[導(dǎo)讀]當(dāng)以點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車在公路上運(yùn)行之時(shí),汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(yùn)行,并且對(duì)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
當(dāng)以點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車在公路上運(yùn)行之時(shí),汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(yùn)行,并且對(duì)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(guó)際無線電組織開始對(duì)這種高能量脈沖形式的干擾源進(jìn)行研究并提出了測(cè)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(guó)的技術(shù)法規(guī)中。經(jīng)過多年的技術(shù)規(guī)范,市場(chǎng)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,汽車電磁干擾的特點(diǎn)及其產(chǎn)生的影響也有了巨大的變化。汽車產(chǎn)生電磁干擾的源,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)生電磁干擾。
車輛產(chǎn)生的電磁干擾不但對(duì)車輛外界的無線電設(shè)備造成影響,而且也會(huì)對(duì)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(duì)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(duì)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(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)生的干擾會(huì)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,具有高性能ABS系統(tǒng)。樣車在一次實(shí)況測(cè)試中遇到了雨天,啟動(dòng)雨刮器,在某一車速運(yùn)行時(shí),ABS突然失去了作用。
現(xiàn)象2:國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的某一型號(hào)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(shí),這種損壞現(xiàn)象就容易發(fā)生。
分析上述兩個(gè)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(dòng)電機(jī)作為感性負(fù)載,在切斷電源時(shí)會(huì)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(guó)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(duì)該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(chǎng),當(dāng)有靜電放電發(fā)生時(shí),會(huì)有誤動(dòng)作。
二、汽車內(nèi)電磁干擾的特點(diǎn)
車輛內(nèi)部的電磁干擾擾特點(diǎn)不同于車輛對(duì)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(huì)以耦合方式、空間輔 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)干擾;人體靜電放電對(duì)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(diǎn)進(jìn)行分析。
三、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的干擾
發(fā)動(dòng)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(hào)Va,由驅(qū)動(dòng)電路在點(diǎn)火線圈初級(jí)產(chǎn)生一通斷的脈沖電流Ib,線圈次級(jí)產(chǎn)生高壓脈沖使火花塞放電,點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃油混合氣作功。當(dāng)線圈初級(jí)回路通斷變化過程時(shí),初級(jí)繞組會(huì)產(chǎn)生瞬變電壓,次級(jí)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(jí)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(dòng)電壓△V。如圖2。一般情況不一,實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到△V為2~4V。
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汽車中應(yīng)用的各種電子控制單元,要求有一個(gè)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(dòng)(如△V),會(huì)對(duì)電子模塊的正常工作產(chǎn)生影響。
四、感性負(fù)載產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的干擾
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(dòng)電機(jī);汽車啟動(dòng)電機(jī);暖風(fēng)電機(jī)等。這類負(fù)載特性電路如圖3。當(dāng)感性負(fù)載的供電被突然切斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生反向瞬變電壓Vc,如圖4。線圈初始儲(chǔ)能越大,關(guān)斷速度越快,瞬變過電壓就越高。實(shí)測(cè)結(jié)果,一般Va為-100V~300V;is為0.2s~0.5s。
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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(dāng)大,偶爾的出現(xiàn)會(huì)對(duì)電子模塊造成嚴(yán)重影響,甚至損壞。前文中介紹的發(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。
五、靜電放電對(duì)車內(nèi)電子部件的干擾
人體會(huì)產(chǎn)生靜電,尤其在我國(guó)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(dǎo)體就會(huì)釋放出來。有直接放電,人們感覺不到。當(dāng)靜電儲(chǔ)存到一定程度后,會(huì)通過空氣放電,甚至?xí)谢鸹óa(chǎn)生,人們就會(huì)有強(qiáng)烈的放電感覺。人們?cè)谑褂闷嚂r(shí),這種靜電放電現(xiàn)象是不可避免地會(huì)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,其一放電特性如圖5。放電電壓U最高達(dá)1.5 kV~2.5kV;放電時(shí)間is,接觸放電:0.7 ns~1ns,空氣放電:0.7 ns~5ns;放電電流很小,nA級(jí)。
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這種類型的干擾特點(diǎn)是:高電壓;短時(shí)間;微小電流。其干擾影響程度是巨大的,會(huì)使一些電子控制單元產(chǎn)生誤動(dòng)作,嚴(yán)重的會(huì)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(dòng)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(huì)耦合到信號(hào)線或控制線中,形成差模信號(hào),會(huì)對(duì)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。
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(jìn)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(diǎn)采取不同的抑制方式。如:點(diǎn)火系統(tǒng)的干擾;電源供電系統(tǒng)的干擾;電感性負(fù)載或開關(guān)性負(fù)載引起的干擾等。其次,考慮干擾的傳播途徑,這對(duì)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(dǎo)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(dá)到規(guī)定的合理范圍內(nèi);同時(shí)被干擾體應(yīng)具有一定的抵抗干擾的能力,以達(dá)到相互共存、互不影響的狀態(tài)。無限制地加大干擾抑制會(huì)成倍地增加抑制成本,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干擾抑制方式,一般規(guī)定若干等級(jí)限值,不同部件根據(jù)其特點(diǎn)和使用方式的不同,選擇一種合理的等級(jí)限值,以降低抑制成本。
對(duì)來自車內(nèi)供電系統(tǒng)的干擾,一種簡(jiǎn)單而有效的方法是利用蓄電池作為一個(gè)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(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RO達(dá)最小值,甚至為零。
對(duì)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(shí)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(hào)線與電源線分開布置,以減小因耦合而引起.的干擾信號(hào)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(hào)線的好方法。
對(duì)于電感性負(fù)載引起的干擾,抑制方式可以采用并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)數(shù)值的電容器,以消除反向過電壓??傮w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(shí)到現(xiàn)代電子化汽車中出現(xiàn)的許多新問題,在相當(dāng)程度上與電磁干擾的影響有關(guān)。實(shí)際中,采取適當(dāng)?shù)母蓴_抑制措施,同時(shí)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(yùn)行可靠性。
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