張 偉

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

隨著國內(nèi)外電動汽車的高速發(fā)展，電動汽車的EMC工程已成為各主機廠及系統(tǒng)供應(yīng)商的主攻技術(shù)難題。電動汽車電器系統(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)重影響車輛的正常運行，典型的EMC故障如：音響異常、控制失靈、電機堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向失靈、制動失控、車輛自燃等。EMC是涉及整車很多部件的系統(tǒng)工程，解決EMC問題，主要從三方面著手：一是查找識別干擾源，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），增強其抗干擾能力 （EMS）。本文是針對行業(yè)中遇到的各種EMC問題，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問題，提升部件EMC品質(zhì)水平，使整車通過EMC法規(guī)測試，同時達(dá)到各系統(tǒng)EMC良好兼容，可靠工作。

1 整車公共搭鐵

汽車電氣系統(tǒng)搭鐵設(shè)計是非常重要的，它直接影響著信號的正常傳遞，如果搭鐵設(shè)計得不合理，或是公共搭鐵點虛接松動，可能會造成信號減弱，公共搭鐵點雜波超過極限，將會產(chǎn)生公共搭鐵干擾，輕則會影響控制單元的正常工作，重則會產(chǎn)生整車安全性事故，如制動不靈、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、沒有直接與車身或車架搭鐵而是通過中間支架搭鐵、搭鐵點未除漆、未加劇齒彈墊，搭鐵點位置不合理、搭鐵點未做防腐蝕處理等。

1.2 低壓系統(tǒng)搭鐵設(shè)計要求

汽車低壓電氣系統(tǒng)常用搭鐵方法有如下兩種，簡示如圖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，將多個電器的負(fù)極通過一個打釘點，連接到搭鐵點，其優(yōu)點是可以降低導(dǎo)線的使用量，減少線束的直徑與質(zhì)量，但是，這樣會引起搭鐵信號相互干擾。圖2中，就可以降低這種干擾，但是增加了線束的使用量。一般對于控制單元、傳感器、儀表等的搭鐵使用圖2所示方法，而對于燈具、風(fēng)扇等就可以使用圖1所示方法。

在設(shè)計搭鐵方案時，必須要將電子搭鐵和功率搭鐵區(qū)分開來，也要將模擬搭鐵和數(shù)字搭鐵分開來接，以避免信號間的相互干擾，因為他們對搭鐵的沖擊是不同的，而這種對搭鐵的沖擊會影響較敏感的電子電器元件的工作。但是對同一控制器而言，卻不能將兩者分開太遠(yuǎn)，如果兩者距離過遠(yuǎn)，那么兩者間的電位差就越大，對同一控制器而言，搭鐵電位就存在比較大的差異，這也會影響控制器的工作。

搭鐵的設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點：①各ECU應(yīng)單獨搭鐵，防止被干擾；②弱信號傳感器的搭鐵線應(yīng)單獨且就近搭鐵，保證信號正常傳輸；③蓄電池負(fù)極搭鐵和發(fā)動機搭鐵有多種形式，要慎重考慮，保證可靠搭鐵；④車身和車架應(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搭鐵線直接通過螺栓、齒形墊片，直接安裝到車身、地板 （或車架）上，且搭鐵處需除漆、除銹，保證無雜物、搭鐵可靠并做防銹處理。

1.3 高壓系統(tǒng)搭鐵設(shè)計要求

1）高壓系統(tǒng)部件殼體搭鐵點數(shù)量設(shè)計要求：①動力電池包殼體與車架至少要有兩個以上搭鐵點；②整車控制器殼體與車架至少要有一個以上搭鐵點；③電機控制器殼體與車架至少要有兩個以上搭鐵點；④電動空調(diào)縮機殼體與車架至少要有一個以上搭鐵點；⑤電動轉(zhuǎn)向泵殼體與車架至少要有一個以上搭鐵點；⑥空氣壓縮機殼體與車架至少要有一個以上搭鐵點。

2）高壓電器件需根據(jù)結(jié)構(gòu)特點設(shè)計專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駕上，避免通過中間支架搭鐵。

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

5）車架搭鐵點應(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）各搭鐵點要進(jìn)行專項防腐蝕處理。

8）搭鐵線布置盡量遠(yuǎn)離電源。

1.4 搭鐵點測試驗證要求

1）殼體與車架的接觸電阻：通過專項電阻測試儀測試驗證。

2）耐腐蝕性強度測試驗證：通過專項鹽霧試驗驗證。

3） 抗震性驗證：通過專項震動性試驗驗證。

圖3為某型號電動汽車搭鐵設(shè)計細(xì)節(jié)，可作為參考。

圖3 某型號電動汽車搭鐵設(shè)計細(xì)節(jié)

2 高壓電纜整改措施

2.1 行業(yè)存在問題

1）部分高壓線不帶屏蔽功能。

2）高壓線束屏蔽層沒有通過接頭與殼體360°環(huán)接，而是通過外部接線方式，會造成漏磁，連線會產(chǎn)生“天線”效應(yīng)，無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，無法有效防止進(jìn)水，會導(dǎo)致部件損壞，如圖4所示。

2.2 應(yīng)對措施

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

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

3）接頭應(yīng)連接堅固，接線端子壓接堅固，不得松動。

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。

需要強調(diào)的是高壓直流線束，雖然是直流，但因其在工作過程中，直流電的通斷及電流變化同樣會產(chǎn)生電磁輻射，對周邊電器會造成干擾，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 整車線束布置規(guī)范

1）小功率的敏感電路要緊靠信號源，大功率干擾電路要緊靠負(fù)載。

2）盡可能將小功率信號電路與大功率電路分開布置。

3）不同用途不同電平的導(dǎo)線如輸入線與輸出線、強電與弱電要遠(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，并最終通過間接搭鐵線有效接到車架上。

圖5為BMS高壓線束與整車通訊線束利用支架進(jìn)行分離的實例。

4 轉(zhuǎn)向電機整改措施

4.1 行業(yè)存在問題

圖5 BMS高壓線束與整車通訊線束利用支架分離實例

轉(zhuǎn)向電機有一段引出的高壓線束，線束一端通過不帶屏蔽的接頭與轉(zhuǎn)向電機連接，另一端帶一個線束插接器，該插接器不帶屏蔽功能，通過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，對整車EMC造成影響。如圖6所示。

4.2 整改措施

為有效實現(xiàn)線束屏蔽層搭鐵，取消轉(zhuǎn)向電機引出的高壓線束，采用一根電源屏蔽線總成，這個電源屏蔽線是從轉(zhuǎn)向電機真接到轉(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)向電機殼體360°環(huán)接，中間沒有過渡接頭和過渡線，使屏蔽的連續(xù)性得到保障，從而增強電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EMC性能。

圖6 轉(zhuǎn)向電機高壓線束的EMC影響

5 提升整車CAN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性

5.1 目前整車CAN網(wǎng)絡(luò)常存在的問題

1）CAN線不帶屏蔽功能。

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

5.2 整改措施

1）整車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）對整車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120Ω終端電阻，這個電阻也可集成在控制器里，也可單獨設(shè)置，以抑制信號在CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸線終端形成反射波，干擾原信號，提高CAN網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。強調(diào)的是要在電纜的兩個終端節(jié)點上，即最近端和最遠(yuǎn)端，各接入一個終端電阻，而處于中間部分的節(jié)點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。如圖7所示。

3）有些節(jié)點上的電器件輸入阻抗過小，造成CAN網(wǎng)絡(luò)工作不穩(wěn)定，甚至整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂；需要對CAN總線各節(jié)點阻抗進(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 動力電池及BMS電磁兼容性能提升

6.1 行業(yè)存在問題

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）箱體上開口不規(guī)范，箱蓋與箱體接縫沒有導(dǎo)電材料密封。

4）高壓線與低壓線同一出口并行出線。

5）箱體沒有搭鐵裝置。

6.2 整改措施

1）高壓線接頭采用可以實現(xiàn)屏蔽層360°環(huán)接的類型。

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)置專用搭鐵裝置，保證有效搭鐵。

7 整車控制器（VCU）電磁兼容性能提升

經(jīng)過VCU臺架EMC測試及實車長時間監(jiān)測及分析，發(fā)現(xiàn)VCU傳導(dǎo)抗撓性及輻射抗撓性較弱，對此首先優(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，增強其輻射抗撓性；同時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)干擾引起的誤動作，增強自身抗干擾能力，從而有效避免高壓掉電等嚴(yán)重故障。

8 結(jié)束語

本文針對目前行業(yè)內(nèi)普遍存在的EMC實際問題，分別從整車和部件方面進(jìn)行深入分析并出具對應(yīng)整改措施，經(jīng)實踐驗證，解決了諸多EMC電磁兼容問題，取得了很好的效果。實踐過程中，充分進(jìn)行了整車EMC工程策劃并逐步開展實施，從而提高了EMC設(shè)計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。