- 汽車內(nèi)部各種電磁干擾
- 電磁干擾的抑制方法
- 利用蓄電池作為一個極低阻抗、大容量的瞬變電壓抑制器
- 車內(nèi)布線時充分考慮合理而有效地布置線纜
- 電感性負載引起的干擾抑制方式采用并聯(lián)一個適當數(shù)值的電容器
當以點火發(fā)動機驅(qū)動的汽車在公路上運行之時，汽油發(fā)動機的高壓點火系統(tǒng)會產(chǎn)生強電磁波，干擾其周圍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。自此人們將電磁污染列人到汽車造成的三大污染源之一（排放、噪聲、電磁）。國際無線電組織開始對這種高能量脈沖形式的干擾源進行研究并提出了測量方法和限制要求。目前，這種電磁污染的控制要求已被列入到世界各國的技術(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，汽車電磁干擾的特點及其產(chǎn)生的影響也有了巨大的變化。汽車產(chǎn)生電磁干擾的源，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)生電磁干擾。
車輛產(chǎn)生的電磁干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)心的是車輛電磁干擾對電磁環(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)了許多由于車輛內(nèi)部電磁干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，引起了人們的特別關(guān)注。目前，人們開始研究車輛內(nèi)部電磁干擾的產(chǎn)生和影響及其控制技術(shù)。
一、汽車內(nèi)電磁干擾現(xiàn)象
汽車產(chǎn)生電磁干擾的源有：高壓點火系統(tǒng)；各種感性負載（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)生的干擾會在汽車內(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，具有高性能ABS系統(tǒng)。樣車在一次實況測試中遇到了雨天，啟動雨刮器，在某一車速運行時，ABS突然失去了作用。
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，當雨刮器工作時，這種損壞現(xiàn)象就容易發(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突然引爆。經(jīng)對該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，當有靜電放電發(fā)生時，會有誤動作。
二、汽車內(nèi)電磁干擾的特點
車輛內(nèi)部的電磁干擾擾特點不同于車輛對外部的干擾。車內(nèi)電磁干擾可以通過各種連接線纜傳播，也會以耦合方式、空間輔射發(fā)射的方式進行傳播。典型的形式有：沿電源線傳導干擾；人體靜電放電對電子部件的干擾；干擾能量通過空間輻射等。下面就一些典型干擾源的特點進行分析。
三、發(fā)動機點火系統(tǒng)產(chǎn)生沿電源線傳導的干擾
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)動電路在點火線圈初級產(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。當線圈初級回路通斷變化過程時，初級繞組會產(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。初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△V。如圖2。一般情況不一，實驗測量得到△V為2～4V。
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。當供電系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓波動（如△V），會對電子模塊的正常工作產(chǎn)生影響。[page]
四、感性負載產(chǎn)生沿電源線傳導的干擾
汽車內(nèi)使用的各種類型的電機都屬于感性負載。如：雨刮器驅(qū)動電機；汽車啟動電機；暖風電機等。這類負載特性電路如圖3。當感性負載的供電被突然切斷時，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-100V～300V；is為0.2s～0.5s。
這種類型的干擾雖然不具有連續(xù)性，但是它的瞬變電壓的幅值相當大，偶爾的出現(xiàn)會對電子模塊造成嚴重影響，甚至損壞。前文中介紹的發(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重后果。
五、靜電放電對車內(nèi)電子部件的干擾
人體會產(chǎn)生靜電，尤其在我國的北方地區(qū)，冬天氣候干燥，人體容易產(chǎn)生靜電。人體靜電遇到一些導體就會釋放出來。有直接放電，人們感覺不到。當靜電儲存到一定程度后，會通過空氣放電，甚至會有火花產(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，也可能是負放電過程，其一放電特性如圖5。放電電壓U最高達1.5kV～2.5kV；放電時間is，接觸放電：0.7ns～1ns，空氣放電：0.7ns～5ns；放電電流很小，nA級。
這種類型的干擾特點是：高電壓；短時間；微小電流。其干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。
六、部件或線纜間的相互耦合干擾
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，電源線中的瞬變干擾會耦合到信號線或控制線中，形成差模信號，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。
七、輻射干擾
干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。其他頻段的千擾也是存在的，人們正在進行研究。
八、電磁干擾的抑制
電磁干擾的抑制措施的選用，首先考慮干擾源，要根據(jù)不同的干擾源的特點采取不同的抑制方式。如：點火系統(tǒng)的干擾；電源供電系統(tǒng)的干擾；電感性負載或開關(guān)性負載引起的干擾等。其次，考慮干擾的傳播途徑，這對采取有效地抑制措施非常重要。干擾的途徑可以是：通過供電系統(tǒng)的電纜；通過天線或各種導線；通過耦合；通過空間直接輻射電磁波等方式。此外干擾抑制應(yīng)充畔慮抑制成本。一般的處理方式，限制干擾源產(chǎn)生的干擾噪聲達到規(guī)定的合理范圍內(nèi)；同時被干擾體應(yīng)具有一定的抵抗干擾的能力，以達到相互共存、互不影響的狀態(tài)。無限制地加大干擾抑制會成倍地增加抑制成本，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干擾抑制方式，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，選擇一種合理的等級限值，以降低抑制成本。
對來自車內(nèi)供電系統(tǒng)的干擾，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)生的干擾能量。最好的方式是保證蓄電池電纜接線良好。若負極搭鐵，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RO達最小值，甚至為零。
對于線纜間耦合引起的干擾、，一種節(jié)省成本的方法是在車內(nèi)布線時充分考慮合理而有效地布置線纜。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．的干擾信號侵入。此外，采用屏蔽電纜的方式，也是避免外界電磁干擾侵入控制線和信號線的好方法。
對于電感性負載引起的干擾，抑制方式可以采用并聯(lián)一個適當數(shù)值的電容器，以消除反向過電壓。總體講，干擾抑制措施的方式有很多種，但歸納整理為：屏蔽、濾波、接地、阻尼。
九、結(jié)語
總之，汽車內(nèi)電磁干擾及其產(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)的許多新問題，在相當程度上與電磁干擾的影響有關(guān)。實際中，采取適當?shù)母蓴_抑制措施，同時提高汽車電子電器部件的電磁抗擾特性，可以有效地提高汽車運行可靠性。
