第26卷第5期2010年10月机械设计与研究
M achine D esign and R esearch V o.l 26N o .5O ct .,2010
收稿日期:
2010-07-31
文章编号:1006 2343(2010)05 139 03
朱俏斌，杜建福，孙 磊，陈彦雷
(上海汽车商用车技术中心，上海 200438,E m a i:l zhuq i a ob i n @sa ic m o tor .co m )
摘 要：以某型号油电混合动力客车为例，分析了发动机油门故障产生原因，剖析了发动机油门干扰信号 产生机理，确定了电机控制器是引起油门信号波动的主要干扰源。综合考虑整车电气安全及整车电磁兼容性(E M C)，采用电机控制器接地的方法和油门信号线并联电容的方法大幅度降低了干扰信号的产生，有效地解决了发动机油门故障问题。 关键词：混合动力客车；电磁干扰；发动机油门；故障中图分类号:U 464.1 文献标识码:A
A Study on the Engine Throttle Fault of a H ybri d E lectric Bus
Z HU Q iao bin ,DU Jian fu ,S UN Le,i CHEN Y an le i
(SA IC M oto r Co mm erc i a lV eh i c le T echn ica l Center ,Shanghai 200438,China)
Abstract :Based on a hybrid electr i c bus ,t h is study ana l yzes t he cause of the eng i ne throttle fau lt ,investi ga tes the m echanis m o f the eng i ne t hrottle ja mm i ng s i gna l and de ter m i nes t hat the m oto r contro ller is t he m ain cause o f t he eng i ne thro ttl e signa l fluc t uations .Conside ri ng the veh icle e lectr i ca l safety and E lectroM agneti c Compati b ilit y (E M C),the m e t hods o f g rounding the m otor contro ll er and parall e ling t he capac i to r w ith the eng i ne thro ttle si gnal are adopted to reduce t he ja mm i ng signa.l Consequently ,t he proble m o f eng i ne throttle fault i s eff ec ti ve l y solved .
K ey words :hybr i d electric bus ;e lectro m agne ti c co m pati b ility ;eng i ne thro ttle ;fau lt
油电混合动力客车具有排放明显低于传统客车、价格比纯电动客车和燃料电池客车低、不需要对基础设施进行改造等优点，在各大城市新能源汽车推广中占有最大的市场份额，是初期产业化的首选产品。
然而，油电混合客车具有电机和发动机两种动力源，对于这两种动力的控制也相对复杂。在行驶过程中，油电混合动力客车的油门踏板信号先输入到整车控制器(V eh icle Control U nit ,VCU )，然后由整车控制器按控制策略分配给电机和发动机。发动机油门信号在传输路径上会受到不同程度的干扰，严重时将会影响到发动机电控系统的正常工作，从而影响到车辆的正常行驶。下面针对某款混合动力客车在开发过程中出现的发动机油门故障问题，采用实验的方法，分析发动机油门干扰信号产生机理，提出相应抑制方法并验证该方法的有效性，以期为混合动力客车发动机油门故障提供一种解决方案。
1 混合动力客车发动机油门故障分析
下面研究对象为某型号油电强混型混合动力客车，它由发动机、启动发电一体化电机(Integrated Starte r and G ene ra tor ,IS G )、主电机等构成。在工作过程中，驾驶员根据需要踩下客车油门踏板，整车控制器接收来自油门踏板的信号，获得油门踏板开度信息，综合车速等信息做出判断，给发动机、ISG 电机、主电机发出控制信号。发动机油门信号包括发动机接收到的整车控制器输出的油门电压及发动机油门怠
速开关状态信号。一般地，发动机油门信号是0~5V 的弱电信号，在整车控制器给发动机传输油门信号的线束途径上，油门电压信号很容易受到外部电机、电机控制器等强电部件工作时的电磁辐射的影响。看门狗电路
离心喷雾干燥塔研究对象配置的发动机控制器(E l ec tron i c Control U n it ,ECU )可以同时接收油门信号和怠速开关信号，并且要求油门信号和怠速开关信号必须匹配，否则将出现油门故障报警。具体表现为：当EC U 接收到的怠速开关为怠速状态，但接收到的电压是非怠速电压，则ECU 会认为油门信号和怠速开关信号不匹配，继而产生油门故障报警；同理，当ECU 接收到的是非怠速开关信号，而接收到的是怠速油门电压，则两者也不匹配，发动机ECU 也会报油门错误故障。
实际路试实验发现发动机经常报油门故障，该故障的直接原因是怠速开关信号和发动机油门信号电压值不匹配。事实上，整车控制器V C U 给发动机ECU 发出的油门电压和怠速开关信号是匹配的，但由于整车控制器到发动机ECU 的油门线束受到电磁干扰的影响，发动机油门信号被抬高或降低，这样使得发动机ECU 的油门信号和怠速开关信号不匹配，导致发动机EC U 报故障。因此，发动机油门信号受到电磁干扰是油电混合动力客车发动机油门故障的根本原因。
2 发动机油门干扰信号产生机理分析及抑
制方法研究
任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径和通道；第三
还必须有被干扰对象的响应。
整车控制器输出的油门信号可能受到的较强的干扰源有：电机控制器、三相交流异步电机、发电机、直流电动机等。由于电机控制器是矢量控制变频器，其工作频率较高，会产生较强的辐射干扰。三相交流异步电机工作电流较大、电流变化频繁，也会产生较大的干扰信号。发电机由于整流作用导致的电火花也会产生电磁干扰。此外，汽车上用的风扇电机、雨刮器电机、暖风电机、油泵电机等都是带有整流器的直流永磁电机，运转过程中难免产生电火花进而引起较强的电磁波[1,2]。
干扰源要将干扰信息传递给干扰对象，必须要有传播路径。电磁耦合的路径有：传导耦合和辐射耦合[3]。传导耦合必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感组件等。辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种:(1)甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合;(2)空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合;(3)两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。
整车控制器VCU 到发动机的油门信号和怠速开关信号连接如图1所示。VCU 到EC U 的油门信号是两个经过光电隔离的信号，因此，整车地信号不直接影响到EC U 的油门信号。此外，怠速开关信号是通过一个继电器开关保证ECU 内部接通，也和整车地无直接关联。因此，根据排除法可知，辐射干扰是油门干扰
信号的主要形式。
图1 整车控制器和发动机ECU 控制信号连接示意图
基于上述分析，要减少油门干扰需从抑制干扰源和保护好接干扰对象两个方面入手。首先，油门线束采用的是屏蔽线，且屏蔽线已经良好接地。从保护干扰对象上来看，已经有较好的措施
[4,5]
。其次，从抑制干扰源来看，油门干扰主要
是在电机有励磁的时候才产生，电机无励磁时，发电机、直流电动机对油门干扰不明显。因此干扰源就被锁定为两个：三相交流异步电机和电机控制器。三相交流异步电机外壳和车架相连，接地良好，因此被排除在干扰源以外。电机控制器外壳为封闭的金属外壳，理论上具有较好的抑制干扰的效果。但现场测试结果表明，整车控制器VC U 到发动机的油
门信号仍受到较大程度地干扰。进一步的研究发现，如图2所示，为保证高压安全(控制器高压部分有600V 直流电)，电机控制器与车身骨架采用了二级绝缘，导致电机控制器用绝缘子和车架隔离了，这与电磁兼容性(E lectro M agneti c Co m pa ti bility E M C)的设计正好相悖[6-8]。因此，在保证高压电整车安全的前提下，采取取消绝缘子的方法，让电机控制器直接和车架直接相连，理论上可有效抑制发动机油门干扰信号的产生，从而解决油电混合动力客车发动机油门故障
问题。
图2 电机控制器车上的布置图
3 发动机油门故障解决方案的有效性验证
图3是利用示波器采样得到的绝缘子取消前发动机ECU 的油门信号。初步的定性分析可以发现，发动机油门信号受到的外部干扰非常严重，干扰信号中不仅有高频分量，还有低频成分。为进一步定量比较绝缘子取消前后发动机油门电压的变化，采用OBD (O n -Board D iagnostics)软件w i n KW 2000
采集发动机油门电压值。
图3 受干扰的发动机油门信号
图4和图5分别示出了带绝缘子的发动机怠速油门电压信号和不带绝缘子的发动机油门电压信号，发动机油门电压值的波动由干扰信号引起。试验结果表明，带绝缘子的发动机油门电压波动量达230mV，将绝缘子取消，保证电机控制器外壳可靠接地，发动机油门波动量降为90mV 。由此可见，取消绝缘子可大大降低发动机油门干扰信号强度，提高油门信号的稳定性和真实性。
140
机械设计与研究 第26卷
图4
带绝缘子的发动机怠速油门电压信号
图5 不带绝缘子的发动机怠速油门电压信号
然而，仔细分析图5可以发现，油门信号仍受到轻微干扰的影响，且这些干扰是高频干扰，因此，在
油门信号上并联一个的合适的电容可以进一步降低高频干扰信号[9]。图6示出了加电容后发动机油门信号。可以看出，油门信号波动量变为30mV 以内，干扰噪音再一次被大大降低。经过实车验证后，发动机再无报故障现象。因此，通过电机控制器接地和油门信号线上并联一个合适的电容从根本上解决了由于电磁干扰所导致的
发动机油门故障问题。
图6 电机控制器接地且油门线接电容后的发动机油门电压信号
4 结 论
新能源汽车由于电机、电机控制器等高压零部件的引入，给高压电安全设计和电磁兼容设计设计带来很大挑战。以上以油电混合动力客车为例，分析了发动机油门故障产生原因，剖析了发动机油门干扰信号产生机理。综合考虑整车电气安全及整车E M C ，采用电机控制器接地的方法使得发动机油门电压信号波动量从230mV 降至90mV，采用油门信号线并联电容的方法使得门电压信号波动量进一步降至30
mV 以内，有效地解决了发动机油门故障问题。将来的研究重点是在整车的初始设计阶段，充分考虑整车电气安全及整车E M C ，把这种解决电磁干扰的措施应用在整车零部件、整车电气的原始设计上，以免对整车造成影响。
参考文献
[1]韦绍秋.汽车电磁干扰的产生与排除[J].大众科技,2005,(2):
33~35.
[2]燕来荣.现代汽车电子设备的电磁干扰与防范[J].设备管理与
维修,2007,(12):23~25.
生殖健康管理
[3]刘永喜，舒朝君，李纪三，等.变频调速传动系统的电磁兼容分析
[J ].机床电器,2007,(6):12~16.
[4]黄小华，程雪梅.汽车电磁兼容性设计原理与电磁干扰的抑制
[J ].装备制造技术,2008,(1):108~109.
[5]陆克久.汽车电磁波干扰产生的原因与预防措施[J].知识与研
究,1999,33:10~11.
[6]钟凤琴.汽车电器干扰及其防治[J].长沙交通学院学报,1993,
9(2):50~54.
[7]冯 渊.汽车电工与电子技术基础[M ].北京：机械工业出版
社,2004.
[8]丁厄尔贾维克.汽车电气与电子系统[M ].北京：机械工业出版
社,2000.
[9]林国荣，张友德.电磁干扰及控制[M ].北京：电子工业出版
社,2003.巧克力工艺品
作者简介：朱俏斌(1972-)，男，总监；工程师；研究方向：新能源汽车。
论文插图要求
插图(机械结构图、机械简图、机械示意图、坐标图等)必须同正文内容密切联系：图形和有关图形的符号应符合国家标准和专业标准的规定：图中文字、数值、符号、图注应与正文叙述保持一致，图文呼应，先见文后见图，两者位置尽量接近；引用的
图应注明出处，必要时注以参考文献代号。
插图线条、文字、箭头要光滑、清晰，一般可直接用A utoCAD 打印。线条宽度可取0.18mm 、0.25mm 、0.35mm，按图的繁简、大小而定：文字(中文、外文、数字)用6号仿宋体(框图内也用6号仿宋体)；箭头用顶角为30 实心等腰三角形。插图横向尺寸尽量在本刊单栏尺寸内，不用过大或过小尺寸。
二次开发平台插图中表示参数或物理量符号的外文字用斜体；坐标系!O xyz ∀:!O ∀用大写斜体,!xyz ∀用小写斜体；数字1,，均应用正体：表示法定计量单位的外文字母用正体。
坐标图线条主体曲线最粗，坐标轴轴线次之，坐标轴上刻度线最细。坐标轴纵坐标标注由下至上，横坐标由左至右，其格式为：参数(斜体外文字母)/法定计量单位(正体外文字母)，如!x /mm ∀，物理量(中文及斜体外文字母)/法定计量单位(正体外文字母)(中文与斜体外文字母之间空半格)如!频率f /HZ ∀!转速n /(r #m i n -1)∀!加速度a /(mm #s -2)∀。gff全贴合技术
141
第5期 朱俏斌等：油电混合动力客车发动机油门故障分析
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议