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混合动力汽车在前期设计阶段整改案例

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发布:liuxianglong 来源: 电子说
PostTime:12-5-2018 17:15
近年来的新能源混合动力汽车技术已经逐渐成熟化、商业化,在为国家节能减排的同时,也带来各种电磁兼容问题

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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1、合作背景 

近年来的新能源混合动力汽车技术已经逐渐成熟化、商业化,在为国家节能减排的同时,也带来各种电磁兼容问题,特别是混合动力新增加的大电流、高电压零部件的应用,给国内众多混合动力汽车厂家解决电磁兼容问题带来了很大的难题,从EMC的角度分析,汽车内庞大的电子系统必将带来复杂的电磁环境,降低系统的可靠性,增加安全系统的成本。为使汽车电子系统可靠工作,同时降低成本,应当更加重视电磁兼容的设计。

由于某整车厂混合动力汽车在前期设计阶段没有考虑EMC方面的设计,同时各个零部件厂家自身设计能力的不足,单个部件也不能够满足要求,因此整车在进行EMC测试阶段,也不可避免地遇到不能够满足标准GB 18655和GB/T 18387要求,并且超标严重。 

2、项目原始测试数据

在项目整改之前,我们对于原始测试数据进行分析,发现整个GB 18655的测试频段0.15-1000MHz比较严重,以下为GB 18655标准超标数据(低频0.15-30MHz): 

汽车零部件,混合动力

汽车零部件,混合动力

以下为GB/T 18387标准超标数据(0.15-30MHz)磁场测试数据超标图:

汽车零部件,混合动力

以下为GB/T 18387标准超标数据(0.15-30MHz)电场数据测试超标图:

汽车零部件,混合动力

3、干扰问题分析

从以上测试超标的数据来分析,整车车上主要存在的噪声源为以下两种类型:

1)、低频属于宽带噪声,主要为功率电源或者宽带噪声源所发出;

2)、高频窄带超标频点为固定频率,应该为车体控制单元内部的时钟晶振频率所产生; 再从干扰源以及耦合途径可能来自以下几个方面 :

1)、整车各个零部件是干扰的源头,这类干扰类型分为持续性干扰以及短时性干扰,其中持续性干扰以功率电源模块以及持续工作的电机为代表,而短时干扰主要以电火花系统为代表;对于干扰源的定位可以通过上电以及相关仪器进行定位;

2)、干扰途径A:零部件自身干扰比较大,自身通过空间辐射发射出来,然后由车载收音机天线接收到而表现出来超标;

3)、干扰途径B:零部件是干扰源头,但干扰通过与零部件相连的电缆线束辐射发射出来,线束作为发射天线;

4)、干扰途径C:A以及B这两种途径都兼而有之。实际很有可能就是这种情况,需要一些实验定位分析;

综合上述分析的干扰类型以及干扰耦合途径的分析,因此后续解决这类干扰的主要方法和手段有以下几个方面:

1)、降低干扰源发射的能量,即降低各个零部件对外的干扰能量;

2)、切断干扰源与敏感设备之间的耦合;

3)、提高敏感设备的抗干扰能力;

在针对整车各个零部件进行了解详细了解和分析以后,对整车主要零部件噪声源进行分类 :

1)、宽带噪声源:高压电池、驱动电机、电机动力控制器、DC/DC供电系统、仪表盘、液压助力转向控制、车窗电机控制系统、发动机散热风机、混合动力散热风机等;  

2)、窄带噪声源:车身控制器、车载CD机、倒车雷达控制器、汽车空调控制器、防盗控制系统、刹车控制器、发动机控制、安全气囊控制器、混合动力控制器等; 

4、整改主要问题部件

通过一系列对整车零部件的问题排查和干扰问题分类,对于主要的问题零部件进行了一系列的问题整改,其中主要整改的干扰源头部件包含:DC-DC电源模块、驱动电机、电机动力控制器、发动机散热风机、混合动力控制器等;

针对各个部件主要的实施的措施如下:

1)、DC-DC电源模块部件整改措施

<1>.DC-DC内部接口输出电源增加滤波电容线线之间增加滤波电容,用来抑制低频开关电源的干扰; 

汽车零部件,混合动力

<2>.DC-DC的高压输入电源在最靠近接口位置的两个对地Y电容去掉,用来减少内部干扰通过电容

对外的干扰耦合;

汽车零部件,混合动力

<3>.DC-DC内部变压器初次级的地通过电容相连,减少开关电源的干扰回路面积,降低其对外的干

扰能量;

汽车零部件,混合动力

2)、混合动力电机驱动控制器整改措施

<1>、混合动力电机驱动控制器输出的三组U、V、W动力电缆在靠近接口处增加滤波器件,用来抑制开关电源模块对外的干扰能量; 

汽车零部件,混合动力

<2>、混合动力电机驱动控制器与高压电池连接的电源电缆正负极分别对地需要增加电容,以及正负极之间增加电容,用来抑制其对外的低频干扰;

汽车零部件,混合动力

3)、散热风机整改措施

<1>、散热风机的电源正极对地需要增加滤波电容,用来抑制风机对外的低频干扰;

<2>、散热风机的控制信号线对地也需要增加滤波电容,用来抑制风机对外的低频干扰;

汽车零部件,混合动力

4)、整车仪表盘整改措施

1、在仪表盘的电机驱动控制信号、电源信号位置增加对地滤波电容,用来对地泄放干扰,用来抑制线束对外的干扰;

汽车零部件,混合动力

5)、混合动力车整改后验证结果

在整车通过一些列针对各个干扰源零部件的整改,其中整改主要针对零部件内部干扰源头以及外围相应的信号、电源电缆的一系列处理,整车最终能够顺利满足相关标准GB 18655和GB/T 18387要求,其中GB 18655最终验证测试结果如下:

汽车零部件,混合动力

汽车零部件,混合动力

GB/T 18387最终验证测试结果如下:

汽车零部件,混合动力

5、总结

对于整车复杂系统项目的整改,由于零部件种类和干扰源头非常多,因此需要一一区别对待和排查,总结以下结论:

1、要保证整车满足标准要求,必须考虑各个零部件满足相关部件电磁兼容指标;

2、对于各个干扰部件需要通过整车的不同工作模式逐步排查,确定各个部件对于哪些频段有影响,然后针对各个部件所产生不同的问题进行不同的处理方法;

3、确定干扰源头,从源头内部的PCB以及原理图设计考虑其整改方法,尽量考虑其后续的可生产性; 

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