VCU的電磁兼容存在的問題及其改進完善措施

專題：目前電動汽車的車輛控制器——VCU的電磁兼容存在的問題及其改進完善措施

序：最近經(jīng)常經(jīng)?？吹接?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/293/" target="_blank">新能源車失控車禍的新聞。排除人為誤操作因素，車輛控制單元VCU的不穩(wěn)定也是一大因素。 電動汽車的電機控制器包括IPM及其控制電路，是電動汽車的核心部件。同時隨著集成的功能增多——包括車輛操控信號的處理與輸出，DC-DC模塊及空調(diào)，水泵等驅(qū)動功能組件，從而形成整車控制單元（VCU），是整個車輛的主要控制電氣部件。 由于屬電氣產(chǎn)品，除了軟件設(shè)計——功能齊全外，其內(nèi)部的電磁兼容EMC非常重要?。。√幚聿缓?，會造成車輛控制不穩(wěn)定。勿要認為控制器是金屬外殼，有屏蔽效果，那只是對外。

VCU——也稱電機控制器總成 關(guān)鍵還是控制器內(nèi)部各諸元間EMC問題。首先就是內(nèi)部的強弱電混裝不隔離，會造成強電的干擾使得控制信號不穩(wěn)，邏輯錯亂，后果嚴重時，存在車輛剎車失靈，轉(zhuǎn)向助力失效，動力缺失等安全問題。
上述問題還不能檢測出來。 為了車輛行駛的安全性，這就需要整個電氣系統(tǒng)非?？煽?，除了硬件設(shè)計包括元器件質(zhì)量及軟件控制要做到合理，同時內(nèi)部的電磁抗干擾也是需要特別注意的地方。即，vcu電路原理設(shè)計好后，其安裝布置顯得非常重要，不能隨便強弱電混裝而不采取隔離措施，這點很容易被技術(shù)人員忽視。 對于現(xiàn)有國產(chǎn)新能源汽車的VCU的設(shè)計及內(nèi)部安裝布置情況， 我們做個具體進行分析：—— 存在什么問題： 以某知名汽車廠商新能源車的VCU總成為例，進行拆解分析----內(nèi)部也集成其他的控制部分，形成一個總控制單元。我們來分析下，存在那些問題：（此為通用的基礎(chǔ)性問題，與具體車型無關(guān)）

底部

整個控制器密閉 一個金屬殼內(nèi)，可謂金玉其外！

拆開，是不是敗絮其中呢？我們進行詳細分析 整個電路封閉在鋁殼里，可防外界干擾及減少對外部的干擾，這也符合常規(guī)初步的兼容——EMC的要求，貌似沒問題。 但是，其內(nèi)部也存在EMC的問題——各控制諸元之間互相干擾嚴重，會產(chǎn)生控制紊亂，從而影響車輛的可靠運行。 如上圖所示：上下兩層電路板，中間沒有電磁隔離，且元器件裸露，很容易相互干擾。特別是有功率器件的情況。 這點，電氣工程師經(jīng)常忽視，沒有意識到其危害性。

三相直流電機的輸出電流很大，而且不是正弦波，諧波干擾非常嚴重 上圖：強電與控制弱電沒有隔離，還挨得較近，，，三相直流電機的輸入輸出電流電壓很大，還含有豐富的諧波，發(fā)射出去會嚴重干擾控制芯片的信號，造成控制不穩(wěn)。（三個接線柱也未作倒圓除銳處理）。 會對控制產(chǎn)生隨機錯誤——出現(xiàn)問題而無法檢測。 ·

各芯片裸露在外，未采取任何防護措施，如屏蔽，涂覆保護漆等 另外，主控芯片及其他相關(guān)控制芯片裸露在外，未加屏蔽措施，

DC-DC電源變換電路，諧波豐富，會對周邊控制單元造成干擾 同樣，上圖的電源變換的逆變電路也會產(chǎn)生諧波干擾。 以上更兼控制器外殼為密閉金屬，形成微波爐效應(yīng)，工作時可以想象內(nèi)部的電磁環(huán)境有多惡劣！??！ 其內(nèi)部的功率器件由于是工作在開關(guān)狀態(tài)，會形成大量的高階次諧波，而無法向外發(fā)散，干擾內(nèi)部附近的控制電路，造成邏輯混亂，對汽車安全是個較大的隱患，這點也是軟件冗余設(shè)計無法去除的！ 后果嚴重時，存在車輛剎車失靈，轉(zhuǎn)向助力失效，動力缺失等安全問題。 綜上，根據(jù)分析，目前現(xiàn)有典型的新能源汽車的電機控制器總成，其設(shè)計布局是不合理的，技術(shù)人員未充分考慮內(nèi)部的EMC電磁兼容因素，雖然其元器件質(zhì)量合格，也會出現(xiàn)因為干擾問題而產(chǎn)生的控制紊亂，嚴重時車輛失控導致危險！ 所以隨著汽車的智能化，無人駕駛的發(fā)展，對其控制器提出了更高的要求?。。?特別強調(diào)：現(xiàn)有汽車EMC標準 參閱：《GBT 36282-2018 電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗方法》https://mp.weixin.qq.com/s/8DuHn0Lhabhl3-OO5VYbzQ 只強調(diào)電機控制器整體對外及受外的影響，而沒有涉及到控制器內(nèi)部的EMC要求，是個很大的缺失，隨著控制器集成的功能越來越多，復(fù)雜性的提高，控制器本身內(nèi)部的emc要求不可或缺，技術(shù)工程師要有足夠的重視。 因此，標準需要完善。 電動汽車是個新鮮事物，各項技術(shù)，特別是電控部分還有待成熟，特別是emc，重視不夠，更要仔細斟酌，以策安全。 目前有些汽車主機廠花高昂的代價建立了EMC實驗室，但是由于工程師不了解EMC的實質(zhì)內(nèi)涵，基本就是檢測下電機控制器外部的各距離點的電磁輻射強度，，而如果內(nèi)部的電磁干擾無法檢測，所建實驗室基本就是一個高大上的擺設(shè)，，，，實際上，將電磁感應(yīng)探頭深入控制器內(nèi)部，就可看出內(nèi)部的電磁輻射強度的大小。 因此，為了減少內(nèi)部串擾現(xiàn)象，需要采用隔離措施：控制器的殼體設(shè)置隔離安裝腔，將各部分電路隔離，特別是大功率輸出模塊，更要加強屏蔽措施，使其泄露的電磁波減小到最小。

必要時，在功率模塊的輸出線端加套高頻磁環(huán)，以改善波形消除脈沖尖波，并可減少大電流對功率器件的沖擊，延長壽命，增加性。如下圖所示：

同時，在關(guān)鍵的控制芯片上加設(shè)屏蔽罩，如下圖所示：

甚至電路板噴涂環(huán)氧保護漆，增強抗震防潮能力，并增加微小電子元件的散熱。 如下圖所示：

綜上，新能源電動汽車的電機控制器總成，設(shè)計安裝時，要求綜合考慮各因素，合理布置安裝，才能消除各種不利因素，控制車輛 更加可靠。 這里需要特別指出的是：目前普遍對電磁兼容EMC 理解為：電控單元組件不受外界干擾，以及不影響外界兩大概念，這個是淺顯的認識，實際上，其內(nèi)部的各子系統(tǒng)之間的EMC問題造成的影響更大。特別是強弱電混合的情況，基本的EMC要求如屏蔽與濾波是必要的，否則其他措施都是本末倒置。 目前一些新能能源車的一些問題已經(jīng)顯現(xiàn)：有時失去動力，油門無效，剎車回收失靈，以及擋位錯亂（混合動力車型），待重啟后又回復(fù)正常，售后檢測無法確定原因，這里可以判斷內(nèi)部的電磁干擾導致誤動作是一個很大的誘因！ 以上只是一個具體的實例，電氣控制的安全可靠性的要求牽涉的范圍比較廣，包括電氣的電磁兼容，控制的合理方案，綜合布線，電容電感的合理應(yīng)用等。 所以：作為電氣控制人員，除了數(shù)控電路知識，也需要掌握電磁兼容的相關(guān)的模擬電子技術(shù)知識技能，甚至要掌握機械方面知識或與機械設(shè)計人員合作，才能在電氣設(shè)計中，有更全面的考慮，設(shè)計的產(chǎn)品更安全可靠。 總之，電動汽車的整車控制器（或電機控制器）直接影響車輛的行車安全，重要性不言而喻。目前，各主機廠設(shè)計上各自為政，特別是最近放寬新能源車的準入條件后，更應(yīng)擺脫粗放式經(jīng)營，而轉(zhuǎn)向集約化管理，符合統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范。
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