1 概述

 

自第一臺汽油發(fā)動機(jī)驅(qū)動的汽車投進(jìn)市場運(yùn)行之后，人們發(fā)現(xiàn)，汽油發(fā)動機(jī)高壓點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)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(yùn)行，并且對電磁環(huán)境造成污染。因而人們將此污染列進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行的汽車基本實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)火系統(tǒng)；各種感性負(fù)載（如，電機(jī)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(shí)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(tuán)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(shí)況測試中碰到了雨天，啟動雨刮器，在某一車速運(yùn)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(jī)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(shí)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(jī)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(jìn)行試驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)其不能承受較強(qiáng)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(diǎn)

 

車輛內(nèi)部的電磁騷擾特點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)進(jìn)行分析。

 

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

 

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

 

發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的電路框圖如圖1。傳感器獲取點(diǎn)火信號Va，由驅(qū)動電路在點(diǎn)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(diǎn)燃發(fā)動機(jī)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(shí)驗(yàn)丈量得到ΔV 為2～4V。

 

 

圖2 點(diǎn)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(jī)都屬于感性負(fù)載。如：雨刮器驅(qū)動電機(jī)，汽車啟動電機(jī)，熱風(fēng)電機(jī)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(shí)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(jī)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(qiáng)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(dá)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(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)采取不同的抑制方式。如：點(diǎn)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(dá)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(dá)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(shí)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(diǎn)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(dá)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(jìn)。此外，采用屏蔽電纜的方式，也是避免外界電磁騷擾侵進(jìn)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?？傮w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

 

 

推薦閱讀：