电动方程式赛车整车电磁兼容性研究.docx

电动方程式赛车整车电磁兼容性研究 纯电动汽车对线束的设计和要求很高，由于动力全部由蓄电池提供，因此对于高压线束的绝缘防护和高压系统与低压系统的隔离等有着非常严格的要求，同时因为纯电动汽车中有着驱动电机和电机控制器这两大主要的电磁骚扰源在，对于整车的电磁干扰性非常的强，给整车上的很多用电设备和控制线路造成电磁骚扰，使它们功能下降甚至失效。对于FSAE纯电动方程式赛车来说更是如此，在赛车上整个线束只受车架的机械保护，为了提高绝缘安全性需要通过其他的手段，需要对于线束的裸露、固定、连接、防水、安全控制、驱动线束与控制线束的隔离等问题进行一一的处理和设计优化；同时在整个FSAE方程式赛车上电器系统较民用车简单，电机和电机控制器等电磁骚扰源主要的电磁骚扰对象就是整车控制器和仪表等设备，且整车控制器是整个纯电动赛车的核心所在，如果受到电磁干扰严重会直接影响到其对于整车的命令控制，严重影响到整车的动力性和安全性 1 整车主要电磁骚扰源 电机控制器主要作用是将输入的直流电逆变成电压、频率均可调的三相交流电，供给交流电机使用。其中电机控制器中的逆变器由于工作原理结构的特点，在逆变器工作时，会产生高次谐波，因此变频器输出波形除了基波外还含有大量的高次谐波，所以变频器本事就是一个电磁骚扰源，对电源侧和输入侧的设备都会产生影响。且高次谐波有很强的辐射作用，将高次谐波能量直接耦合或通过其他方式进入数字设备中，会干扰设备的正常工作，增加其故障率，降低设备的使用寿命。同时在一个输入为300V直流的逆变器中，由于逆变器开关动作产生的差模干扰电压高达30V，而且还含有大量的窄脉冲，这些电磁干扰如果耦合到周围的信号线和控制线上，必然对纯电动赛车的主控制器的安全可靠性带来一定的安全隐患。 电机是纯电动汽车的又一严重电磁骚扰源。电机是电感性设备，电机在工作时会产生很强的脉冲流在电源网络中传播，向周围空间辐射。电机的开、停以及负荷改变都会使工作电流改变并产生脉冲电流，特别是整流式电机造成的干扰最大。这种干扰表现为不规则的窄脉冲，频谱为10KHZ-1GHZ。 2 电磁骚扰的作用路径 电磁骚扰的作用途径分为辐射路径和传导路径两大类 A.辐射路径 电磁骚扰源如果不是处在一个全密闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波，其辐射场强取决于装置的电磁干扰电流强度、装置的等效辐射阻抗，以及电磁骚扰源的辐射频率。如果电磁骚扰源的金属外壳带有缝隙与孔洞，则辐射的强度与干扰波长有关。当孔洞的大小与波长可比拟时，则可形成干扰子辐射源向四周辐射。 B.传导路径 电磁骚扰源可通过与其相连的导线向外部发射，也可通过耦合电容、耦合电感以及公共阻抗耦合，将电磁干扰带入其它电路，此种传导发射是电磁干扰传播的重要路径。当电磁骚扰源的频率较低时，电磁波的辐射能力相当有限，同时电磁骚扰源又不是直接与其它导体连接，此时电磁干扰能量可通过与其相邻的导体产生感应耦合，将电磁能转移到其它导体上去，在邻近导体内感应出干扰电流和电压。 其中干扰按照传导路径又可以分为共模干扰和差模干扰，对整车控制器主要为这两种。 共模干扰是存在于任何一个电源线或者信号线与地线之间的干扰，有两个干扰的相位相同；差模干扰则是在电源线之间或者信号线之间的干扰，是一种直接的干扰。 整车控制器所受干扰的主要耦合路径有： 直接耦合方式：干扰信号经过导线直接传导到电路中而对电路产生干扰。干扰信号经过电源线直接耦合到控制器中是最常见的现象。对于这种干扰可以采用去耦的方法有效地抑制或防止干扰信号的传入。 公共阻抗耦合方式：电磁骚扰源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。公共阻抗耦合一般发生在两个电路的电路流经一个公共阻抗时，一个电流在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路。常见的公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。 电容耦合方式：电位变化在电磁骚扰源与干扰对象之间引起的静电感应。由于在电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容，因此，如果某一个导体的信号电压（或干扰电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，就产生了电容性的耦合方式。 电磁感应耦合方式：任何空间中的交变磁场都会对周围的闭合电路产生感应电势，引起电磁感应耦合。 辐射耦合方式：导体中变化的电流会产生电磁场辐射，电流变化率（频率）越高，则辐射效率越高。这些电场波会对附近的敏感源产生干扰。 漏电耦合方式：漏电耦合是电阻性耦合方式。当相邻的元件或导线间的绝缘电阻降低时，有些电信号便通过这个降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输入端而形成干扰。 3 敏感源 控制系统对周围电磁环境的变化都十分敏感。也就是说，空间电磁场的变化对控制系统都会造成不同程度的干扰。 很多的用电设备在工作中都会受到其他设备的电磁干扰，其中有部分基本不干扰其他的设备，而以被干扰为主。这些容易受到其他设备电磁干扰的设备都是敏感源。 4 汽车电磁干扰的抑制技术 在电磁骚扰抑制措施中屏蔽、滤波和接地是三项最基本的技术。屏蔽主要用于切断通过空间辐射的干扰的传输途径，根据其性质可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽；滤波主要用于消耗掉沿导线传播的传导干扰的高频分量，降低了传导骚扰的天线效应，同时也抑制了辐射骚扰。主要讨论抗共模干扰、差模干扰和浪涌的滤波电路和装置的设计。接地技术主要讨论正确地布置地线、接地体的设、接地和屏蔽滤波的关系，搭接是实现接地的实际技术，如何减少搭接电阻也是接地需研究的问题：也有人对汽车的接地技术进行了研究。同时由于汽车电气电子系统的集成化、综合化，这三种技术措施的应用与汽车性能优化产生矛盾。一些新的电磁骚扰抑制技术也展开研究，像光电耦合隔离技术等。 5 预期研究成果 （1）制定出提高FSAE纯电动方程式赛车的整车线路绝缘防护和抗电磁干扰的设计优化标准 （2）提高新一届纯电动方程式赛车的电器系统的安全性和可靠性 按照国家相关标准，在纯电动汽车的设计和制造过程中，对整车线路绝缘防护和电磁兼容性研究是必不可少的，这对于整个电动汽车的设计制造有着非常积极重要的作用。 世界发达国家以及很多大的汽车制造商都很重视汽车的绝缘防护和电磁兼容性的研究，制定了很多的国家标准和行业标准，并且开展了很多有关这两方面的研究，在汽车设计的初期就充分的考虑了对于整车线路的绝缘防护和电磁兼容性。同时，在