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VCU的電磁兼容存在的問題及其改進(jìn)完善措施

電磁兼容EMC ? 來源:電磁兼容EMC ? 作者:電磁兼容EMC ? 2020-12-07 10:56 ? 次閱讀

專題:目前電動(dòng)汽車的車輛控制器——VCU的電磁兼容存在的問題及其改進(jìn)完善措施

序:最近經(jīng)常經(jīng)??吹接?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/293/" target="_blank">新能源車失控車禍的新聞。排除人為誤操作因素,車輛控制單元VCU的不穩(wěn)定也是一大因素。 電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器包括IPM及其控制電路,是電動(dòng)汽車的核心部件。同時(shí)隨著集成的功能增多——包括車輛操控信號(hào)的處理與輸出,DC-DC模塊及空調(diào),水泵等驅(qū)動(dòng)功能組件,從而形成整車控制單元(VCU),是整個(gè)車輛的主要控制電氣部件。 由于屬電氣產(chǎn)品,除了軟件設(shè)計(jì)——功能齊全外,其內(nèi)部的電磁兼容EMC非常重要?。?!處理不好,會(huì)造成車輛控制不穩(wěn)定。勿要認(rèn)為控制器是金屬外殼,有屏蔽效果,那只是對(duì)外。

VCU——也稱電機(jī)控制器總成 關(guān)鍵還是控制器內(nèi)部各諸元間EMC問題。首先就是內(nèi)部的強(qiáng)弱電混裝不隔離,會(huì)造成強(qiáng)電的干擾使得控制信號(hào)不穩(wěn),邏輯錯(cuò)亂,后果嚴(yán)重時(shí),存在車輛剎車失靈,轉(zhuǎn)向助力失效,動(dòng)力缺失等安全問題。
上述問題還不能檢測(cè)出來。 為了車輛行駛的安全性,這就需要整個(gè)電氣系統(tǒng)非常可靠,除了硬件設(shè)計(jì)包括元器件質(zhì)量及軟件控制要做到合理,同時(shí)內(nèi)部的電磁抗干擾也是需要特別注意的地方。即,vcu電路原理設(shè)計(jì)好后,其安裝布置顯得非常重要,不能隨便強(qiáng)弱電混裝而不采取隔離措施,這點(diǎn)很容易被技術(shù)人員忽視。 對(duì)于現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)新能源汽車的VCU的設(shè)計(jì)及內(nèi)部安裝布置情況, 我們做個(gè)具體進(jìn)行分析:—— 存在什么問題: 以某知名汽車廠商新能源車的VCU總成為例,進(jìn)行拆解分析----內(nèi)部也集成其他的控制部分,形成一個(gè)總控制單元。我們來分析下,存在那些問題:(此為通用的基礎(chǔ)性問題,與具體車型無關(guān))

底部

整個(gè)控制器密閉 一個(gè)金屬殼內(nèi),可謂金玉其外!

拆開,是不是敗絮其中呢?我們進(jìn)行詳細(xì)分析 整個(gè)電路封閉在鋁殼里,可防外界干擾及減少對(duì)外部的干擾,這也符合常規(guī)初步的兼容——EMC的要求,貌似沒問題。 但是,其內(nèi)部也存在EMC的問題——各控制諸元之間互相干擾嚴(yán)重,會(huì)產(chǎn)生控制紊亂,從而影響車輛的可靠運(yùn)行。 如上圖所示:上下兩層電路板,中間沒有電磁隔離,且元器件裸露,很容易相互干擾。特別是有功率器件的情況。 這點(diǎn),電氣工程師經(jīng)常忽視,沒有意識(shí)到其危害性。

三相直流電機(jī)的輸出電流很大,而且不是正弦波,諧波干擾非常嚴(yán)重 上圖:強(qiáng)電與控制弱電沒有隔離,還挨得較近,,,三相直流電機(jī)的輸入輸出電流電壓很大,還含有豐富的諧波,發(fā)射出去會(huì)嚴(yán)重干擾控制芯片的信號(hào),造成控制不穩(wěn)。(三個(gè)接線柱也未作倒圓除銳處理)。 會(huì)對(duì)控制產(chǎn)生隨機(jī)錯(cuò)誤——出現(xiàn)問題而無法檢測(cè)。 ·

芯片裸露在外,未采取任何防護(hù)措施,如屏蔽,涂覆保護(hù)漆等 另外,主控芯片及其他相關(guān)控制芯片裸露在外,未加屏蔽措施,

DC-DC電源變換電路,諧波豐富,會(huì)對(duì)周邊控制單元造成干擾 同樣,上圖的電源變換的逆變電路也會(huì)產(chǎn)生諧波干擾。 以上更兼控制器外殼為密閉金屬,形成微波爐效應(yīng),工作時(shí)可以想象內(nèi)部的電磁環(huán)境有多惡劣!?。?其內(nèi)部的功率器件由于是工作在開關(guān)狀態(tài),會(huì)形成大量的高階次諧波,而無法向外發(fā)散,干擾內(nèi)部附近的控制電路,造成邏輯混亂,對(duì)汽車安全是個(gè)較大的隱患,這點(diǎn)也是軟件冗余設(shè)計(jì)無法去除的! 后果嚴(yán)重時(shí),存在車輛剎車失靈,轉(zhuǎn)向助力失效,動(dòng)力缺失等安全問題。 綜上,根據(jù)分析,目前現(xiàn)有典型的新能源汽車的電機(jī)控制器總成,其設(shè)計(jì)布局是不合理的,技術(shù)人員未充分考慮內(nèi)部的EMC電磁兼容因素,雖然其元器件質(zhì)量合格,也會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦蓴_問題而產(chǎn)生的控制紊亂,嚴(yán)重時(shí)車輛失控導(dǎo)致危險(xiǎn)! 所以隨著汽車的智能化,無人駕駛的發(fā)展,對(duì)其控制器提出了更高的要求?。。?特別強(qiáng)調(diào):現(xiàn)有汽車EMC標(biāo)準(zhǔn) 參閱:《GBT 36282-2018 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》https://mp.weixin.qq.com/s/8DuHn0Lhabhl3-OO5VYbzQ 只強(qiáng)調(diào)電機(jī)控制器整體對(duì)外及受外的影響,而沒有涉及到控制器內(nèi)部的EMC要求,是個(gè)很大的缺失,隨著控制器集成的功能越來越多,復(fù)雜性的提高,控制器本身內(nèi)部的emc要求不可或缺,技術(shù)工程師要有足夠的重視。 因此,標(biāo)準(zhǔn)需要完善。 電動(dòng)汽車是個(gè)新鮮事物,各項(xiàng)技術(shù),特別是電控部分還有待成熟,特別是emc,重視不夠,更要仔細(xì)斟酌,以策安全。 目前有些汽車主機(jī)廠花高昂的代價(jià)建立了EMC實(shí)驗(yàn)室,但是由于工程師不了解EMC的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵,基本就是檢測(cè)下電機(jī)控制器外部的各距離點(diǎn)的電磁輻射強(qiáng)度,,而如果內(nèi)部的電磁干擾無法檢測(cè),所建實(shí)驗(yàn)室基本就是一個(gè)高大上的擺設(shè),,,,實(shí)際上,將電磁感應(yīng)探頭深入控制器內(nèi)部,就可看出內(nèi)部的電磁輻射強(qiáng)度的大小。 因此,為了減少內(nèi)部串?dāng)_現(xiàn)象,需要采用隔離措施:控制器的殼體設(shè)置隔離安裝腔,將各部分電路隔離,特別是大功率輸出模塊,更要加強(qiáng)屏蔽措施,使其泄露的電磁波減小到最小。

必要時(shí),在功率模塊的輸出線端加套高頻磁環(huán),以改善波形消除脈沖尖波,并可減少大電流對(duì)功率器件的沖擊,延長(zhǎng)壽命,增加性。如下圖所示:

同時(shí),在關(guān)鍵的控制芯片上加設(shè)屏蔽罩,如下圖所示:

甚至電路板噴涂環(huán)氧保護(hù)漆,增強(qiáng)抗震防潮能力,并增加微小電子元件的散熱。 如下圖所示:

綜上,新能源電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器總成,設(shè)計(jì)安裝時(shí),要求綜合考慮各因素,合理布置安裝,才能消除各種不利因素,控制車輛 更加可靠。 這里需要特別指出的是:目前普遍對(duì)電磁兼容EMC 理解為:電控單元組件不受外界干擾,以及不影響外界兩大概念,這個(gè)是淺顯的認(rèn)識(shí),實(shí)際上,其內(nèi)部的各子系統(tǒng)之間的EMC問題造成的影響更大。特別是強(qiáng)弱電混合的情況,基本的EMC要求如屏蔽與濾波是必要的,否則其他措施都是本末倒置。 目前一些新能能源車的一些問題已經(jīng)顯現(xiàn):有時(shí)失去動(dòng)力,油門無效,剎車回收失靈,以及擋位錯(cuò)亂(混合動(dòng)力車型),待重啟后又回復(fù)正常,售后檢測(cè)無法確定原因,這里可以判斷內(nèi)部的電磁干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作是一個(gè)很大的誘因! 以上只是一個(gè)具體的實(shí)例,電氣控制的安全可靠性的要求牽涉的范圍比較廣,包括電氣的電磁兼容,控制的合理方案,綜合布線,電容電感的合理應(yīng)用等。 所以:作為電氣控制人員,除了數(shù)控電路知識(shí),也需要掌握電磁兼容的相關(guān)的模擬電子技術(shù)知識(shí)技能,甚至要掌握機(jī)械方面知識(shí)或與機(jī)械設(shè)計(jì)人員合作,才能在電氣設(shè)計(jì)中,有更全面的考慮,設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更安全可靠。 總之,電動(dòng)汽車的整車控制器(或電機(jī)控制器)直接影響車輛的行車安全,重要性不言而喻。目前,各主機(jī)廠設(shè)計(jì)上各自為政,特別是最近放寬新能源車的準(zhǔn)入條件后,更應(yīng)擺脫粗放式經(jīng)營(yíng),而轉(zhuǎn)向集約化管理,符合統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范。
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原文標(biāo)題:汽車EMC好文章||車輛控制器的電磁兼容存在的問題及其改進(jìn)

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