張 偉

（陜西汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

隨著國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)的高速發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)的EMC工程已成為各主機(jī)廠及系統(tǒng)供應(yīng)商的主攻技術(shù)難題。電動(dòng)汽車(chē)電器系統(tǒng)繁雜，集成度高，涉及高壓、低壓電器，電磁環(huán)境惡劣，如處理不當(dāng)，將嚴(yán)重影響車(chē)輛的正常運(yùn)行，典型的EMC故障如：音響異常、控制失靈、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向失靈、制動(dòng)失控、車(chē)輛自燃等。EMC是涉及整車(chē)很多部件的系統(tǒng)工程，解決EMC問(wèn)題，主要從三方面著手：一是查找識(shí)別干擾源，并采取措施降低電磁干擾 （EMI）；其次是阻斷或抑制電磁干擾的傳播；三是識(shí)別出易受影響的部件（包括高低壓電器、各種控制器及執(zhí)行器等），增強(qiáng)其抗干擾能力 （EMS）。本文是針對(duì)行業(yè)中遇到的各種EMC問(wèn)題，進(jìn)行分析并出具相應(yīng)的解決方案，目的是解決現(xiàn)有系統(tǒng)EMC問(wèn)題，提升部件EMC品質(zhì)水平，使整車(chē)通過(guò)EMC法規(guī)測(cè)試，同時(shí)達(dá)到各系統(tǒng)EMC良好兼容，可靠工作。

1 整車(chē)公共搭鐵

汽車(chē)電氣系統(tǒng)搭鐵設(shè)計(jì)是非常重要的，它直接影響著信號(hào)的正常傳遞，如果搭鐵設(shè)計(jì)得不合理，或是公共搭鐵點(diǎn)虛接松動(dòng)，可能會(huì)造成信號(hào)減弱，公共搭鐵點(diǎn)雜波超過(guò)極限，將會(huì)產(chǎn)生公共搭鐵干擾，輕則會(huì)影響控制單元的正常工作，重則會(huì)產(chǎn)生整車(chē)安全性事故，如制動(dòng)不靈、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異常等。

1.1 目前行業(yè)搭鐵方面常存在的現(xiàn)象

數(shù)字搭鐵與功率搭鐵未分開(kāi)、沒(méi)有直接與車(chē)身或車(chē)架搭鐵而是通過(guò)中間支架搭鐵、搭鐵點(diǎn)未除漆、未加劇齒彈墊，搭鐵點(diǎn)位置不合理、搭鐵點(diǎn)未做防腐蝕處理等。

1.2 低壓系統(tǒng)搭鐵設(shè)計(jì)要求

汽車(chē)低壓電氣系統(tǒng)常用搭鐵方法有如下兩種，簡(jiǎn)示如圖1、圖2所示。

圖1 搭鐵方式一

圖2 搭鐵方式二

搭鐵就近原則，就是盡量在用電器的附近搭鐵，這樣就可以將在某一范圍內(nèi)的用電器的搭鐵合并在一起。圖1中，將多個(gè)電器的負(fù)極通過(guò)一個(gè)打釘點(diǎn)，連接到搭鐵點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是可以降低導(dǎo)線的使用量，減少線束的直徑與質(zhì)量，但是，這樣會(huì)引起搭鐵信號(hào)相互干擾。圖2中，就可以降低這種干擾，但是增加了線束的使用量。一般對(duì)于控制單元、傳感器、儀表等的搭鐵使用圖2所示方法，而對(duì)于燈具、風(fēng)扇等就可以使用圖1所示方法。

在設(shè)計(jì)搭鐵方案時(shí)，必須要將電子搭鐵和功率搭鐵區(qū)分開(kāi)來(lái)，也要將模擬搭鐵和數(shù)字搭鐵分開(kāi)來(lái)接，以避免信號(hào)間的相互干擾，因?yàn)樗麄儗?duì)搭鐵的沖擊是不同的，而這種對(duì)搭鐵的沖擊會(huì)影響較敏感的電子電器元件的工作。但是對(duì)同一控制器而言，卻不能將兩者分開(kāi)太遠(yuǎn)，如果兩者距離過(guò)遠(yuǎn)，那么兩者間的電位差就越大，對(duì)同一控制器而言，搭鐵電位就存在比較大的差異，這也會(huì)影響控制器的工作。

搭鐵的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：①各ECU應(yīng)單獨(dú)搭鐵，防止被干擾；②弱信號(hào)傳感器的搭鐵線應(yīng)單獨(dú)且就近搭鐵，保證信號(hào)正常傳輸；③蓄電池負(fù)極搭鐵和發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵有多種形式，要慎重考慮，保證可靠搭鐵；④車(chē)身和車(chē)架應(yīng)保證同電位，可靠搭鐵，確保所有搭鐵位置能很容易安裝和拆卸，以便維修；⑤不要把搭鐵裝置布置在嚴(yán)重的飛濺區(qū)域；⑥不要把和電有關(guān)的組成部件或搭鐵螺釘布置在油箱和油管的附近；⑦搭鐵線直接通過(guò)螺栓、齒形墊片，直接安裝到車(chē)身、地板 （或車(chē)架）上，且搭鐵處需除漆、除銹，保證無(wú)雜物、搭鐵可靠并做防銹處理。

1.3 高壓系統(tǒng)搭鐵設(shè)計(jì)要求

1）高壓系統(tǒng)部件殼體搭鐵點(diǎn)數(shù)量設(shè)計(jì)要求：①動(dòng)力電池包殼體與車(chē)架至少要有兩個(gè)以上搭鐵點(diǎn)；②整車(chē)控制器殼體與車(chē)架至少要有一個(gè)以上搭鐵點(diǎn)；③電機(jī)控制器殼體與車(chē)架至少要有兩個(gè)以上搭鐵點(diǎn)；④電動(dòng)空調(diào)縮機(jī)殼體與車(chē)架至少要有一個(gè)以上搭鐵點(diǎn)；⑤電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵殼體與車(chē)架至少要有一個(gè)以上搭鐵點(diǎn)；⑥空氣壓縮機(jī)殼體與車(chē)架至少要有一個(gè)以上搭鐵點(diǎn)。

2）高壓電器件需根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專(zhuān)用的搭鐵螺栓或搭鐵螺母，保證接觸良好，不得有油漆等雜物。

3）搭鐵線要從高壓電器件殼體直接接到車(chē)駕上，避免通過(guò)中間支架搭鐵。

4）高壓電器外殼要就近有效搭鐵于車(chē)架 （即所謂的“干凈地”），不得通過(guò)支架間接搭鐵。

5）車(chē)架搭鐵點(diǎn)應(yīng)采取除漆措施并加鋸齒墊圈，保證良好接觸。

6）高壓電器外殼搭鐵線盡可能短，截面盡量大，直徑一般不小于16 mm2。

7）各搭鐵點(diǎn)要進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)防腐蝕處理。

8）搭鐵線布置盡量遠(yuǎn)離電源。

1.4 搭鐵點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證要求

1）殼體與車(chē)架的接觸電阻：通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)電阻測(cè)試儀測(cè)試驗(yàn)證。

2）耐腐蝕性強(qiáng)度測(cè)試驗(yàn)證：通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證。

3） 抗震性驗(yàn)證：通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)震動(dòng)性試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖3為某型號(hào)電動(dòng)汽車(chē)搭鐵設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，可作為參考。

圖3 某型號(hào)電動(dòng)汽車(chē)搭鐵設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2 高壓電纜整改措施

2.1 行業(yè)存在問(wèn)題

1）部分高壓線不帶屏蔽功能。

2）高壓線束屏蔽層沒(méi)有通過(guò)接頭與殼體360°環(huán)接，而是通過(guò)外部接線方式，會(huì)造成漏磁，連線會(huì)產(chǎn)生“天線”效應(yīng)，無(wú)法有效抑制電磁干擾。

3）線束與接頭不匹配，且加之連線產(chǎn)生的間隙，造成密封不好，無(wú)法有效防止進(jìn)水，會(huì)導(dǎo)致部件損壞，如圖4所示。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

1）所有高壓線束 （ICU-PTC電加熱、ICU-空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)、ICU-轉(zhuǎn)向助力電機(jī)、ICU電池+-BMS總正端、ICU-打氣泵電機(jī)、ICU-驅(qū)動(dòng)電機(jī)、BMS正極輸入端-動(dòng)力電池、BMS加熱接口-動(dòng)力電池、動(dòng)力電池Pack-Pack等高壓線束）均采用屏蔽電纜并配專(zhuān)用屏蔽線束防水接頭。

2）線束屏蔽層通過(guò)該接頭和殼體360°環(huán)接，不得出現(xiàn)漏磁或進(jìn)水現(xiàn)象。

3）接頭應(yīng)連接堅(jiān)固，接線端子壓接堅(jiān)固，不得松動(dòng)。

4）線束兩端的屏蔽層均要與相關(guān)殼體可靠連接。

5）高壓線束外穿護(hù)套，穿越金屬骨架部位應(yīng)有絕緣防護(hù)，捆扎牢固。

需要強(qiáng)調(diào)的是高壓直流線束，雖然是直流，但因其在工作過(guò)程中，直流電的通斷及電流變化同樣會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)周邊電器會(huì)造成干擾，所以高壓直流線束同樣要帶屏蔽。

圖4 線束與接頭不匹配

3 整車(chē)線束布置規(guī)范

1）小功率的敏感電路要緊靠信號(hào)源，大功率干擾電路要緊靠負(fù)載。

2）盡可能將小功率信號(hào)電路與大功率電路分開(kāi)布置。

3）不同用途不同電平的導(dǎo)線如輸入線與輸出線、強(qiáng)電與弱電要遠(yuǎn)離，特別是高壓線束與低壓控制通訊線束分離布置，至少200 mm的布置間距。

4）高壓線束與低壓控制通訊線束盡可能避免平行布置，盡量做到十字交叉布置，以減少線束間的感應(yīng)干擾和輻射干擾。

5）高壓線束應(yīng)采取屏蔽措施，屏蔽層兩端均要可靠接在殼體上，并最終通過(guò)間接搭鐵線有效接到車(chē)架上。

圖5為BMS高壓線束與整車(chē)通訊線束利用支架進(jìn)行分離的實(shí)例。

4 轉(zhuǎn)向電機(jī)整改措施

4.1 行業(yè)存在問(wèn)題

圖5 BMS高壓線束與整車(chē)通訊線束利用支架分離實(shí)例

轉(zhuǎn)向電機(jī)有一段引出的高壓線束，線束一端通過(guò)不帶屏蔽的接頭與轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，另一端帶一個(gè)線束插接器，該插接器不帶屏蔽功能，通過(guò)該線束插接器再與轉(zhuǎn)向DC／AC高壓線相連，線束屏蔽層不能與轉(zhuǎn)向DC／AC及轉(zhuǎn)向電機(jī)殼體360°有效連接，且系統(tǒng)屏蔽不能連續(xù)，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的EMC狀況惡劣，對(duì)整車(chē)EMC造成影響。如圖6所示。

4.2 整改措施

為有效實(shí)現(xiàn)線束屏蔽層搭鐵，取消轉(zhuǎn)向電機(jī)引出的高壓線束，采用一根電源屏蔽線總成，這個(gè)電源屏蔽線是從轉(zhuǎn)向電機(jī)真接到轉(zhuǎn)向DC／AC，兩端分別用電磁屏蔽防水接頭與轉(zhuǎn)向DC／AC及轉(zhuǎn)向電機(jī)殼體360°環(huán)接，中間沒(méi)有過(guò)渡接頭和過(guò)渡線，使屏蔽的連續(xù)性得到保障，從而增強(qiáng)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EMC性能。

圖6 轉(zhuǎn)向電機(jī)高壓線束的EMC影響

5 提升整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性

5.1 目前整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)常存在的問(wèn)題

1）CAN線不帶屏蔽功能。

2）CAN網(wǎng)絡(luò)終端電阻缺失、過(guò)多或布置位置不合適。3）一些CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗設(shè)計(jì)不匹配，造成CAN網(wǎng)絡(luò)工作不正常。

5.2 整改措施

1）整車(chē)CAN通訊線束應(yīng)采取屏蔽措施，屏蔽層要可靠搭鐵，以抑制電磁干擾。

2）對(duì)整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浞治?，確保在每一路CAN總線的首尾兩端各設(shè)有一個(gè)120Ω終端電阻，這個(gè)電阻也可集成在控制器里，也可單獨(dú)設(shè)置，以抑制信號(hào)在CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸線終端形成反射波，干擾原信號(hào)，提高CAN網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。強(qiáng)調(diào)的是要在電纜的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上，即最近端和最遠(yuǎn)端，各接入一個(gè)終端電阻，而處于中間部分的節(jié)點(diǎn)則不能接入終端電阻，否則將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)抗擾能力下降，通訊出錯(cuò)。如圖7所示。

3）有些節(jié)點(diǎn)上的電器件輸入阻抗過(guò)小，造成CAN網(wǎng)絡(luò)工作不穩(wěn)定，甚至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂；需要對(duì)CAN總線各節(jié)點(diǎn)阻抗進(jìn)行分析匹配，確保CAN網(wǎng)絡(luò)跨接電阻為60Ω，以增強(qiáng)CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和抗干擾性。

圖7 在CAN總線兩端設(shè)終端電阻

6 動(dòng)力電池及BMS電磁兼容性能提升

6.1 行業(yè)存在問(wèn)題

1）高壓線接頭不帶屏蔽功能。

2）CAN通訊線需為不帶屏蔽層的雙絞線。

3）箱體上開(kāi)口不規(guī)范，箱蓋與箱體接縫沒(méi)有導(dǎo)電材料密封。

4）高壓線與低壓線同一出口并行出線。

5）箱體沒(méi)有搭鐵裝置。

6.2 整改措施

1）高壓線接頭采用可以實(shí)現(xiàn)屏蔽層360°環(huán)接的類(lèi)型。

2）CAN通訊線需為雙絞屏蔽線，且屏蔽層搭鐵。

3）箱體上蓋與主體外殼四周的連接需采用導(dǎo)電橡膠墊或其他導(dǎo)電材料進(jìn)行密封，以保證良好的屏蔽效果。

4）高壓線與低壓線出線分離。

5）箱體設(shè)置專(zhuān)用搭鐵裝置，保證有效搭鐵。

7 整車(chē)控制器（VCU）電磁兼容性能提升

經(jīng)過(guò)VCU臺(tái)架EMC測(cè)試及實(shí)車(chē)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)及分析，發(fā)現(xiàn)VCU傳導(dǎo)抗撓性及輻射抗撓性較弱，對(duì)此首先優(yōu)化了VCU內(nèi)部濾波電路，增加抗傳導(dǎo)干擾性能；再者將VCU殼體有效搭鐵，增強(qiáng)其輻射抗撓性；同時(shí)在保證安全的前提下，優(yōu)化VCU控制策略，減少輻射及傳導(dǎo)干擾引起的誤動(dòng)作，增強(qiáng)自身抗干擾能力，從而有效避免高壓掉電等嚴(yán)重故障。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前行業(yè)內(nèi)普遍存在的EMC實(shí)際問(wèn)題，分別從整車(chē)和部件方面進(jìn)行深入分析并出具對(duì)應(yīng)整改措施，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，解決了諸多EMC電磁兼容問(wèn)題，取得了很好的效果。實(shí)踐過(guò)程中，充分進(jìn)行了整車(chē)EMC工程策劃并逐步開(kāi)展實(shí)施，從而提高了EMC設(shè)計(jì)工作的效率和工作品質(zhì)，減少了研發(fā)成本提升了產(chǎn)品的安全及可靠性。