電動方程式賽車整車線路絕緣防護和抗電磁騷擾設優化

周華龍

摘 要：長期的研究和測試結果表明，純電動汽車中電機和電機控制器是電動汽車的兩大主要電磁騷擾源，對整車的主控制器和儀表等有很大的電磁兼容性問題，同時提高整車線路的絕緣安全等級可以有效地提高整車的安全性和整車的電器系統使用壽命。為了提高FSAE純電動方程式賽車的電氣系統安全性和可靠性為此進行該項目；本項目主要內容在于在上一屆FSAE純電動賽車的基礎上，從電磁騷擾源、電磁騷擾作用途徑和敏感源三個要素進行分析從軟件和硬件兩方面進行抗電磁騷擾的設計優化；并且依照整車的線束設計要求和原則從機械和電氣兩方面提高整車線路的絕緣防護等級。

關鍵詞：純電動汽車；電磁兼容性；絕緣防護

1 引言

相比于傳統的燃油汽車，純電動汽車對線束的設計和要求更高，由于動力全部由蓄電池提供，因此對于高壓線束的絕緣防護和高壓系統與低壓系統的隔離等有著非常嚴格的要求，同時因為純電動汽車中有著驅動電機和電機控制器這兩大主要的電磁騷擾源在，對于整車的電磁干擾性非常的強，給整車上的很多用電設備和控制線路造成電磁騷擾，使它們功能下降甚至失效。

對于FSAE純電動方程式賽車來說更是如此，由于受技術的限制，在整個賽車的設計上安全性并不是很高，尤其是對于電器系統線束保護這一塊，整個線束只受車架的機械保護，為了提高絕緣安全性需要通過其他的手段，需要對于線束的裸露、固定、連接、防水、安全控制、驅動線束與控制線束的隔離等問題進行一一的處理和設計優化；同時在整個FSAE方程式賽車上電器系統較民用車簡單，電機和電機控制器等電磁騷擾源主要的電磁騷擾對象就是整車控制器和儀表等設備，且整車控制器是整個純電動賽車的核心所在，如果受到電磁干擾嚴重會直接影響到其對于整車的命令控制，嚴重影響到整車的動力性和安全性，硬件方面的干擾會影響整車控制器對于命令的判別，對整車功能造成一定的等級降低，軟件方面的干擾嚴重的直接使程序“跑飛”，使車子“癱瘓”或出現嚴重的交通事故；

2 項目的研究內容

（1）高壓線路連接和裸露

在我們的賽車上使用的高壓在280-410v，在賽車高速跑動的過程中由于負載的過大致使高壓線路的電流過大，最多可達120A，容易在高壓線路的連接和裸露部分出現漏電等故障，嚴重影響整車的安全性以及危機車手的生命安全。因此對于高壓線路的連接和裸露部分需要進行嚴格的絕緣處理，需要用絕緣膠帶進行嚴格規范的密封并且用專業高壓接頭護套進行絕緣保護。

（2）高壓系統與低壓系統的有效隔離

高壓系統和低壓系統進行電流隔離，在初期的線束設計上必須進行高壓線束與低壓線束的有效分塊，使其在電流上隔離，同時在線束設計中不允許出現線束實物中高壓線與低壓線相交的情況，除了電機控制器同時屬于這兩個系統，其他的設備無論是在機械上還是電氣連接上都不能有任何公共節點。

（3）低壓系統線束接插件的選擇

接插件優先選擇雙彈簧式壓緊結構的接插件，可以有效地降低接觸電阻，減少壓降，同時考慮導線的截面積和電流大小選擇合理的接插件，考慮到純電動賽車在雨天行駛的情況，要用防水性護套，并且同一線束的護套要用不同顏色進行區別。

（4）線路易磨損點的防護

在線束易磨損的部位需要進行特別的絕緣防護處理，像線束在過孔或者賽車高速時相對位置變動的地方通過加橡膠件進行過渡，達到耐磨、密封、防水等作用。

（5）線束的固定

根本FSAE純電動賽車的車架特點，線束的固定采用塑料扎帶和扣鉤，將線束固定于車架之上，驅動板和控制板盒子用螺釘固定，各條線束間對接的護套用護套支架集體固定在用塑料扎帶固定于車架之上。

（6）防水防潮防磨處理

整車線束通過先用波紋管進行包扎達到防磨，再在表面用絕緣膠帶纏繞進行防水防潮處理。

（7）屏蔽線的用法

對屏蔽線進行有效地接地，從而最大化的發揮出屏蔽的作用。

（8）線束系統的可控性

在整車線束中設計出安全回路，通過安全回路來實現整車所有用電設備的安全操控，當出現絕緣故障時，可以通過斷開安全回路來達到安全防護的作用；同時在各個重要的線路上加保險絲或易熔線等安全保護裝置，當出現線路絕緣故障漏電、短路等現象時自動進行斷電保護以免出現嚴重的電氣安全事故。

3 擬采取的研究方案

提高汽車的線路的安全性和電氣系統的可靠性是一件十分復雜和繁瑣的事情，需要考慮的細節問題非常的多，前期準備工作較復雜，后期的線束制作較簡單。因此根據FSAE純電動方程式賽車用電設備少，線束復雜程度低的實際情況，我們擬采取的方案是整車線路的絕緣防護設計優化和抗電磁干擾與整車線束設計同步進行，這樣可以在充分考慮了整車線路絕緣防護和抗電磁干擾措施之后再進行線束的設計，之后再進行優化反饋形成閉環的設計流程，從而提高設計優化的效率；要完成此項目，需要完成的工作有這幾個方面：

搜集有關整車線路絕緣防護和抗電磁干擾方面的資料和書籍進行學習，研究此項目有關內容，針對FSAE純電動方程式賽車的實際情況分析提出優化整車絕緣防護和抗電磁干擾的措施，并且詳細的記錄。

參照《中國大學生方程式汽車大賽規則》設計線束原理圖，在此階段要充分考慮之前提出的措施，要在電路原理圖的設計中加入電磁兼容性問題，根據整車控制器受干擾的耦合路徑在整車控制板和整車驅動板上設計抗電磁騷擾電路。優化整車控制程序，進行軟件抗電磁騷擾設計，防止程序受干擾“跑飛”。

制作新的線束實物，首先在學校的臺架實驗室中驗證新的線束的正確性，檢驗運用了抗電磁騷擾措施后，各個用電設備和整車控制的工作情況，并記錄所遇的問題，進行反饋重新設計優化，直到基本上達到整車電磁兼容。

再將整車線束布置在新一屆的方程式賽車車架上，在布置過程中要充分的實施之設計優化所提出的措施，并記錄所遇問題，進行反饋重新設計優化，直到所有措施能完整的實施。

世界發達國家以及很多大的汽車制造商都很重視汽車的絕緣防護和電磁兼容性的研究，制定了很多的國家標準和行業標準，并且開展了很多有關這兩方面的研究，在汽車設計的初期就充分的考慮了對于整車線路的絕緣防護和電磁兼容性。同時，在這方面我國相對比較落后，但也制動相應的標準，并且建立了一些有關整車線路絕緣防護和電磁兼容性的測試基地。

總的來說，對于FSAE純電動方程式賽車有關整車線路絕緣防護和抗電磁干擾的研究具有非常重要的積極意義，此項目對于整個賽車安全性和可靠性有著極大的促進作用和實際的運用價值。