新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法

張清郁

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

目前，新能源汽車中的電控系統(tǒng)已經(jīng)向著現(xiàn)代化、多元化的方向進(jìn)步，能提升汽車整體性能、改善汽車的應(yīng)用現(xiàn)狀。但是，新能源汽車電控系統(tǒng)在應(yīng)用過程中經(jīng)常發(fā)生電磁干擾故障問題，對系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成危害。應(yīng)結(jié)合電控系統(tǒng)的情況研究預(yù)防電磁干擾的措施，提升檢修維護(hù)的效果，確保各項操作的高質(zhì)量、可靠執(zhí)行。

1 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障的原理

新能源汽車電控系統(tǒng)在電磁環(huán)境中正常運(yùn)行時，不會出現(xiàn)不能承受外界環(huán)境電磁干擾的現(xiàn)象，被稱為電磁兼容。然而，在電控系統(tǒng)中的電子設(shè)備與電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，組件處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，可能會對其他電子設(shè)備或電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，或是受到外界電磁影響發(fā)生干擾性問題。這就是電磁兼容性差，簡而言之，就是電控系統(tǒng)中的電子設(shè)備或電氣設(shè)備缺少抗電磁干擾的性能與防護(hù)模式，不僅無法預(yù)防外界電磁干擾造成的影響，還可能對其他設(shè)備造成干擾。近年來，在我國智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的進(jìn)程中，電子化技術(shù)與ADAS技術(shù)等不斷更新，新能源汽車的電子設(shè)備、電氣設(shè)備可能會成為電磁干擾的主要來源，尤其是控制臺面板部分、車載娛樂設(shè)備等，而新能源汽車的動力一般直接來源于電驅(qū)動系統(tǒng)，所設(shè)置的開關(guān)部件屬于功率很大的半導(dǎo)體，開啟、關(guān)閉的階段會出現(xiàn)高電壓與高電流的瞬變現(xiàn)象，形成一定的電磁干擾，對新能源汽車的安全性造成危害。尤其是系統(tǒng)中如果存在較為敏感的電子組件，電磁兼容性能與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，就會導(dǎo)致電子設(shè)備受到干擾，甚至引發(fā)設(shè)備惡化的嚴(yán)重后果，車輛在行駛的過程中突然停車，導(dǎo)致安全性降低。在此情況下，應(yīng)結(jié)合新能源汽車電控系統(tǒng)的特點(diǎn)與情況，詳細(xì)、準(zhǔn)確地研究和分析電磁干擾源的特點(diǎn)、敏感設(shè)備的情況、傳輸路徑的特征等，著重分析輻射、傳導(dǎo)類型的電磁干擾模式，通過設(shè)置屏蔽層的方式預(yù)防電磁干擾。值得一提的是，電路設(shè)備的電磁干擾問題主要是自傳導(dǎo)干擾造成的，產(chǎn)生于電路內(nèi)部。在多數(shù)情況下，干擾源都是內(nèi)部晶體振蕩器設(shè)備、脈沖設(shè)備等產(chǎn)生的。噪聲信號是借助導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)傳播，最終與其他電路設(shè)備相互連接，形成共模類型、差模類型的干擾。其中，共模干擾主要是因為兩個半導(dǎo)體傳輸?shù)母蓴_信號具備能量相位相同、幅度相同的特點(diǎn)，而差模干擾問題是兩個半導(dǎo)體傳輸?shù)男盘柗忍幱谙嗤瑺顟B(tài)，會對反向信號形成一定的干擾。

2 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析

2.1 充電系統(tǒng)的電磁干擾問題

在汽車電控系統(tǒng)的交流電機(jī)充電系統(tǒng)運(yùn)作過程中，只要發(fā)電機(jī)設(shè)備、充電系統(tǒng)在相互接觸的過程中出現(xiàn)略微的變化，就會產(chǎn)生電火花，最終引發(fā)電磁干擾的問題。由于發(fā)電機(jī)設(shè)備中的控制器部件會自動將激勵電流調(diào)節(jié)至相應(yīng)的輸出電壓水平和標(biāo)準(zhǔn)，而且電子控制器的部件設(shè)置為立即關(guān)閉形式，勵磁線匝很容易出現(xiàn)磁感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，而作為其中的頻率峰值，電動勢會被轉(zhuǎn)變成電磁干擾波，影響新能源汽車相關(guān)系統(tǒng)的安全水平、穩(wěn)定性能[1]。

2.2 電動機(jī)的電磁干擾問題

一般情況下，新能源汽車中出現(xiàn)電磁干擾的電動機(jī)設(shè)備主要是起動機(jī)設(shè)備、風(fēng)扇和刮水器電動機(jī)設(shè)備、加熱電動機(jī)部分與自動調(diào)節(jié)門窗玻璃電動機(jī)部分等。此類電動機(jī)都屬于自帶碳刷與換向器的直流永磁類系統(tǒng)，如果操作期間出現(xiàn)了高速運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，就很容易產(chǎn)生電火花，最終引發(fā)電磁波干擾的問題。從具體狀況而言，啟動器部分出現(xiàn)的電磁干擾問題，其干擾的頻率和運(yùn)行速度存在直接聯(lián)系，電流的峰值很高，干擾性的危害也很嚴(yán)重，大多在發(fā)動機(jī)啟動環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障問題，而其他引擎運(yùn)作期間的頻率與峰值一般比啟動器的頻率低，并且峰值處于較弱的狀態(tài)，但是所形成的電磁干擾也很容易導(dǎo)致新能源汽車駕駛期間安全性能和穩(wěn)定性降低。

2.3 繼電器方面的電磁干擾問題

目前，在研究和分析的過程中，主要將新能源汽車電磁干擾問題劃分為內(nèi)部類型與外部類型兩種形式。外部類型干擾問題對電控系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生的影響很小，而內(nèi)部電磁干擾問題產(chǎn)生的危害性很大，尤其是在繼電器觸點(diǎn)快速開啟與關(guān)閉的情況下，晶體管處于正常的工作電壓狀態(tài)，線圈出現(xiàn)了瞬態(tài)干擾源，頻譜很高、能量也很強(qiáng)，在其他系統(tǒng)運(yùn)作期間電流超出15 A數(shù)十倍的情況下，高速的運(yùn)行狀態(tài)會形成強(qiáng)電磁波輻射，峰值振蕩的電壓很高，在繼電器設(shè)備和部件的周圍形成電磁干擾信號，主要通過空氣或電線輻射。若不能在系統(tǒng)運(yùn)作的過程中對干擾信號進(jìn)行嚴(yán)格的屏蔽處理，由于發(fā)動機(jī)的運(yùn)行頻率不同，會對新能源汽車電控系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)作產(chǎn)生危害和影響[2]。

2.4 控制板開關(guān)電源的電磁干擾問題

一般情況下，新能源汽車控制板開關(guān)電源形成的電磁干擾，是由開關(guān)管高頻開關(guān)與相關(guān)二極管反向恢復(fù)引發(fā)的，而其中的晶體振蕩器設(shè)備在應(yīng)用期間，結(jié)構(gòu)、運(yùn)行的原理主要是在石英晶片上設(shè)置電極，然后將其和振蕩器電路的輸入信號相互連接，用于獨(dú)立生成振蕩頻率。若不能保證PCB設(shè)計的科學(xué)性與合理性，在晶體振蕩器與信號相互靠近的情況下連接導(dǎo)線，電源端口會出現(xiàn)干擾問題，或者在沒有完全接地的情況下，也會形成電磁干擾問題。在調(diào)制模式下，晶體振蕩器設(shè)備與部件形成的電磁干擾一般是通過輻射發(fā)射的形式生成的，且頻率多為工作頻率或者倍頻，干擾過程中的波形也是尖峰，更有助于測量、控制與分析處理[3]。

2.5 點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁干擾問題

新能源汽車在環(huán)境方面的電磁干擾源一般是形成電磁能的車輛部件，例如點(diǎn)火線圈的部分、發(fā)電機(jī)的部分、啟動器的部分、磁場附件的區(qū)域。在高壓點(diǎn)火線圈實(shí)際的點(diǎn)火操作方面，通常會在火花塞間隙形成脈沖類型的高壓電擊穿，形成火花之后能正常釋放能量，動力來源于汽缸內(nèi)的燃油、空氣混合物燃燒。具體而言，高壓線圈會在外部環(huán)境中形成強(qiáng)大的電磁干擾，在點(diǎn)火線圈為初級電路斷開狀態(tài)的情況下，形成阻尼振蕩，一次電壓的最高幅度一般是300～500 Ⅴ，如果沒有設(shè)置有效的抑制方式對瞬態(tài)電壓進(jìn)行抑制，可能會導(dǎo)致電子設(shè)備被綁在一起，形成一定的威脅，對其他電子設(shè)備造成嚴(yán)重的干擾性[4]。

3 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾的檢修方法

3.1 合理使用干擾點(diǎn)的檢測方法

在實(shí)際檢修的過程中，應(yīng)結(jié)合電控系統(tǒng)電磁干擾問題的發(fā)生規(guī)律與特點(diǎn)，采用階段性的檢測方法。第一個階段就是利用解碼器設(shè)備分析電磁干擾的情況，合理進(jìn)行錯誤代碼的讀取，完成讀取操作之后進(jìn)行更改處理，同時需全面研究和分析更改原因、具體情況，設(shè)定分析的范圍和重要參數(shù)，便于有效應(yīng)對、處理電磁干擾的各類問題。第二個階段就是通過示波器設(shè)備執(zhí)行測試工作，按照傳感器原理、特點(diǎn)等檢測組件波形，獲取相應(yīng)的波形信息內(nèi)容，對比檢測出來的波形與正常波形，及時發(fā)現(xiàn)可疑點(diǎn)，明確是否有其他干擾的現(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)存在其他干擾點(diǎn)，立即維修處理，從根本上避免電磁干擾造成的影響和威脅[5]。

3.2 嚴(yán)格控制干擾源

電控系統(tǒng)內(nèi)的干擾源防控屬于非常關(guān)鍵的工作，只有嚴(yán)格進(jìn)行電磁干擾源的控制，才能保障新能源汽車的安全性。因此，檢修工作應(yīng)結(jié)合電控系統(tǒng)的電磁干擾問題發(fā)生規(guī)律和特點(diǎn)，有針對性地執(zhí)行相應(yīng)的干擾源控制工作。首先，應(yīng)全面考慮干擾源傳播的路徑情況，采用金屬零件設(shè)置外殼的方式或屏蔽接地的方式處理，尤其是使用接地措施，屬于預(yù)防電磁干擾最為科學(xué)的方式，且金屬零件在連接汽車接地的過程中，會對靜電充電路徑進(jìn)行控制，以免出現(xiàn)靜電積累的現(xiàn)象。其次，根據(jù)電控系統(tǒng)的電磁干擾狀況進(jìn)行屏蔽處理，形成金屬絕緣的良好模式，同時配合設(shè)置金屬零件的外殼，預(yù)防電磁干擾擴(kuò)散的現(xiàn)象，從干擾路徑方面形成良好的干擾源控制模式。

3.3 完善故障排除與排查的方案

當(dāng)前，我國新能源汽車電控系統(tǒng)的技術(shù)不斷更新、升級，雖然能提升電控的先進(jìn)性，但是容易引發(fā)更多的電磁干擾問題和現(xiàn)象，生成新的非代碼錯誤、偽代碼錯誤，導(dǎo)致維護(hù)的難度增大。在此情況下，相關(guān)的維護(hù)工作人員應(yīng)結(jié)合電控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)格分析和了解傳感器電路的特點(diǎn)和情況，經(jīng)常對電路進(jìn)行檢查，明確有無損壞或接觸不良的問題，盤點(diǎn)相應(yīng)的傳感器信號線是否可以良好接觸，若只是屏蔽電纜損壞，就要進(jìn)行細(xì)致的維修處理。同時，在排查的工作中還需檢查信號屏蔽線的情況、ABS的警告指示燈情況等，預(yù)防可能會出現(xiàn)的問題。

3.4 做好參數(shù)的分析工作

在參數(shù)的分析過程中，應(yīng)結(jié)合電控系統(tǒng)的情況、特點(diǎn)，研究電磁干擾的情況，檢測相應(yīng)的錯誤參數(shù)與數(shù)據(jù)，安排技術(shù)人員通過解碼器設(shè)備讀取其中已經(jīng)出現(xiàn)錯誤的代碼，明確各個參數(shù)范圍，了解波動的范圍特點(diǎn)，同時針對發(fā)動機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)速合理檢測處理，掌握具體的曲軸位置狀況、凸輪軸的位置狀況等。另外，要求相關(guān)的技術(shù)人員形成正確觀念，歸納總結(jié)相應(yīng)的工作經(jīng)驗，在日常電控系統(tǒng)檢查、維修、管理過程中，利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)等分析參數(shù)信息內(nèi)容，按照參數(shù)的特點(diǎn)、情況等，完善電控系統(tǒng)的檢修、維修計劃，借助有效的檢修方式提升電控系統(tǒng)電磁干擾控制的有效性。

4 結(jié)語

新能源汽車電控系統(tǒng)的電磁干擾故障問題對系統(tǒng)整體的正常運(yùn)作、應(yīng)用都會造成嚴(yán)重的影響，如果不能嚴(yán)格預(yù)防、規(guī)避和控制，就應(yīng)按照電磁干擾問題的發(fā)生情況、發(fā)生狀態(tài)，制定詳細(xì)的檢查維修方案，做好各項檢修工作、管理工作、防控工作，切實(shí)優(yōu)化相應(yīng)的電磁干擾問題的檢查工作模式、維修工作體系，使電控系統(tǒng)良好運(yùn)作。