1 概述

 

自第一臺汽油發(fā)動機驅(qū)動的汽車投進市場運行之后，人們發(fā)現(xiàn)，汽油發(fā)動機高壓點火系統(tǒng)產(chǎn)生的強電磁波，干擾其四周的無線電廣播和無線電通訊業(yè)務(wù)的正常運行，并且對電磁環(huán)境造成污染。因而人們將此污染列進到汽車造成的三大污染源之一。自此，國際無線電組織開始對這種高能量脈沖形式的騷擾源進行研究并提出了丈量方法和限制要求。目前，這種電磁污染的控制要求已被列進到世界各國的技術(shù)法規(guī)中。經(jīng)過多年的技術(shù)規(guī)范，市場上運行的汽車基本實現(xiàn)了點火脈沖電磁噪聲的有效控制。

 

但是，隨著汽車技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，汽車電子電器設(shè)備的大量應(yīng)用，汽車電磁騷擾的特點及其產(chǎn)生的影響也有了巨大的變化。汽車產(chǎn)生電磁騷擾的源，不單純是點火系統(tǒng)，大量應(yīng)用于車輛上的各種電子電器設(shè)備也同樣產(chǎn)生電磁騷擾。

 

車輛產(chǎn)生的電磁騷擾不但對車輛外界的無線電設(shè)備造成影響，而且也會對車輛內(nèi)部的各種電子部件造成不良影響。早期人們普遍關(guān)心的是車輛電磁騷擾對電磁環(huán)境的重大影響，隨著有效的治理，這種影響已經(jīng)得到了控制。近些年，汽車出現(xiàn)了很多由于車輛內(nèi)部電磁騷擾對車輛的正常運行及安全性和可靠性等產(chǎn)生重大影響的現(xiàn)象，引起了人們特別關(guān)注。目前，人們開始研究車輛內(nèi)部電磁騷擾的產(chǎn)生和影響及其控制技術(shù)。

 

2 汽車內(nèi)電磁騷擾現(xiàn)象

 

汽車產(chǎn)生電磁騷擾的源有：高壓點火系統(tǒng)；各種感性負(fù)載（如，電機類電器部件）；各種開關(guān)類部件（如，閃光繼電器）；各種電子控制單元ECU；甚至各種燈具，無線電設(shè)備等。這些部件產(chǎn)生的騷擾會在汽車內(nèi)部造成相互影響。下面列舉一些實際發(fā)生的現(xiàn)象。

 

現(xiàn)象1，某種中高檔次轎車，由國外某著名汽車企業(yè)團體公司設(shè)計，在中國境內(nèi)生產(chǎn)，具有高性能ABS系統(tǒng)。樣車在一次實況測試中碰到了雨天，啟動雨刮器，在某一車速運行時，ABS 忽然失往了作用。

 

現(xiàn)象2，國內(nèi)生產(chǎn)的某一型號微型汽車，其發(fā)電機調(diào)節(jié)器經(jīng)常出現(xiàn)易被擊穿損壞現(xiàn)象。經(jīng)查，當(dāng)雨刮器工作時，這種損壞現(xiàn)象就輕易發(fā)生。

 

分析上述兩個實例，造成這種現(xiàn)象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅(qū)動電機作為感性負(fù)載，在切斷電源時會產(chǎn)生反向電流并通過電源線傳輸?shù)焦╇娤到y(tǒng)中，從而在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾脈沖，一些電子部件在這種干擾脈沖條件下，不能正常工作，甚至導(dǎo)致?lián)p壞。

 

現(xiàn)象3，一種國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的安全氣囊，在汽車整車裝配線上忽然引爆。經(jīng)對安全氣囊的電子引爆控制器進行試驗檢查，發(fā)現(xiàn)其不能承受較強的環(huán)境輻射電磁場，當(dāng)有靜電放電發(fā)生時，會有誤動作。

 

3 汽車內(nèi)電磁騷擾的特點

 

車輛內(nèi)部的電磁騷擾特點不同于車輛對外部的騷擾。車內(nèi)電磁騷擾可以通過各種連接線纜傳播，也會以耦合方式、空間輻射發(fā)射的方式進行傳播。典型的形式有：沿電源線傳導(dǎo)騷擾；人體靜電放電對電子部件的騷擾；騷擾能量通過空間輻射等。下面就一些典型騷擾源的特點進行分析。

 

（1）發(fā)動機點火系統(tǒng)產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的騷擾

 

圖1 點火系統(tǒng)電原理框圖（R0—線路阻抗 K—開關(guān) B—點火線圈）

 

發(fā)動機點火系統(tǒng)的電路框圖如圖1。傳感器獲取點火信號Va，由驅(qū)動電路在點火線圈低級產(chǎn)生一通斷的脈沖電流Ib，線圈次級產(chǎn)生高壓脈沖使火花塞放電，點燃發(fā)動機燃油混合氣作功。當(dāng)線圈低級回路通斷變化過程時，低級繞組會產(chǎn)生瞬變電壓，次級繞組產(chǎn)生高電壓使火花塞放電，殘余能量形成高頻電磁波輻射到空間中。低級回路中的瞬變電壓則沿電源線傳到電源系統(tǒng)中，干擾電源系統(tǒng)，產(chǎn)生一波動電壓ΔV。

 

如圖2。一般情況下，實驗丈量得到ΔV 為2～4V。

 

 

圖2 點火系統(tǒng)各部位信號時序圖

 

汽車中應(yīng)用的各種電子控制單元，要求有一個穩(wěn)定的電源電壓供電，才能正常工作。當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓波動（如，ΔV），會對電子模塊的正常工作產(chǎn)生影響。

 

（2）感性負(fù)載產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的騷擾

 

汽車內(nèi)使用的各種類型的電機都屬于感性負(fù)載。如：雨刮器驅(qū)動電機，汽車啟動電機，熱風(fēng)電機等。這類負(fù)載特性電路如圖3。當(dāng)感性負(fù)載的供電被忽然切斷時，會產(chǎn)生反向瞬變電壓Vc，如圖4。線圈初始儲能越大，關(guān)斷速度越快，瞬變過電壓就越高。實測結(jié)果，一般Va 為－100～－300V，ts 為0.2～0.5s。

 

圖3 感性負(fù)載特性電路圖（R0—線路阻抗 K—開關(guān) L—感性負(fù)載 RL—感性負(fù)載內(nèi)阻）

 

圖4 感性負(fù)載瞬變電壓

 

這種類型的騷擾固然不具有連續(xù)性，但是它的瞬變電壓的幅值相當(dāng)大，偶然的出現(xiàn)會對電子模塊造成嚴(yán)重影響，甚至損壞。前文中先容的發(fā)電機調(diào)節(jié)器擊穿損壞就是因這種反向瞬變電壓造成的嚴(yán)重后果。

 

（3）靜電放電對車內(nèi)電子部件的騷擾

 

人體會產(chǎn)生靜電，尤其在我國的北方地區(qū)，冬天天氣干燥，人體輕易產(chǎn)生靜電。人體靜電碰到一些導(dǎo)體就會開釋出來。有直接放電，人們感覺不到。當(dāng)靜電儲存到一定程度后，會通過空氣放電，甚至?xí)谢鸹óa(chǎn)生，人們就會有強烈的放電感覺。人們在使用汽車時，這種靜電放電現(xiàn)象是不可避免地會產(chǎn)生。

 

靜電的放電過程，既可能是正放電過程，也可能是負(fù)放電過程，其放電特性如圖5。放電電壓U 最高達15～25kV；放電時間ts，接觸放電：0.7～1ns，空氣放電：0.7～5ns；放電電流很小，nA 級。

 

 

圖5 靜電放電特性

 

這種類型的騷擾特點是：高電壓；短時間；微小電流。其騷擾影響程度是巨大的，會使一些電子控制單元產(chǎn)生誤動作，嚴(yán)重的會損壞電子單元。如前文描述的安全氣囊的電子引爆控制器的誤動作。

 

（4）部件或線纜間的相互耦合騷擾

 

汽車中的各種線纜經(jīng)常將他們捆綁成一束沿汽車內(nèi)側(cè)布置，電源線中的瞬變騷擾會耦合到信號線或控制線中，形成差摸信號，會對車內(nèi)ECU 等電子模塊產(chǎn)生影響。這一點常被人們所忽視。

 

（5）輻射騷擾

 

騷擾能量的電磁波輻射形式，人們比較熟悉。人們關(guān)注的頻率范圍是150kHz～1000MHz。其它頻段的騷擾也是存在的，人們正在進行研究。

 

4 電磁騷擾的抑制

 

電磁騷擾的抑制措施的選用，首先考慮騷擾源，要根據(jù)不同的騷擾源的特點采取不同的抑制方式。如：點火系統(tǒng)的騷擾；電源供電系統(tǒng)的騷擾；電感性負(fù)載或開關(guān)性負(fù)載引起的騷擾等。其次，考慮騷擾的傳播途徑，這對采取有效地抑制措施非常重要。騷擾途徑可以是：通過供電系統(tǒng)的電纜；通過天線或各種導(dǎo)線；通過耦合；通過空間直接輻射電磁波等方式。

 

此外，騷擾抑制應(yīng)充分考慮抑制本錢。一般的處理方式，限制騷擾源產(chǎn)生的騷擾噪聲達到規(guī)定的公道范圍內(nèi)；同時被騷擾體應(yīng)具有一定的抵抗騷擾的能力，以達到相互共存、互不影響的狀態(tài)。無窮制地加大騷擾抑制會成倍地增加抑制本錢，這在實際應(yīng)用中是非常不可取的做法。

 

汽車電子電器部件的騷擾抑制方式，一般規(guī)定若干等級限值，不同部件根據(jù)其特點和使用方式的不同，選擇一種公道的等級限值，以降低抑制本錢。

 

對來自車內(nèi)供電系統(tǒng)的騷擾，一種簡單而有效的方法是利用蓄電池作為一個極低阻抗、大容量的瞬變電壓抑制器，吸收各種瞬變電壓產(chǎn)生的騷擾能量。最好的方式是保證蓄電池電纜接線良好。若負(fù)極搭鐵，應(yīng)保證搭鐵電阻值最小。見圖1 和圖3，應(yīng)盡可能保證線路阻抗R0 達最小值，甚至為零。

 

對于線纜間耦合引起的騷擾，一種節(jié)省本錢的方法是在車內(nèi)布線時充分考慮公道而有效地布置線纜。最好的方式為將ECU 控制線或信號線與電源線分開布置，以減小因耦合而引起的騷擾信號侵進。此外，采用屏蔽電纜的方式，也是避免外界電磁騷擾侵進控制線和信號線的好方法。

對于電感性負(fù)載引起的騷擾，抑制方式可以采用并聯(lián)一個適當(dāng)數(shù)值的電容器，以消除反向過電壓。總體講，騷擾抑制措施的方式有很多種，但回納整理為：屏蔽、濾波、接地、阻尼。

 

5 結(jié)束語

 

總之，汽車內(nèi)電磁騷擾及其產(chǎn)生的影響是重大的，關(guān)系到汽車安全可靠性。人們應(yīng)該意識到現(xiàn)代電子化汽車中出現(xiàn)的很多新題目，在相當(dāng)程度上與電磁騷擾的影響有關(guān)。

 

作者簡介：徐立 中國汽車研究中心

 

 

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