新能源汽车控制系统“误报”故障的两大成因

文：王鸿波

新能源汽车控制系统“误报”故障的两大成因

文：王鸿波

经过对众多维修案例的总结分析，发现新能源汽车控制系统近90%的所谓“误报”故障，都是由于输入信号电压受到干扰所致。我们知道，只要是电信号都必须有一个参考电位，而通常我们都是选择一个接地点作为参考电位。但因为对精度和抗干扰强度的要求不一样，在在控制系统中，大致有以下几种地线。

(1)数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。

(2)模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

(3)信号地：通常为传感器的地。

(4)交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

(5)直流地：直流供电电源的地。

(6)屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

一、接地不良

由此我们可以分析出引起系统“误报”故障的第一大成因：接地不良，引起信号失真。但这在控制逻辑上不属于误报，因为已经符合故障码的生成条件。例如本来信号是5 V，但是由于地电位压降达到了1 V，所以测得的值就只有4 V了。如图1左侧所示，接地良好，电阻可认为是0 Ω，所以电压是正确的。而图1右侧中，由于接触不实相当于串入了一个电阻，为了更便于理解，假设原电路电压是5 V，内电阻是4 Ω，因为接触不实相当于串入1 Ω，可以算出AB两点间的电压就是原来的80%了。如果此时信号电压已经达到设置故障码的条件，那么记录故障码并点亮故障灯就是正常的。而维修人员所要查找的是导致故障码产生的原因，接地不良这个原因就很容易被忽略。

图1 接地不良原理图

二、电磁干扰

造成系统“误报”故障的第二成因是电磁干扰，信号电压受到电磁干扰而失真，达到故障码产生条件，同样会导致系统“误判”而报故障码。目前汽车上的多数控制系统输入信号都是模拟信号（1～5 V电压信号），这是因为模拟信号便于传送，但是它对干扰信号很敏感，在信号传送过程中很容易在干扰后发生变化，所以要求车辆的电气部件符合电磁兼容性（EMC）要求。而相比于传统汽车，新能源汽车的EMC问题更加突出，因为新能源汽车增加了电池、驱动电机、空调电机等容易引起EMC问题的设备。

先简单介绍一下电磁兼容，它是指电气设备在同一电磁环境中共存的一种特性，即要求在同一环境中使用的电气设备正常工作而不能相互干扰。具体来说，电磁兼容性包括两方面：电磁干扰（EMI）和电磁耐受（EMS）。电磁干扰指的是电气产品本身通电后，因电磁感应效应所产生的电磁波对周围电子设备所造成的干扰影响；电磁耐受则是指电气产品本身对外来电磁波的干扰防御能力。

电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合传给另一个电网络或电子设备。目前对于电磁干扰抑制的方法主要是应用屏蔽（包括隔离）、滤波和接地技术。所以我们可以看到许多线路中有屏蔽线的存在，如图2为某纯电动汽车驱动电机的电路图，从图中可以看到，不仅需要对新能源CAN线进行屏蔽处理，还需要对电机旋转变压器的信号线进行屏蔽。此外我们还可以看到电机控制器同时有2根地线，经过分析不难理解这其中必然有屏蔽的接地。那么如果接地出现不良，甚至是断路，就不是简单的信号电压变化的问题了，而是会出现屏蔽失效。此外，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压就会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，形成共模干扰。

在传统汽车上，只有点火系统会产生高压，所以其高压线和点火线圈容易引发电磁干扰。但是新能源汽车则不同，有很多的高压线路。所以如果新能源汽车在布置信号线路时未能考虑周全，譬如信号线在布线时与高压线相距过近，就非常容易产生共模干扰。

那么在众多的系统“误报”故障中，许多车辆都是由于线路接地不良，或者是接地点出现问题而导致故障的产生。例如驱动系统总报故障码“驱动电机UVW线路断路故障”或类似故障时，应该考虑到可能是由于旋转变压器信号受干扰而误报此类故障，所以应该检查旋转变压器信号电路的屏蔽线情况，以及电机控制器的屏蔽线接地点和电机控制器的信号接地点。

图2 某纯电动汽车驱动电机部分电路图