电动方程式赛车整车线路绝缘防护和抗电磁骚扰设优化

周华龙

摘 要：长期的研究和测试结果表明，纯电动汽车中电机和电机控制器是电动汽车的两大主要电磁骚扰源，对整车的主控制器和仪表等有很大的电磁兼容性问题，同时提高整车线路的绝缘安全等级可以有效地提高整车的安全性和整车的电器系统使用寿命。为了提高FSAE纯电动方程式赛车的电气系统安全性和可靠性为此进行该项目；本项目主要内容在于在上一届FSAE纯电动赛车的基础上，从电磁骚扰源、电磁骚扰作用途径和敏感源三个要素进行分析从软件和硬件两方面进行抗电磁骚扰的设计优化；并且依照整车的线束设计要求和原则从机械和电气两方面提高整车线路的绝缘防护等级。

关键词：纯电动汽车；电磁兼容性；绝缘防护

1 引言

相比于传统的燃油汽车，纯电动汽车对线束的设计和要求更高，由于动力全部由蓄电池提供，因此对于高压线束的绝缘防护和高压系统与低压系统的隔离等有着非常严格的要求，同时因为纯电动汽车中有着驱动电机和电机控制器这两大主要的电磁骚扰源在，对于整车的电磁干扰性非常的强，给整车上的很多用电设备和控制线路造成电磁骚扰，使它们功能下降甚至失效。

对于FSAE纯电动方程式赛车来说更是如此，由于受技术的限制，在整个赛车的设计上安全性并不是很高，尤其是对于电器系统线束保护这一块，整个线束只受车架的机械保护，为了提高绝缘安全性需要通过其他的手段，需要对于线束的裸露、固定、连接、防水、安全控制、驱动线束与控制线束的隔离等问题进行一一的处理和设计优化；同时在整个FSAE方程式赛车上电器系统较民用车简单，电机和电机控制器等电磁骚扰源主要的电磁骚扰对象就是整车控制器和仪表等设备，且整车控制器是整个纯电动赛车的核心所在，如果受到电磁干扰严重会直接影响到其对于整车的命令控制，严重影响到整车的动力性和安全性，硬件方面的干扰会影响整车控制器对于命令的判别，对整车功能造成一定的等级降低，软件方面的干扰严重的直接使程序“跑飞”，使车子“瘫痪”或出现严重的交通事故；

2 项目的研究内容

（1）高压线路连接和裸露

在我们的赛车上使用的高压在280-410v，在赛车高速跑动的过程中由于负载的过大致使高压线路的电流过大，最多可达120A，容易在高压线路的连接和裸露部分出现漏电等故障，严重影响整车的安全性以及危机车手的生命安全。因此对于高压线路的连接和裸露部分需要进行严格的绝缘处理，需要用绝缘胶带进行严格规范的密封并且用专业高压接头护套进行绝缘保护。

（2）高压系统与低压系统的有效隔离

高压系统和低压系统进行电流隔离，在初期的线束设计上必须进行高压线束与低压线束的有效分塊，使其在电流上隔离，同时在线束设计中不允许出现线束实物中高压线与低压线相交的情况，除了电机控制器同时属于这两个系统，其他的设备无论是在机械上还是电气连接上都不能有任何公共节点。

（3）低压系统线束接插件的选择

接插件优先选择双弹簧式压紧结构的接插件，可以有效地降低接触电阻，减少压降，同时考虑导线的截面积和电流大小选择合理的接插件，考虑到纯电动赛车在雨天行驶的情况，要用防水性护套，并且同一线束的护套要用不同颜色进行区别。

（4）线路易磨损点的防护

在线束易磨损的部位需要进行特别的绝缘防护处理，像线束在过孔或者赛车高速时相对位置变动的地方通过加橡胶件进行过渡，达到耐磨、密封、防水等作用。

（5）线束的固定

根本FSAE纯电动赛车的车架特点，线束的固定采用塑料扎带和扣钩，将线束固定于车架之上，驱动板和控制板盒子用螺钉固定，各条线束间对接的护套用护套支架集体固定在用塑料扎带固定于车架之上。

（6）防水防潮防磨处理

整车线束通过先用波纹管进行包扎达到防磨，再在表面用绝缘胶带缠绕进行防水防潮处理。

（7）屏蔽线的用法

对屏蔽线进行有效地接地，从而最大化的发挥出屏蔽的作用。

（8）线束系统的可控性

在整车线束中设计出安全回路，通过安全回路来实现整车所有用电设备的安全操控，当出现绝缘故障时，可以通过断开安全回路来达到安全防护的作用；同时在各个重要的线路上加保险丝或易熔线等安全保护装置，当出现线路绝缘故障漏电、短路等现象时自动进行断电保护以免出现严重的电气安全事故。

3 拟采取的研究方案

提高汽车的线路的安全性和电气系统的可靠性是一件十分复杂和繁琐的事情，需要考虑的细节问题非常的多，前期准备工作较复杂，后期的线束制作较简单。因此根据FSAE纯电动方程式赛车用电设备少，线束复杂程度低的实际情况，我们拟采取的方案是整车线路的绝缘防护设计优化和抗电磁干扰与整车线束设计同步进行，这样可以在充分考虑了整车线路绝缘防护和抗电磁干扰措施之后再进行线束的设计，之后再进行优化反馈形成闭环的设计流程，从而提高设计优化的效率；要完成此项目，需要完成的工作有这几个方面：

搜集有关整车线路绝缘防护和抗电磁干扰方面的资料和书籍进行学习，研究此项目有关内容，针对FSAE纯电动方程式赛车的实际情况分析提出优化整车绝缘防护和抗电磁干扰的措施，并且详细的记录。

参照《中国大学生方程式汽车大赛规则》设计线束原理图，在此阶段要充分考虑之前提出的措施，要在电路原理图的设计中加入电磁兼容性问题，根据整车控制器受干扰的耦合路径在整车控制板和整车驱动板上设计抗电磁骚扰电路。优化整车控制程序，进行软件抗电磁骚扰设计，防止程序受干扰“跑飞”。

制作新的线束实物，首先在学校的台架实验室中验证新的线束的正确性，检验运用了抗电磁骚扰措施后，各个用电设备和整车控制的工作情况，并记录所遇的问题，进行反馈重新设计优化，直到基本上达到整车电磁兼容。

再将整车线束布置在新一届的方程式赛车车架上，在布置过程中要充分的实施之设计优化所提出的措施，并记录所遇问题，进行反馈重新设计优化，直到所有措施能完整的实施。

世界发达国家以及很多大的汽车制造商都很重视汽车的绝缘防护和电磁兼容性的研究，制定了很多的国家标准和行业标准，并且开展了很多有关这两方面的研究，在汽车设计的初期就充分的考虑了对于整车线路的绝缘防护和电磁兼容性。同时，在这方面我国相对比较落后，但也制动相应的标准，并且建立了一些有关整车线路绝缘防护和电磁兼容性的测试基地。

总的来说，对于FSAE纯电动方程式赛车有关整车线路绝缘防护和抗电磁干扰的研究具有非常重要的积极意义，此项目对于整个赛车安全性和可靠性有着极大的促进作用和实际的运用价值。