真空泵控制器EMC 試驗測試布置設計

潘亞寧

（國機智駿汽車有限公司，北京 100000）

1 前言

隨著社會對全球可再生資源危機意識的不斷提高，純電動汽車在我們生活中越來越普遍，全面提倡節能減排，綠色出行。自2019年國家強制性實施國VI排放標準后，更加速了新能源汽車的發展，新能源汽車的普及將是社會發展的必然產物。

純電動汽車的制動助力系統一般采用真空助力形式。由于控制系統的硬件電路隨機故障，或者數據總線傳遞的非意圖制動指令，或者踏板行程傳感器信號故障導致控制策略發出非意圖制動指令等系統的失效模態，都會危及汽車的行駛安全，因此對于實現電動制動助力系統的安全目標以及設計有效可靠的安全機制都面臨著極大挑戰。真空泵控制器作為電動真空泵助力系統的核心器件，所以在汽車試驗過程中，為了保證其運行的安全可靠性，真空泵控制器的EMC性能測試必不可少。零部件的EMC性能是主機廠選擇供應商的重要指標，其性能的好壞直接影響到客戶對汽車品牌的選擇。

2 電動真空助力系統組成及工作原理

電動真空助力系統由真空泵、真空罐、真空泵控制器/傳感器、真空助力器、真空軟管以及14V電源等組成。其工作過程為：當駕駛員啟動汽車時，車輛電源接通，控制器開始進行系統自檢，如果真空罐內的真空度小于設定值，真空罐內的真空壓力傳感器輸出相應電壓信號至控制器，此時控制器控制真空泵開始工作，啟動抽氣；當真空度達到設定值后，真空壓力傳感器輸出相應電壓信號至控制器，此時控制器控制真空泵，停止抽氣。當真空罐內的真空度因制動消耗，真空度小于設定值時，電動真空泵再次開始工作，如此循環。

3 電磁兼容測試及臺架設計要求

真空罐總成上配置了真空泵控制器和傳感器，應當滿足整車廠對其約定的電磁兼容性能指標，以消除因電磁干擾導致信號失真或電子元件損壞等故障。本案例中的被測件是真空泵控制器，總共需要進行6項EMC測試，其中發射類2項，包括輻射發射和傳導發射；抗擾類4項，包括瞬態傳導抗擾、輻射抗擾、大電流注入和靜電放電。

以輻射發射為例，為確定真空泵控制器的騷擾特性，應使其處于正常工作狀態且持續運行。因電動真空助力系統屬于間歇式的工作模式，單次工作時長小于測試時長，就會導致有效測試數據缺失，不能滿足0.15MHz～2.5GHz全頻段測試要求，無法完整地反映騷擾特性，并且測試全過程必須避免真空泵運行產生的騷擾；以輻射抗擾為例，需要觀察負載的電壓和電流變化值來判斷控制器是否滿足抗擾要求。

本次設計要求既能滿足真空泵控制器處于持續工作的典型狀態，又能排除輻射發射測試時真空泵對測試數據的干擾，并且滿足抗擾測試過程實時監控參數變化的目的。

4 試驗臺架設計方案

4.1 單向閥的應用

單向閥作為真空泵氣體通斷的關鍵部件，作用是只允許介質向一個方向流動，而且阻止反方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的氣體壓力作用下，閥瓣打開；氣體反方向流動時，由氣體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動。

本次試驗臺架我們使用單向閥代替真空助力器與真空罐連接，根據試驗需要通過插拔單向閥，調節真空罐內的壓力始終保持正常大氣壓狀態，間接達到真空泵控制器持續工作的目的。如圖1所示。

圖1 安裝示意圖

4.2 電子模擬器的應用

本次試驗臺架的試驗要求是：①輻射發射測試：被測件需連接真實負載或模擬負載來模擬真空泵控制器在整車環境下的工作狀態，且該負載本身運行時不能對測試環境產生任何干擾。②輻射抗擾：在試驗過程中需要能夠實時測量顯示負載的運行電流、電壓值大小，以便記錄異常情況下的抗擾測試等級、出現異常時的頻率段等信息。因為真空泵本身就屬于電機類產品，在屏蔽室內作為負載運行時肯定會產生輻射干擾，導致真空泵控制器輻射發射測試數據不夠準確，所以真空泵不能作為負載出現在屏蔽室內。

綜合各方面考慮因素，選擇電子模擬器（圖2）作為真空泵控制器的模擬負載。主要是因為：①電子模擬器放置在屏蔽室外，通過同軸屏蔽電纜與真空泵控制器連接，很好地屏蔽了測試環境中的干擾因素；②電子模擬器不僅能夠提供電壓輸入，同時還能夠實時測量電路中的電流值，在輻射抗擾測試時，非常快速直觀地識別異常情況的變動。

圖2 電子模擬器

5 試驗布置實施過程

1）非工作狀態：將真空助力制動系統與14V電源斷開，由單向閥代替真空助力器與真空罐直接連接，此時可確保真空罐與外界大氣壓隔絕，此時真空罐處于正常大氣壓，控制器未工作。如圖3所示。

圖3 非工作狀態

2）制動狀態：接通14V電源，制動系統上電連接，此時真空泵控制器開始進行系統自檢。檢測真空罐內的真空度小于設定值，真空罐內的真空壓力傳感器輸出相應電壓信號至控制器，控制器開始控制電動真空泵開始工作，啟動抽氣。真空度達到設定值后，真空壓力傳感器輸出相應電壓信號至控制器，控制器控制真空泵停止工作，停止抽氣，此時真空罐處于負壓狀態，控制器暫停工作。如圖4所示。

圖4 制動狀態

3）停止制動：斷開真空泵與真空泵控制器之間的連接線，由屏蔽室外的電子模擬通過同軸屏蔽電纜與控制器連接，代替真空泵作為制動系統的負載。目的是為了排除真空泵運行時對測試環境產生的干擾。此時真空罐處于負壓狀態，控制器暫停工作。如圖5所示。

圖5 停止狀態

4）試驗狀態：拔掉單向閥，此時真空罐與外界相通，控制器內的壓力傳感器會檢測到真空罐的壓力由原來的負壓變化為正常大氣壓力，此時真空泵控制器開始工作。由于此時真空泵已經與控制器斷開，所以就沒有執行元件給真空罐抽真空，則真空罐一直處于正常大氣壓狀態下，控制器則持續工作。如圖6所示。

圖6 試驗狀態

6 結論

通過對真空泵控制器試驗臺架的研究，結合現場試驗的實際需求，成功設計出真空泵控制器EMC試驗臺架。該臺架經過多次試驗驗證后，試驗數據準確，滿足EMC試驗測試要求。目前該試驗臺架已經應用到多款車型的真空泵EMC測試中，并很好地完成EMC試驗任務，為設計研發驗證提供了準確的數據支持。