某純電動汽車行車EMC問題分析與整改

彭明桐　王福堅　謝佶宏　黃祖朋　邵杰

摘 要：在汽車電子電器化占比持續上升的趨勢下，汽車EMC（電磁兼容性）問題研究越來越成為汽車行業的一大重要方向。本文通過對某純電動汽車研發過程中一個EMC問題進行逐層分析，定位到根本原因為零件傳導發射問題，說明了汽車EMC問題研究的重要性。

關鍵詞：純電動汽車 整車限速 傳導發射 EMC

1 序言

隨著純電動汽車的技術發展，以及政府政策的鼓勵，汽車市場上的純電動汽車份額逐年增長，越來越多的消費者開始信賴純電動汽車。而純電動汽車上電子零部件使用情況比傳統燃油車更為復雜，再加上智能網聯化的發展，車上各種電子部件的協調工作顯得更為重要。本文通過對某純電動汽車的整車限速問題進行分析，說明了純電動汽車EMC（電磁兼容性）的重要性，在新車型的研發中能夠重視EMC的開發工作。

2 問題現象

純電動汽車上配備有各種ECU（電子控制單元），其中VCU（整車控制器）是整個電子系統的核心控制單元。VCU不僅負責接收駕駛員駕駛意圖的指令，還需要對汽車各個零部件工作狀態進行監測[1]。整車限速，是指整車出現重要功能故障時，VCU自動將車速限制在一定值以下的一種保護策略。例如當車輛真空泵發生故障，或者整車扭矩超限時，VCU會降低發送到電驅系統的扭矩請求，起到整車限速、保障乘員安全的目的。

某純電動汽車曾在研發階段出現過如下限速問題：行車過程中，按下喇叭，車輛報限速故障燈，整車動力瞬間降低，這極可能造成用戶日常使用中出現溜坡、追尾等事故，因此，該問題屬于影響行車安全的嚴重問題。

3 初步排查

整車報文數據顯示，引起VCU限速策略的直接原因是加速踏板傳感器的供電電壓異常：該傳感器電源電壓持續15μs超過5.1V時，會觸發VCU整車限速策略。對加速踏板傳感器電壓進行采集，結果如圖1所示：

可以發現，該電壓超過5.1V的時間已經達到19μs，因此可以確定加速踏板傳感器電源電壓持續過高是導致整車限速的直接原因。

4 喇叭的工作原理

該車型使用的電喇叭是機械喇叭，電喇叭還有另一種類型叫電子喇叭。機械喇叭相比電子喇叭，具有結構更簡單，成本更低廉的特點，也因此而廣泛應用于中低端車型上[2]。

機械喇叭的工作原理如圖2所示：

喇叭工作的電壓在12—14V，電流在5—6A，當駕駛員按下方向盤上喇叭開關K1發出一個控制信號，低壓保險盒的繼電器閉合，即圖2中的K2，此時纏繞在銜鐵和擋鐵上的線圈產生電磁場，銜鐵受到電磁力作用后，帶動膜片向擋鐵運動。而運動一定距離后，銜鐵的位移會使得觸點斷開，此時電路中斷，電磁場消失，膜片的彈力作用將銜鐵復位。而銜鐵復位后又導致觸點閉合，電路導通，產生的電磁場再次將銜鐵拉向擋鐵。如此反復循環，造成膜片往返振動，推動聲筒內部空氣發出鳴笛聲。

以上過程中，觸點斷開的瞬間，線圈中仍儲存了較大的能量，這些能量需要得到釋放，因此觸點間空氣會被擊穿，產生電弧放電現象。此時，喇叭電源線回路的電壓瞬間升高，這種現象稱之為電源線瞬態傳導發射。通過測量，傳導發射電壓達到29V左右，如圖3所示：

5 整車線束走線分析

EMC問題有三個要素：干擾源，傳播路徑，敏感設備。喇叭工作時產生的瞬態發射電壓，基本可以斷定為引起整車限速的干擾源;而敏感設備即加速踏板傳感器。

EMC傳播路徑主要分為輻射和傳導兩種方式。因為電喇叭安裝在車輛前艙，而加速踏板安裝在駕駛艙，兩者間的車身可以起到屏蔽電磁波的作用，因此，喇叭產生的瞬態電壓通過輻射作用干擾到加速踏板傳感器電源電壓的可能性比較小，而通過整車線束傳遞干擾的可能性更大。

圖4為整車線束部分示意圖：

可以發現，喇叭與加速踏板傳感器分別接到艙外和艙內車身地（加速踏板傳感器電源由VCU提供，地線返還到VCU后通過VCU統一接地到車身），因此由于共地產生干擾的可能性也極小。

考慮到整車線束的復雜性，需要拆下整車線束做仔細排查，同時更換新的整車線束以驗證問題是否復現。經過拆解，發現原整車線束相比設計要求上多了三根ESC（車身穩定系統模塊）用于給真空泵的真空度傳感器信號供電，分別為1根電源線，1根地線，1根信號線，如圖5左上角所示：

實際上，真空度傳感器的供電已經由VCU提供，因此ESC三根線束并沒有裝配的必要。同時，更換上沒有這三根線束的新整車線束后，車輛限速問題不再復現。

再考慮到真空度傳感器和加速踏板傳感器都由VCU直接供電，且在VCU內部為同一個電源口，因此可以得到結論：喇叭的干擾電壓通過艙外保險盒到達ESC后，再通過多出的三根線束傳遞到加速踏板傳感器電源口，最終觸發VCU的整車限速策略;而當ESC的三根線束移除后，喇叭的干擾電壓通過前艙保險盒、艙內保險盒傳遞到VCU時，VCU具備一定的抗干擾能力，可以始終保持輸出到真空度傳感器、加速踏板傳感器的電壓為正常狀態，從而避免了整車限速問題的發生。

6 整車EMC設計規范

隨著純電動汽車的蓬勃發展，汽車主機廠對EMC問題的關注度也應該逐漸升高，因為純電動汽車的電氣架構更為復雜，對整車電磁環境的要求更為苛刻，EMC風險的識別比傳統燃油車顯得更為重要。

而隨著EMC正向開發技術的發展，以零部件的布置設計規范、整車電源和接地設計規范、整車線束設計規范為主要內容的整車EMC設計規范已經逐漸成熟。例如敏感零件需要盡可能布置于可借助車身屏蔽車外電磁場干擾作用的地方，整車高壓零部件不應與低壓零部件使用共同接地點，整車敏感線束應該遠離大電流線束20cm以上等等。為了減小整車量產后出現EMC問題的風險，各主機廠在整車開發過程中應該遵守整車EMC設計規范。

7 結論

本文通過對某純電動汽車整車限速問題的分析，闡述了整車EMC問題研究的重要性。實際上，汽車行業上由于EMC設計不良產生的整車問題還很多，比如純電汽車行駛到變電站附近由于強電場干擾而導致整車電驅系統停止工作，比如倒車影像使用時出現花屏，比如收音機有雜音等，這些問題大概率都屬于EMC問題，它們輕則影響用戶使用體驗，重則影響用戶生命安全。因此，為提高汽車產品品質，研究并提升整車EMC性能是一個重要的方向。

參考文獻：

[1]宋述銓.純電動汽車.整車控制器（VCU）研究[J].汽車世界·車輛工程技術，2019，（第17期）.

[2]方麗琴，劉行，杜雨恒，陳倍彬.汽車電喇叭的失效問題分析[J].汽車電器，2020，（第4期）.