某纯电动汽车行车EMC问题分析与整改

彭明桐　王福坚　谢佶宏　黄祖朋　邵杰

摘 要：在汽车电子电器化占比持续上升的趋势下，汽车EMC（电磁兼容性）问题研究越来越成为汽车行业的一大重要方向。本文通过对某纯电动汽车研发过程中一个EMC问题进行逐层分析，定位到根本原因为零件传导发射问题，说明了汽车EMC问题研究的重要性。

关键词：纯电动汽车 整车限速 传导发射 EMC

1 序言

随着纯电动汽车的技术发展，以及政府政策的鼓励，汽车市场上的纯电动汽车份额逐年增长，越来越多的消费者开始信赖纯电动汽车。而纯电动汽车上电子零部件使用情况比传统燃油车更为复杂，再加上智能网联化的发展，车上各种电子部件的协调工作显得更为重要。本文通过对某纯电动汽车的整车限速问题进行分析，说明了纯电动汽车EMC（电磁兼容性）的重要性，在新车型的研发中能够重视EMC的开发工作。

2 问题现象

纯电动汽车上配备有各种ECU（电子控制单元），其中VCU（整车控制器）是整个电子系统的核心控制单元。VCU不仅负责接收驾驶员驾驶意图的指令，还需要对汽车各个零部件工作状态进行监测[1]。整车限速，是指整车出现重要功能故障时，VCU自动将车速限制在一定值以下的一种保护策略。例如当车辆真空泵发生故障，或者整车扭矩超限时，VCU会降低发送到电驱系统的扭矩请求，起到整车限速、保障乘员安全的目的。

某纯电动汽车曾在研发阶段出现过如下限速问题：行车过程中，按下喇叭，车辆报限速故障灯，整车动力瞬间降低，这极可能造成用户日常使用中出现溜坡、追尾等事故，因此，该问题属于影响行车安全的严重问题。

3 初步排查

整车报文数据显示，引起VCU限速策略的直接原因是加速踏板传感器的供电电压异常：该传感器电源电压持续15μs超过5.1V时，会触发VCU整车限速策略。对加速踏板传感器电压进行采集，结果如图1所示：

可以发现，该电压超过5.1V的时间已经达到19μs，因此可以确定加速踏板传感器电源电压持续过高是导致整车限速的直接原因。

4 喇叭的工作原理

该车型使用的电喇叭是机械喇叭，电喇叭还有另一种类型叫电子喇叭。机械喇叭相比电子喇叭，具有结构更简单，成本更低廉的特点，也因此而广泛应用于中低端车型上[2]。

机械喇叭的工作原理如图2所示：

喇叭工作的电压在12—14V，电流在5—6A，当驾驶员按下方向盘上喇叭开关K1发出一个控制信号，低压保险盒的继电器闭合，即图2中的K2，此时缠绕在衔铁和挡铁上的线圈产生电磁场，衔铁受到电磁力作用后，带动膜片向挡铁运动。而运动一定距离后，衔铁的位移会使得触点断开，此时电路中断，电磁场消失，膜片的弹力作用将衔铁复位。而衔铁复位后又导致触点闭合，电路导通，产生的电磁场再次将衔铁拉向挡铁。如此反复循环，造成膜片往返振动，推动声筒内部空气发出鸣笛声。

以上过程中，触点断开的瞬间，线圈中仍储存了较大的能量，这些能量需要得到释放，因此触点间空气会被击穿，产生电弧放电现象。此时，喇叭电源线回路的电压瞬间升高，这种现象称之为电源线瞬态传导发射。通过测量，传导发射电压达到29V左右，如图3所示：

5 整车线束走线分析

EMC问题有三个要素：干扰源，传播路径，敏感设备。喇叭工作时产生的瞬态发射电压，基本可以断定为引起整车限速的干扰源;而敏感设备即加速踏板传感器。

EMC传播路径主要分为辐射和传导两种方式。因为电喇叭安装在车辆前舱，而加速踏板安装在驾驶舱，两者间的车身可以起到屏蔽电磁波的作用，因此，喇叭产生的瞬态电压通过辐射作用干扰到加速踏板传感器电源电压的可能性比较小，而通过整车线束传递干扰的可能性更大。

图4为整车线束部分示意图：

可以发现，喇叭与加速踏板传感器分别接到舱外和舱内车身地（加速踏板传感器电源由VCU提供，地线返还到VCU后通过VCU统一接地到车身），因此由于共地产生干扰的可能性也极小。

考虑到整车线束的复杂性，需要拆下整车线束做仔细排查，同时更换新的整车线束以验证问题是否复现。经过拆解，发现原整车线束相比设计要求上多了三根ESC（车身稳定系统模块）用于给真空泵的真空度传感器信号供电，分别为1根电源线，1根地线，1根信号线，如图5左上角所示：

实际上，真空度传感器的供电已经由VCU提供，因此ESC三根线束并没有装配的必要。同时，更换上没有这三根线束的新整车线束后，车辆限速问题不再复现。

再考虑到真空度传感器和加速踏板传感器都由VCU直接供电，且在VCU内部为同一个电源口，因此可以得到结论：喇叭的干扰电压通过舱外保险盒到达ESC后，再通过多出的三根线束传递到加速踏板传感器电源口，最终触发VCU的整车限速策略;而当ESC的三根线束移除后，喇叭的干扰电压通过前舱保险盒、舱内保险盒传递到VCU时，VCU具备一定的抗干扰能力，可以始终保持输出到真空度传感器、加速踏板传感器的电压为正常状态，从而避免了整车限速问题的发生。

6 整车EMC设计规范

随着纯电动汽车的蓬勃发展，汽车主机厂对EMC问题的关注度也应该逐渐升高，因为纯电动汽车的电气架构更为复杂，对整车电磁环境的要求更为苛刻，EMC风险的识别比传统燃油车显得更为重要。

而随着EMC正向开发技术的发展，以零部件的布置设计规范、整车电源和接地设计规范、整车线束设计规范为主要内容的整车EMC設计规范已经逐渐成熟。例如敏感零件需要尽可能布置于可借助车身屏蔽车外电磁场干扰作用的地方，整车高压零部件不应与低压零部件使用共同接地点，整车敏感线束应该远离大电流线束20cm以上等等。为了减小整车量产后出现EMC问题的风险，各主机厂在整车开发过程中应该遵守整车EMC设计规范。

7 结论

本文通过对某纯电动汽车整车限速问题的分析，阐述了整车EMC问题研究的重要性。实际上，汽车行业上由于EMC设计不良产生的整车问题还很多，比如纯电汽车行驶到变电站附近由于强电场干扰而导致整车电驱系统停止工作，比如倒车影像使用时出现花屏，比如收音机有杂音等，这些问题大概率都属于EMC问题，它们轻则影响用户使用体验，重则影响用户生命安全。因此，为提高汽车产品品质，研究并提升整车EMC性能是一个重要的方向。

参考文献：

[1]宋述铨.纯电动汽车.整车控制器（VCU）研究[J].汽车世界·车辆工程技术，2019，（第17期）.

[2]方丽琴，刘行，杜雨恒，陈倍彬.汽车电喇叭的失效问题分析[J].汽车电器，2020，（第4期）.