xiàn)異常時(shí)的頻率段等信息。因?yàn)檎婵毡帽旧砭蛯儆陔姍C(jī)類產(chǎn)品，在屏蔽室內(nèi)作為負(fù)載運(yùn)行時(shí)肯定會產(chǎn)生輻射干擾，導(dǎo)致真空泵控制器輻射發(fā)射測試數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，所以真空泵不能作為負(fù)載出現(xiàn)在屏蔽室內(nèi)。

綜合各方面考慮因素，選擇電子模擬器（圖2）作為真空泵控制器的模擬負(fù)載。主要是因?yàn)椋孩匐娮幽M器放置在屏蔽室外，通過同軸屏蔽電纜與真空泵控制器連接，很好地屏蔽了測試環(huán)境中的干擾因素；②電子模擬器不僅能夠提供電壓輸入，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)測量電路中的電流值，在輻射抗擾測試時(shí)，非?？焖僦庇^地識別異常情況的變動。

圖2 電子模擬器

5 試驗(yàn)布置實(shí)施過程

1）非工作狀態(tài)：將真空助力制動系統(tǒng)與14V電源斷開，由單向閥代替真空助力器與真空罐直接連接，此時(shí)可確保真空罐與外界大氣壓隔絕，此時(shí)真空罐處于正常大氣壓，控制器未工作。如圖3所示。

圖3 非工作狀態(tài)

2）制動狀態(tài)：接通14V電源，制動系統(tǒng)上電連接，此時(shí)真空泵控制器開始進(jìn)行系統(tǒng)自檢。檢測真空罐內(nèi)的真空度小于設(shè)定值，真空罐內(nèi)的真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓信號至控制器，控制器開始控制電動真空泵開始工作，啟動抽氣。真空度達(dá)到設(shè)定值后，真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓信號至控制器，控制器控制真空泵停止工作，停止抽氣，此時(shí)真空罐處于負(fù)壓狀態(tài)，控制器暫停工作。如圖4所示。

圖4 制動狀態(tài)

3）停止制動：斷開真空泵與真空泵控制器之間的連接線，由屏蔽室外的電子模擬通過同軸屏蔽電纜與控制器連接，代替真空泵作為制動系統(tǒng)的負(fù)載。目的是為了排除真空泵運(yùn)行時(shí)對測試環(huán)境產(chǎn)生的干擾。此時(shí)真空罐處于負(fù)壓狀態(tài)，控制器暫停工作。如圖5所示。

圖5 停止?fàn)顟B(tài)

4）試驗(yàn)狀態(tài)：拔掉單向閥，此時(shí)真空罐與外界相通，控制器內(nèi)的壓力傳感器會檢測到真空罐的壓力由原來的負(fù)壓變化為正常大氣壓力，此時(shí)真空泵控制器開始工作。由于此時(shí)真空泵已經(jīng)與控制器斷開，所以就沒有執(zhí)行元件給真空罐抽真空，則真空罐一直處于正常大氣壓狀態(tài)下，控制器則持續(xù)工作。如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)狀態(tài)

6 結(jié)論

通過對真空泵控制器試驗(yàn)臺架的研究，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)的實(shí)際需求，成功設(shè)計(jì)出真空泵控制器EMC試驗(yàn)臺架。該臺架經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，滿足EMC試驗(yàn)測試要求。目前該試驗(yàn)臺架已經(jīng)應(yīng)用到多款車型的真空泵EMC測試中，并很好地完成EMC試驗(yàn)任務(wù)，為設(shè)計(jì)研發(fā)驗(yàn)證提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。