电动汽车辐射抗扰问题优化

2020-11-27赵明丽王子龙郭加加尹志强

汽车电器 2020年11期

赵明丽，鲍宇，王子龙，郭加加，尹志强

（1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300； 2.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300300； 3.志强汽车科技服务（扬州）有限公司，江苏扬州 225600）

汽车工业的快速发展和汽车市场的激烈竞争极大地促进了各类电子电气和信息设备在汽车上的广泛应用，而伴随着汽车电气设备数量和种类的不断增加、工作频率的不断提高，汽车制造及运行所面临的车内、外电磁环境更加复杂化，给汽车电磁兼容问题带来了巨大挑战［1］。

GB 34660-2017《道路车辆电磁兼容性要求和试验方法》［2］作为中国整车EMC认证综合性强制标准，不仅包括了整车辐射发射测试，更是填补了整车级辐射抗扰测试缺失。目前大部分整车企业也均制定了符合自己企业的整车辐射抗扰等标准。

1 整车辐射抗扰测试

某纯电动汽车要求按照企业标准进行整车辐射抗扰测试，测试时车辆状态如表1所示。

表1 车辆测试状态

测试过程中，采用摄像机等设备对表2中所示的功能、通信数据进行监控和记录。同时，还将通过声音监测设备等来判定其它电器系统是否产生误动作，如喇叭、防盗报警等。

表2 抗扰度测试监控要求

在进行抗扰等级为75V/m时，通过视频监控系统发现车辆运行一段时间后突然停止运行，而此时CAN网络报文无错误帧出现，终止抗扰试验车辆状态也未能恢复，需要重新启动汽车才能恢复正常运行。整车辐射抗扰测试如图1所示。

图1 整车辐射抗扰测试图

根据整车辐射抗扰测试车辆状态判定功能等级为IV （去除干扰后，功能不能自动恢复，通过简单复位操作后能够恢复正常），不符合企业标准要求，因此需要进行辐射抗扰问题定位工作。

2 辐射抗扰问题定位

辐射抗扰问题定位往往从整车级—系统级—部件级逐步进行。

2.1 整车抗扰问题定位流程

整车抗扰问题定位流程如图2所示。

图2 整车抗扰问题定位流程图

摸底测试中首次抗扰试验出现问题后，在确定车辆能够重新恢复正常运行状态下，需要再一次进行抗扰测试，目的就是排除因偶发性原因导致试验不符合标准要求。因为在研发验证阶段样车的零部件、线束等状态可能处于非量产状态，而导致整车不兼容问题。

通过试验前后车辆状态对比分析，初步确定异常零部件，结合监控数据、工作原理进一步分析，最终定位问题零部件。

2.2 问题定位与分析

测量蓄电池电压，结果为馈电状态。而正常状态下蓄电池由DC/DC充电，因此初步重点关注零部件为DC/DC。

对抗扰测试网络通信监控系统实时的监控、记录抗扰测试的车辆通信报文进行解析。抗扰测试中DC/DC输出电压、电流以及工作状态情况如图3所示。

图3 DC/DC抗扰过程工作情况分析图

从对DC/DC网络监控数据解析可以看出，在抗扰测试进行90s时，DC/DC输出电压由14.3V直接降至12.4V后逐渐降低；DC/DC输出电流由44A直接降低至0A；工作状态由Working变为Stop状态，意味着抗扰过程中DC/DC由于受到干扰而停止工作，进而导致蓄电池馈电，车辆无法正常运行。

2.3 DC/DC问题定位

DC/DC变换器作为电动汽车低压用电器的供电电源，DC/DC主要由主电路部分和控制电路部分组成，其中主电路部分由功率开关、二极管、电感器以及电容器等构成；控制电路部分包括脉冲脉宽调制（PWM）发生器、运算放大器以及隔离功率驱动模块等［3］。DC/DC变换器系统内部框图如图4所示。

图4 DC/DC系统内部框图

其中DC/DC控制线路简图如图5所示。

图5 DC/DC控制线路简图

DC/DC的控制线路中，存在一颗PWM主控IC及一颗D触发器。初期版本中，控制IC的输出PWM，直接连接到D触发器。由于控制IC及D触发器均比较敏感，二者间的PWM信号容易受到干扰。因此对其输出波形进一步抗扰问题分析。DC/DC控制线路输出波形图如图6所示。

其中CH1 （黄色）为主控IC输出，CH2 （绿色）为D触发器输出，CH3 （紫色）为输出电压。正常工况：CH2只能在CH1的上升沿才翻转。而在射频抗扰失效时，在CH1的下降沿，CH2发生翻转。

2.4 整改优化与验证

因此为了提高DC/DC抗干扰能力，在PWM主控IC和D触发器之间，加入一颗缓冲器（Buffer），对PWM信号进行缓冲转换，可滤除干扰，整改后的DC/DC控制线路简图如图7所示。

图6 DC/DC控制线路输出波形图

图7 整改后DC/DC控制线路简图

整改优化后的DC/DC首先需要进行零部件EMC测试，待部件符合标准要求后再进行整车级辐射抗扰验证。因为即使零部件单体测试能达到电磁兼容标准，但放置在整车环境下进行测试却不一定能够正常工作［4］。因此将通过零部件测试的DC/DC更新到整车后，重新对新状态的整车进行射频抗扰验证测试，最终顺利通过了75V/m、100V/m等级的整车射频抗扰测试，达到了企业标准要求。