蘇超杰

新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法

蘇超杰

（河南工業(yè)貿易職業(yè)學院，河南 鄭州 450012）

電子控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心組件之一，但是在電子控制系統(tǒng)中經(jīng)常會發(fā)生各種電磁干擾。該系統(tǒng)會在故障下引起各種故障，從而使車輛無法正常執(zhí)行操作指令，這是車輛行駛安全所面對的主要挑戰(zhàn)之一。文章探討了可以用于排除新能源汽車的電子控制系統(tǒng)中電磁干擾的方法，并對其故障進行必要的分析，以完成其維修工作。

新能源汽車；電控系統(tǒng)；電磁干擾；故障檢修

引言

當前新能源汽車已經(jīng)成為主要的交通工具之一，并在人們的生活中起著舉足輕重的作用，同時越來越受到人們的青睞[1]。然而，新能源汽車中存在各種類型的故障，都會對于新能源汽車的安全駕駛造成重大挑戰(zhàn)，其中由電磁干擾引起的故障是典型檢修故障。而近年來，電子控制技術已廣泛用于現(xiàn)代新能源汽車的各種控制系統(tǒng)中，以顯著優(yōu)化新能源汽車的整體性能，但是這些新技術的應用對整個車輛電氣系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，即每個電子設備和每個電子控制系統(tǒng)必須相互適應，并且不得相互干擾，這就要求車輛電氣系統(tǒng)中的整體檢修維護水平較高。

1 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障主要原因

1.1 點火系統(tǒng)電磁干擾點

車輛中的電磁干擾是指在發(fā)動機、繼電器、開關和其他車輛部件工作時發(fā)生的電磁干擾。車輛外部的電磁干擾是指各種電氣設備如高壓線、無線電等設備導致的干擾，以及由雷電等自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。點火系統(tǒng)中的點火線圈、火花塞、分配器和高壓線是重要干擾源，尤其是火花塞是引起高頻電磁干擾的主要組件。當點火線圈的初級電路斷開時會在初級電路中產(chǎn)生阻尼振蕩，通常來說一次電壓的最大幅度通常為300到500V，而如果沒有有效的抑制措施來抑制此瞬態(tài)電壓，則它會與電子設備捆綁在一起并構成威脅，甚至可能通過電纜對其他電子設備造成嚴重干擾。與此同時，在次級線圈中感應的次級電壓最大值通常為20,000~30,000V，足以打破火花塞的電極間隙并產(chǎn)生電火花放電。而火花放電會在周圍區(qū)域產(chǎn)生大約0.15至1000MHz的寬帶電磁波，并在十米內的電子設備中引起強烈的輻射干擾。

1.2 交流發(fā)電機充電系統(tǒng)電磁干擾

通常來說，交流發(fā)電機使用碳刷和滑環(huán)將勵磁電流引入轉子線圈中。在運行過程中，只要兩者之間的接觸稍有變化就會產(chǎn)生電火花，進而產(chǎn)生電磁波。其次，發(fā)電機控制器自動將勵磁電流調整到輸出電壓的水平，且由于電子控制器使用的設置方法是立即關閉，因此會在磁場線圈中產(chǎn)生具有頻率和峰值的自感應電動勢。電動勢也會轉換為電磁干擾波，如果在發(fā)電機重載和高速運行期間突然中斷了電池和發(fā)電機之間的連接，則發(fā)電機的輸出電壓會立即上升到125V，這一脈沖電壓會導致電氣控制系統(tǒng)發(fā)生故障，例如ECU控制的噴油器。

1.3 電動機運作過程中的電磁干擾

新能源汽車中內部存在的電磁干擾電動機包括起動機、風扇電動機、刮水器電動機、加熱電動機、ABS泵電動機、高度自動調節(jié)電動機、門窗玻璃電動機等。由于這些電動機基本上是帶有碳刷和換向器的直流永磁電動機，因此在操作過程中，尤其是在高速操作過程中會不可避免地會產(chǎn)生電火花，進而引起強電磁波。起動器的電磁干擾頻率也與起動器的速度有關，其電流峰值高且抗擾性強，而特征是僅在發(fā)動機啟動時才產(chǎn)生故障。其他引擎的頻率和峰值比啟動器的頻率和峰值弱，但是它們產(chǎn)生的電磁干擾會在新能源汽車的整個駕駛過程中產(chǎn)生，因此往往會具有更大的負面影響。

1.4 繼電器觸點電磁干擾

新能源汽車所遭受的電磁干擾可分為車輛內部和外部兩種類型的干擾。外部干擾對新能源汽車的電子控制系統(tǒng)的影響相對較小。因此下文主要分析新能源汽車中的電磁干擾現(xiàn)象。在新能源汽車的運行過程中觸點會高速的打開和關閉，而在打開晶體管的正常工作電壓時，線圈變成具有高頻譜的高能量瞬態(tài)干擾源，其工作電流可以達到10至20A數(shù)十倍，從而在高速狀態(tài)下產(chǎn)生強電磁波輻射，并且峰值振蕩電壓高，則會在繼電器周圍產(chǎn)生并通過空氣或相關電線輻射。如果未嚴格屏蔽干擾信號，則發(fā)動機的不同頻率將會嚴重損害新能源汽車的電子控制系統(tǒng)正常運行。

1.5 電磁耦合干擾

新能源汽車電氣系統(tǒng)中有大量的電線束和多點接地回路，較長的非屏蔽布線和接地阻抗會在新能源汽車電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生磁感應耦合和電容耦合。與此同時，如果一根電線上的電流流過其公共阻抗通道，這也會在另一根公共接地電纜上的公共接地阻抗耦合中引起干擾，該類型的耦合噪聲電壓最大幅度可能達到200V以上，持續(xù)時間在幾百毫秒以內，這可能會導致某些電子設備受到嚴重干擾。電磁干擾對新能源汽車電子控制系統(tǒng)的影響是復雜的，部分情況下甚至會導致電子干擾，而控制單元發(fā)出錯誤的命令會導致不同執(zhí)行器故障，從而嚴重影響到汽車行駛的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。此外，許多電磁耦合干擾可以通過兩種方式影響車輛的電子控制系統(tǒng)，一種是影響車輛電子控制系統(tǒng)的傳感器輸入從而使其變形，進而使ECU輸出與發(fā)動機工況不匹配的電子控制信號，最終使執(zhí)行器發(fā)生故障。另一種是破壞ECU輸出信號，導致輸出信號發(fā)散并誤導執(zhí)行器。

2 新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修

2.1 明確檢修基本思路

新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障檢修的基本思路可以分為幾個不同的步驟，第一個方面是對解碼器進行必要分析，在這一過程中讀取錯誤代碼并判斷每個參數(shù)的變化范圍，分析一些更關鍵的參數(shù)以闡明變化的主要原因。第二方面是用示波器進行必要的測試，示波器是基于實際檢測原理來是對特定組件執(zhí)行波形檢測，將檢測后獲得的波形與正常條件下該組件的波形進行比較，從而確定是否存在差異，并發(fā)現(xiàn)是否存在可疑點，然后尋找差異干擾點。接下來是使用測試結果來確定干擾源[1]。檢查人員應檢查點火線圈、電動機電刷和可疑部分周圍的屏蔽線，從而找出問題的原因并根據(jù)對錯誤原因的分析。此外，考慮到低速時產(chǎn)生的信號電壓不強，但會使得傳感器線的屏蔽功能嚴重受損，且較強的車輪速度信號會受到周圍電磁波的影響，因此電子ABS控制器無法根據(jù)車輪速度傳感器信號準確判斷車輪速度，從而導致ABS異常運行，并且車輛自診斷確定ABS是運作異常，進而判斷輪速傳感器中是否存在故障。

2.2 合理分析關鍵參數(shù)

對新能源汽車電子控制系統(tǒng)中的電磁干擾進行故障排除是十分必要的。技術人員在故障檢測時首先應當使用解碼器分析并讀取錯誤代碼，從而確定各個參數(shù)的范圍、變化范圍和靈敏度，在這一過程中故障檢測的重點是發(fā)動機轉速、曲軸位置、凸輪軸位置傳感器發(fā)出的信號等。此外，考慮到使用示波器測試是最為有效和最全面的故障測試方法，技術人員通過將被測零件的波形與正常波形進行比較，可以迅速發(fā)現(xiàn)受電磁干擾影響的可疑零件，然后根據(jù)測試結果來找到可能受到電磁干擾的干擾源可疑部分并進行高效的檢修。

2.3 采取對比性檢修

采取對比性檢修的優(yōu)越性是不言而喻的。在某新能源汽車故障診斷分析時，技術人員使用解碼器分析數(shù)據(jù)并進入電機系統(tǒng)以讀取錯誤代碼，結果發(fā)現(xiàn)未保存任何錯誤代碼，而由于無法啟動引擎因此無法進行數(shù)據(jù)流分析。因此技術人員在用起動器反復驅動發(fā)動機后，確定在起動器開啟和起動停止時兩個氣缸會產(chǎn)生高壓，技術人員使用萬用表在規(guī)定范圍內檢查曲軸位置傳感器，速度傳感器和凸輪軸位置傳感器的電阻，并拆下三個傳感器來檢查曲軸皮帶輪的信號凸出齒，然后用示波器分析波形。結果發(fā)現(xiàn)，除正常方波以外的每個傳感器波形都有雜亂的波形噪聲，因此可知，曲軸位置傳感器、速度傳感器和凸輪軸位置傳感器存在電磁干擾。技術人員根據(jù)測試結果來找到干擾源，并從每個氣缸上拆下火花塞，然后將其安裝在電源線上以測試火情。接下來技術人員用手轉動曲軸時，發(fā)現(xiàn)六個氣缸可以連續(xù)產(chǎn)生高壓電流，ECU端部傳感器的信號波形是純矩形波且沒有干擾，因此是起動機驅動發(fā)動機時發(fā)生故障，技術人員在確定故障的根源是起動器后很快完成設備整修。

2.4 做好故障排除工作

目前，新能源汽車中越來越多地使用電子新能源汽車技術，這導致越來越多的電磁干擾問題，一些無代碼錯誤和偽代碼錯誤大大增加了維護工作的困難。通常來說許多錯誤代碼表示錯誤部分是輪速傳感器，電子ABS控制和傳感器電路是基于以前的經(jīng)驗確定四個傳感器同時損壞的，并且ABSECU故障的可能性不高。因此，維護人員應將重點放在傳感器電路上，檢查線路是否損壞，接觸不良等。檢查線路時，確定每條傳感器信號線的連接良好，若僅屏蔽電纜被嚴重損壞，可以認為，故障是由于傳感器信號的屏蔽線損壞所致，它引起了強烈的電磁干擾，導致整個ABS異常運行，并且ABS警告燈亮起。然后，維修人員應修理車輪速度傳感器信號線的屏蔽電纜，刪除錯誤代碼后，進行測試，若未找到ABS警告燈，點亮并糾正錯誤。

3 結束語

總而言之，本文首先討論電磁干擾的幾種主要來源，接下來討論了電磁干擾對新能源汽車電子控制系統(tǒng)的影響。在這之后分析了如何解決新能源汽車電子控制系統(tǒng)中的電磁干擾，希望能夠為新能源汽車電控系統(tǒng)電磁干擾故障分析與檢修方法的研究提供必要的理論研究支持。上述研究為推動新能源汽車的研發(fā)技術水平不斷攀升的基礎上，確保新能源汽車的使用功能以及實用功能均能夠得到滿足提供了幫助，希望能夠成為當前新能源汽車研究相關工作人員需要重點新研究點之一。

[1] 楊鵬.汽車電控系統(tǒng)的電磁干擾故障分析和檢修[J].科技風,2015 (12):108.

[2] 鐘家明.新能源汽車電控系統(tǒng)二次開發(fā)平臺研究[D].華南理工大學,2015.

New Energy Vehicle Electronic Control System Electromagnetic Interference Fault Analysis And Repair Method

Su Chaojie

( Henan Vocational College of Industry and Trade, Henan Zhengzhou 450012 )

Electronic control system is one of the core components of new energy vehicles, but in the electronic control system often occurs a variety of electromagnetic interference. The system will cause various faults under the fault, so that the vehicle can not normally execute the operation instructions, which is one of the main challenges facing the vehicle safety. This paper discusses the method of eliminating electromagnetic interference in the electronic control system of new energy vehicles, and analyzes its fault to complete its maintenance.

New energy vehicle; Electronic control system; Electromagnetic interference; Troubleshooting

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1671-7988(2020)24-182-03

U260.352

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蘇超杰（1981-），男，河南周口人，碩士研究生，講師，就職于河南工業(yè)貿易職業(yè)學院。研究方向：汽車電控系統(tǒng)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.059

CLC NO.: U260.352