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電動(dòng)汽車電磁兼容研究概述

嘉峪檢測網(wǎng)        2018-06-06 17:45

     當(dāng)前 , 電動(dòng)汽車的開發(fā)受到社會(huì)各界的重視 和歡迎 。 相對傳統(tǒng)汽車 , 電動(dòng)車更加節(jié)能 、 排放更 低 , 但也面臨一些新的挑戰(zhàn) , 電磁兼容便是其中之 一 。 電動(dòng)汽車電磁兼容問題更為突出 , 解決問題 的難度更大 。

     1、電動(dòng)汽車電磁兼容研究現(xiàn)狀

    當(dāng)前世界各國對電磁兼容 (EMC ) 研究均非常 重視 , 歐美等發(fā)達(dá)國家制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn) , 中國 也在傳統(tǒng)車電磁兼容的基礎(chǔ)上 , 進(jìn)一步增加了電 動(dòng)汽車電磁兼容的相關(guān)要求 , 電磁兼容是電動(dòng)汽 車深度研發(fā)過程中必然會(huì)碰到的一個(gè)技術(shù)難題 , 對整車制造商提出了非常大的挑戰(zhàn) , 其內(nèi)容主要 包括以下幾個(gè)方面 。

 

    1.1開發(fā)設(shè)計(jì)難度高

   電動(dòng)汽車相對于傳統(tǒng)汽車 , 采用高電壓大功 率的汽車電子部件 , 如電機(jī)控制器 、 直流 /直流轉(zhuǎn) 換器 、 高壓動(dòng)力電池 、 驅(qū)動(dòng)電機(jī) , 而且電力電子器 件還要進(jìn)行變頻調(diào)速控制或者高低壓的直流變 換 , 同時(shí)電動(dòng)汽車較傳統(tǒng)汽車采用了更多的控制 、 監(jiān)控 、 顯示和無線電等各種電子設(shè)備 , 如電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向 、 電空調(diào) 、 電加熱 、 電子水泵 、 電子制動(dòng)等 。 高 壓電力電子開關(guān)器件非常容易通過傳導(dǎo) 、 耦合或 輻射產(chǎn)生電磁干擾 , 而車上密集裝備的電子設(shè)備 還容易受到來自整車及外部的干擾 。 另外 , 電動(dòng) 汽車基于節(jié)能的考慮往往采用一些輕量化的新材 料 , 而這些材料的屏蔽性能卻較差 , 因此電動(dòng)汽車 較傳統(tǒng)汽車電磁騷擾頻帶更寬 , 易受干擾的部件 更多 , 電動(dòng)汽車電磁兼容的開發(fā)設(shè)計(jì)難度更高 。

 

     1.2安全重要性高

    電動(dòng)汽車上大量采用高壓和低壓的電力電子 器件 , 比如電機(jī)控制器 、 直流 /直流轉(zhuǎn)換器 、 電機(jī) 、 電池 、 高壓線束 、 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 、 車身電子穩(wěn)定系 統(tǒng) (ESP ) 、 安全氣囊等 , 都是涉及到整車運(yùn)行安全 的重要器件 , 而這些器件都與電磁兼容有著非常 重要的聯(lián)系 , 在運(yùn)行中都有可能由 EMC 引起錯(cuò) 誤 。 如果電磁兼容性能不能滿足要求 , 將會(huì)導(dǎo)致

器件間斷性失靈或者永久性損壞,這些關(guān)鍵零件的失靈或者損壞輕則引起部件不能正常工作,重則會(huì)導(dǎo)致整車重大安全事故。近幾年陸續(xù)發(fā)生了一些汽車安全事故,如某款轎車在通過收費(fèi)站時(shí)安全氣囊突然引爆;某款轎車的DVD、導(dǎo)航儀和倒車?yán)走_(dá)的集成裝置經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)等問題,這類事故的潛在原因可能都與電磁干擾有關(guān)。

 

     1.3標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性高

    現(xiàn)在許多國家,特別是發(fā)達(dá)國家對車輛制定了電磁兼容方面的法規(guī),我國也陸續(xù)出臺(tái)了零部件和整車強(qiáng)制性法規(guī)要求,電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)日益完善,具體要求見表1。零部件本身必須通過電磁兼容性測試,集成到整車后,整車也要通過電磁兼容性全面考核。電磁兼容性具有一票否決權(quán),如果電磁兼容性不能滿足相應(yīng)法規(guī)要求,將導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市,因此要求廠家投入大量的資金和設(shè)備進(jìn)行電磁兼容的研發(fā)。整車企業(yè)和零部件企業(yè)在研發(fā)零件時(shí),為了能夠在一個(gè)國家和地區(qū)取得準(zhǔn)入資質(zhì),必須通過當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,而一款產(chǎn)品如果在開發(fā)過程中,沒有在早期對電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行充分考慮,則在產(chǎn)品開發(fā)后期將會(huì)花費(fèi)非常大的代價(jià)進(jìn)行整改,這將消耗企業(yè)大量的開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間,從而導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期延長,甚至產(chǎn)品無法上市。

 

     國際標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)中國標(biāo)準(zhǔn)

CISPR12ECE指令SAE J551GB14023

CISPR25EEC指令SAE J1113GB18387

ISO11451GB18655

ISO11452

ISO7367

 

      1.4測試驗(yàn)證的代價(jià)高

    驗(yàn)證整車電磁兼容是否達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要工具是電波暗室。對于汽車等大尺寸設(shè)備和裝置的EMC測試,需要有大尺寸的電波暗室,還要求有精準(zhǔn)的測試天線、高速的測試數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、完善的自動(dòng)化分析軟件做配套,因此測試費(fèi)用非常昂貴,比如在進(jìn)行一些整車項(xiàng)目的測試時(shí),1h的費(fèi)用達(dá)到1萬元,而且由于當(dāng)前此類試驗(yàn)室資源非常稀缺(目前華東地區(qū)帶轉(zhuǎn)轂的電磁兼容測試試驗(yàn)室僅有1個(gè)),能夠利用的時(shí)間非常有限,一旦整車電磁兼容出現(xiàn)問題,改制以及測試驗(yàn)證的成本非常高,周期往往也非常長。

 

     2、電動(dòng)汽車電磁兼容研究需要遵循的原則

    當(dāng)前電動(dòng)汽車的發(fā)展還處于起步階段,其要能夠與傳統(tǒng)汽車進(jìn)行競爭,則必須在安全性、可靠性、舒適性方面具有競爭力,而這也正是一個(gè)企業(yè)實(shí)力和技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。電動(dòng)汽車不是簡單地把電力電子、電機(jī)、安全氣囊、DVD、倒車?yán)走_(dá)、自動(dòng)導(dǎo)航等簡單地加在一起,而是需要提升這些設(shè)備的安全性、可靠性,使這些電子設(shè)備有良好的兼容性。為了保證電動(dòng)汽車的電磁兼容性,在開發(fā)過程中,必須遵循以下原則。

 

     2.1全面正確認(rèn)識(shí)和貫徹電磁兼容設(shè)計(jì)工作電磁兼容設(shè)計(jì)工作是電動(dòng)汽車深度研發(fā)過程中必須面臨的問題,與整車各個(gè)電子器件都有聯(lián)系,是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。在電動(dòng)汽車開發(fā)過程中,整車企業(yè)一定要對電磁兼容工作引起重視,把電磁兼容設(shè)計(jì)工作放在一個(gè)重要的地位,組建由各個(gè)關(guān)鍵零部件功能組組成的工程師團(tuán)隊(duì),同時(shí)預(yù)留相應(yīng)的預(yù)算和試驗(yàn)資源,在項(xiàng)目之初即介入整車開發(fā)工作,對零部件的電磁兼容和整車的電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),并在開發(fā)過程中跟蹤電磁兼容設(shè)計(jì)狀況,盡早采取措施解決開發(fā)過程中出現(xiàn)的電磁兼容問題。

 

    2.2從項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初介入

在整車項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)階段,要求對產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)考慮,主要涉及產(chǎn)品銷售的目標(biāo)市場,以及需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求,同時(shí)注意后續(xù)潛在目標(biāo)市場的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求?;谝陨蠈Ξa(chǎn)品EMC標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求提出產(chǎn)品的總體EMC設(shè)計(jì)目標(biāo),并詳細(xì)制定產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)總體方案,如各個(gè)關(guān)鍵零部件的接地方案如何系統(tǒng)考慮、EMC關(guān)鍵措施如何實(shí)施、各個(gè)零部件電磁兼容要達(dá)到的技術(shù)要求等。

在制定了總體方案以后,要能夠盡早安排對整車系統(tǒng)電磁兼容性進(jìn)行摸底測試,使產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題在早期得到發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決。

 

    2.3從零部件入手

零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎(chǔ)和前提,用于電動(dòng)車上的零部件不僅應(yīng)滿足零部件電磁兼容性要求,同時(shí)在整車電磁兼容性出現(xiàn)問題時(shí),零部件供應(yīng)商也有義務(wù)支持并進(jìn)行相關(guān)整改。理論與實(shí)踐證明,任何電磁騷擾的發(fā)生必須具備3個(gè)條件:騷擾源、傳播騷擾的途徑和敏感設(shè)備

作為電動(dòng)汽車的零部件應(yīng)該從兩個(gè)方面盡可能地優(yōu)化:一是盡量降低騷擾的強(qiáng)度;二是盡可能地提高抗騷擾的能力。如作為潛在電磁騷擾源的電機(jī)控制器、直流/直流轉(zhuǎn)換器、高壓線束、高壓蓄電池,可將外殼形成一個(gè)良好的密封體實(shí)現(xiàn)屏蔽完整性,防止電磁泄露,再通過多點(diǎn)接地的方式將電機(jī)外殼與整車可靠接地,降低電磁輻射的水平。對信號(hào)電纜采取有效的屏蔽措施,可明顯提高抗騷擾的能力[2]。如對CAN 總線信號(hào)電纜,采用雙絞線方式以減小回路面積,可有效抑制磁場干擾。對電機(jī)傳感器信號(hào)電纜,選用優(yōu)質(zhì)屏蔽電纜且屏蔽層雙端接地,可有效降低周圍電磁環(huán)境對電纜信號(hào)線的容性和感性耦合。

 

    2.4注重采用系統(tǒng)的解決方案作為電動(dòng)汽車,零部件輻射能力相對較強(qiáng),僅靠單個(gè)零部件本身的設(shè)計(jì)解決整車電磁兼容問題不僅成本非常高,而且難以實(shí)現(xiàn),尤其是當(dāng)前零部件本身電磁兼容設(shè)計(jì)還不完善,在進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注重采用系統(tǒng)的解決方案,從整車角度解決問題。

首先要做到合理布局,比如布置車內(nèi)線束電纜,分開大功率電路和小功率電路,不同類別的電纜之間保持建議的間距,盡量要求高壓線束沿著車身布置,優(yōu)化整車電磁輻射的環(huán)路,同時(shí)利用車身形成封閉的屏蔽艙。傳感器安裝位置、信號(hào)傳遞路線、執(zhí)行部件的防護(hù)都可以結(jié)合整車特點(diǎn)進(jìn)行針對性布置。良好的布局,不但可以避免強(qiáng)弱電設(shè)備間的相互干擾,還可以縮短主要干擾源布線的長度,減小對外發(fā)射干擾,提高產(chǎn)品的可靠性。其次要有良好的接地和屏蔽。接地方面,不但要控制單個(gè)零件的接地電阻,還要關(guān)注由不同接地形成的環(huán)路。屏蔽層對電場的屏蔽效果比較明顯,

而對磁場的屏蔽作用與地環(huán)路的面積有關(guān),布線設(shè)計(jì)時(shí)除了減小地線阻抗還要盡量減小地環(huán)路面積,這樣可以有效降低外界磁場在地環(huán)路中產(chǎn)生的磁場干擾。屏蔽方面,電磁屏蔽的關(guān)鍵是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性,將零件外殼形成一個(gè)連續(xù)密封的導(dǎo)電體,使耦合到內(nèi)部電路的電磁場被反射和吸收。

 

     3、效果驗(yàn)證

    在上汽新能源汽車開閥過程中,貫徹落實(shí)了上述設(shè)計(jì)理念,開發(fā)的電動(dòng)車和混合動(dòng)力汽車均能通過國家相關(guān)EMC 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),

 

     4、結(jié)語

   當(dāng)前電動(dòng)汽車電磁兼容的設(shè)計(jì)還處于起步階段,但電磁兼容工作定將成為未來電動(dòng)汽車開發(fā)

動(dòng)。首先液壓缸使后扭轉(zhuǎn)梁處于同一水平面,使緩

沖彈簧的位移與自重產(chǎn)生的位移相同,然后左液壓缸上行45cm ,右液壓缸下行45cm ,稱作位置+45,接著左液壓缸下行90cm ,右液壓缸上行90cm ,稱作位置-45,最后左液壓缸上行45cm ,右液壓缸下行45cm ,至同一水平面位置,完成一個(gè)循環(huán)。

對于后扭轉(zhuǎn)梁來講,還必須通過總成單側(cè)側(cè)向力耐久試驗(yàn)和總成單側(cè)縱向耐久試驗(yàn),才算考核完整。也可以按照同樣的思路建立可靠性認(rèn)證規(guī)范。

     實(shí)踐證明,在臺(tái)架上通過可靠性規(guī)范考核的扭轉(zhuǎn)梁在整車道路試驗(yàn)中沒有在再現(xiàn)失效,當(dāng)然可靠性認(rèn)證方案是一種偏于安全的方案,可靠性數(shù)據(jù)分析也是一種預(yù)測。但是行業(yè)內(nèi)各大主機(jī)廠的案例都充分說明在臺(tái)架試驗(yàn)中制定可靠性認(rèn)證方案對零部件開發(fā)早期就充分發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)改進(jìn),有重要作用。另外要針對具體的零件制定合適的可靠性目標(biāo)值??傊?合理的可靠性認(rèn)證方案對縮短零件乃至車型開發(fā)周期,節(jié)省開發(fā)經(jīng)費(fèi),都有重要的意義。

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來源:AnyTesting

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