汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容試驗方法分析

【摘" 要】文章根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 34660—2017《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》和GB 17675—2021《汽車轉(zhuǎn)向系 基本要求》，對比研究2項標(biāo)準(zhǔn)在電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電磁兼容試驗方法的差異性，對電子助力轉(zhuǎn)向的分類和原理進(jìn)行介紹，并對汽車電子電氣轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容的其它試驗方法進(jìn)行探索。為汽車工程師理解汽車整車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輻射抗擾度測試提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；電磁兼容；試驗方法；差異

中圖分類號：U463.4" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）02-0088-02

Analysis of Electromagnetic Compatibility Test Method for Automotive Electronic Power Steering System

LIN Qiao，ZENG Xia，LU Yi，CHENG Juan

（China Automotive Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Chongqing 401122，China）

【Abstract】According to the national standard GB 34660—2017 \"Road vehicles-Requirements and test methods of electromagnetic compatibility\"and GB 17675—2021 \"Steering system of motor vehicles-Basic requirements\"，this paper compares and studies the differences between the two standards in electromagnetic compatibility test methods for electronic power steering systems. The classification and principle of electronic power steering are introduced，and other test methods for electromagnetic compatibility of automotive electronic and electrical steering systems are explored. This paper provides some references for automotive engineers to understand the radiative electrical disturbance test of vehicle electronic power steering system.

【Key words】electronic power steering system；electromagnetic compatibility；test method；discrepancy

隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，汽車電子進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，但由于周圍電磁環(huán)境的復(fù)雜性，汽車電子面臨的電磁抗擾性問題較為突出。電子轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)作為汽車行駛安全的重要部件，也需進(jìn)行電磁兼容性試驗來確保其抵抗復(fù)雜電磁環(huán)境干擾的能力。目前針對汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抗干擾性能，國內(nèi)主要有GB 17675—2021《汽車轉(zhuǎn)向系 基本要求》^[1]和GB 34660—2017《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》^[2]2項標(biāo)準(zhǔn)，本文對2項標(biāo)準(zhǔn)涉及轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)類型和工作原理進(jìn)行介紹，對其相關(guān)的電磁兼容試驗方法進(jìn)行對比分析，并對汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容的其它試驗方法進(jìn)行探索。

1" 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制汽車轉(zhuǎn)向，是汽車重要組成部分，目前汽車上裝載的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用電機產(chǎn)生的動力來幫助駕駛員轉(zhuǎn)向，該系統(tǒng)主要由信號傳感器（包括扭矩傳感器、角度傳感器和車速傳感器）、轉(zhuǎn)向輔助機構(gòu)（電機、離合器、減速傳動機構(gòu)）和電子控制裝置3部分組成。當(dāng)駕駛員操縱方向盤時，扭矩角傳感器根據(jù)輸入的扭矩和轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，車速傳感器檢測車速信號，控制單元根據(jù)電壓和車速信號給出指令控制電機的運行，從而產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)向助力。扭矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，扭矩傳感器開始工作，將輸入軸和輸出軸在扭桿作用下的相對轉(zhuǎn)動角位移轉(zhuǎn)換成電信號，并傳遞給ECU。電子控制單元根據(jù)車速傳感器和扭矩傳感器的信號確定電機的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而實時控制助力轉(zhuǎn)向。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過ECU控制電機轉(zhuǎn)速，然后電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵工作，電機轉(zhuǎn)速越高，油泵的流量和壓力越大，提供的助力就越大，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)可變助力。

2" 標(biāo)準(zhǔn)對比解析

電磁輻射抗干擾測試是最基本的電磁兼容抗擾度測試項目之一，指存在輻射的情況下，各種裝置、設(shè)備或系統(tǒng)抵抗輻射的一種能力。設(shè)備敏感度越高，抗干擾的能力越低。進(jìn)行車輛電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輻射抗干擾測試的目的是保證車輛在受到外界施加干擾時，車輛自身的電子助力系統(tǒng)不會失效。一般情況下傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不受電磁輻射干擾，只有電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)才需要做電磁輻射抗干擾測試。

GB 34660—2017是汽車電磁兼容的公告準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中明確了整車輻射抗擾測試方法，其中就考察了電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電磁輻射抗干擾能力。GB 17675—2021是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其中對于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電磁兼容性并沒有描述試驗方法，關(guān)于電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容性的要求來自4.1.5，即與汽車轉(zhuǎn)向相關(guān)的車輛電氣控制系統(tǒng)不得因電磁干擾而影響轉(zhuǎn)向功能，并應(yīng)滿足GB 3466—2017中的技術(shù)要求。以上2項標(biāo)準(zhǔn)的對比如表1所示，其中GB 17675—2021的試驗方法為各檢測機構(gòu)目前采用的試驗方法。

從表1可知，除車輛試驗條件和失效判定準(zhǔn)則外，其它設(shè)置基本一致，GB 34660—2017關(guān)注的是車輛行駛狀態(tài)（動態(tài)）中受到電磁輻射時，車輛電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方向盤的抗干擾性能。GB 17675—2021關(guān)注的是方向盤動態(tài)轉(zhuǎn)動情況下受到電磁輻射時，車輛電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方向盤的抗干擾性能。汽車整車的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容試驗應(yīng)模擬車輛正常駕駛狀態(tài)受到電磁輻射干擾，車輛的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否失效，因而要求試驗過程中需要增加暗室內(nèi)動態(tài)轉(zhuǎn)向過程操縱、監(jiān)控手段，而行業(yè)現(xiàn)有EMC試驗室內(nèi)配備的轉(zhuǎn)轂基本都不具備轉(zhuǎn)向能力，但因轉(zhuǎn)向相關(guān)系統(tǒng)在原地轉(zhuǎn)向狀態(tài)時與動態(tài)轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)相同，所以采取車輛靜態(tài)代替動態(tài)的方式。目前檢測機構(gòu)的做法是采用轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)（轉(zhuǎn)向機器人）對車輛施加給定的扭矩進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向，通過對轉(zhuǎn)向角度的監(jiān)控來評價車輛電子轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的電磁抗擾性。

3" 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁兼容其它試驗方法探索

依靠對轉(zhuǎn)向角度的單一監(jiān)控并不能完全判斷與轉(zhuǎn)向相關(guān)的車輛電氣控制系統(tǒng)功能異常情況，在實際路面測試中，即使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力失效，車輛依舊可以偏轉(zhuǎn)至相同的角度，只不過所需力矩變大，所需機動時間增加，轉(zhuǎn)向半徑增大。在實際駕駛車輛中，判斷電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異常的情況是通過方向盤變重（助力減輕）或方向盤變輕（助力增加），需要通過監(jiān)控力矩來確定。建議可以通過以下3種方法多維度判定汽車電子助力系統(tǒng)的抗干擾性能。

1）試驗前測量方向盤左右旋轉(zhuǎn)最大角度，然后通過給定最大轉(zhuǎn)向角度，讓轉(zhuǎn)向機器人工作在角度模式，測量抗擾測試前和測試時的扭矩和角度，通過監(jiān)控扭矩變化、角度變化和轉(zhuǎn)向時間，判定電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否失效。以10%的轉(zhuǎn)向操縱力變化和轉(zhuǎn)向時間變化作為失效判定標(biāo)準(zhǔn)，在受到電磁輻射干擾時，方向盤無法達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向周期內(nèi)所需轉(zhuǎn)向操縱力變化大于10%，左右轉(zhuǎn)向周期轉(zhuǎn)向時間變化大于10%，則判定失效。

2）設(shè)定合適扭矩，讓轉(zhuǎn)向機器人工作在扭矩模式，測量抗擾測試前和測試時的扭矩和角度。監(jiān)控抗擾測試時轉(zhuǎn)向角度變化和扭矩變化，以10%的角度變化和轉(zhuǎn)向時間變化作為失效判定標(biāo)準(zhǔn)，對比抗擾測試前轉(zhuǎn)向周期內(nèi)最大角度變化大于10%，左右轉(zhuǎn)向周期轉(zhuǎn)向時間變化大于10%，判定失效。

3）通過監(jiān)測抗擾測試時車輛與汽車轉(zhuǎn)向相關(guān)的車輛電氣設(shè)備電壓變化，如轉(zhuǎn)向時EPS異常電壓變化和EPS中的扭矩變化曲線。如果EPS中扭矩變化曲線與轉(zhuǎn)向機器人的扭矩變化曲線大相徑庭，則判定失效。

企業(yè)在制定汽車轉(zhuǎn)向電磁兼容企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或研發(fā)階段進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向電磁兼容委托測試時，可增加試驗等級到50V/m、75V/m和100V/m或增加測試頻段，以此來對比不同試驗等級之間的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的差異情況。

4" 試驗注意事項

在試驗過程中應(yīng)注意以下幾點。

1）試驗前應(yīng)保證方向盤和電子助力系統(tǒng)正常工作。

2）轉(zhuǎn)向機器人設(shè)備不會受到電磁輻射干擾，導(dǎo)致功能異常。

3）不同車輛的方向盤轉(zhuǎn)向操縱力是不一樣的，方向盤的最大角度也存在偏差。實驗時應(yīng)注意轉(zhuǎn)向機器人的設(shè)置。

4）試驗時應(yīng)監(jiān)控方向盤和轉(zhuǎn)向輪同時的角度變化。

5）輻射抗擾度測試時，若方向盤在某一周期內(nèi)，角度變化滿足10%，轉(zhuǎn)向時間明顯異常于其它周期，表示在該周期內(nèi)轉(zhuǎn)向功能存在異常，需排查是否為電磁輻射干擾導(dǎo)致。

5" 結(jié)束語

GB 17675—2021和GB 34660—2017的強制實施提高了汽車整車的安全性和可靠性，汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是GB 34660—2017標(biāo)準(zhǔn)中抗干擾測試中的一項檢驗，而GB 17675—2021標(biāo)準(zhǔn)是專門針對汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能測試的一個標(biāo)準(zhǔn)。汽車在研發(fā)階段做好這2項標(biāo)準(zhǔn)的測試，能較好地解決整車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁輻射抗干擾問題，從而有效保證了汽車的品質(zhì)。

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（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2023-08-30

作者簡介

林巧（1992—），女，電磁兼容測試工程師，主要從事汽車電磁兼容測試與研究工作。