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談汽車內EMC電磁騷擾及其影響 || 和记娱乐國際

發布時間:2018-10-26 點擊數:18

1 概述


自第一台汽油發動機驅動的汽車投進市場運行之後,人們發現,汽油發動機高壓點火係統產生的強電磁波,幹擾其四周的無線電廣播和無線電通訊業務的正常運行,並且對電磁環境造成汙染。因而人們將此汙染列進到汽車造成的三大汙染源之一。自此,國際無線電組織開始對這種高能量脈衝形式的騷擾源進行研究並提出了丈量方法和限製要求。目前,這種電磁汙染的控製要求已被列進到世界各國的技術法規中。經過多年的技術規範,市場上運行的汽車基本實現了點火脈衝電磁噪聲的有效控製。


但是,隨著汽車技術的不斷進步和發展,汽車電子電器設備的大量應用,汽車電磁騷擾的特點及其產生的影響也有了巨大的變化。汽車產生電磁騷擾的源,不單純是點火係統,大量應用於車輛上的各種電子電器設備也同樣產生電磁騷擾。


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


2 汽車內電磁騷擾現象


汽車產生電磁騷擾的源有:高壓點火係統;各種感性負載(如,電機類電器部件);各種開關類部件(如,閃光繼電器);各種電子控製單元ECU;甚至各種燈具,無線電設備等。這些部件產生的騷擾會在汽車內部造成相互影響。下麵列舉一些實際發生的現象。


現象1,某種中高檔次轎車,由國外某著名汽車企業團體公司設計,在中國境內生產,具有高性能ABS係統。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。


現象2,國內生產的某一型號微型汽車,其發電機調節器經常出現易被擊穿損壞現象。經查,當雨刮器工作時,這種損壞現象就輕易發生。


分析上述兩個實例,造成這種現象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅動電機作為感性負載,在切斷電源時會產生反向電流並通過電源線傳輸到供電係統中,從而在電源係統中產生幹擾脈衝,一些電子部件在這種幹擾脈衝條件下,不能正常工作,甚至導致損壞。


現象3,一種國內開發生產的安全氣囊,在汽車整車裝配線上忽然引爆。經對安全氣囊的電子引爆控製器進行試驗檢查,發現其不能承受較強的環境輻射電磁場,當有靜電放電發生時,會有誤動作。


3 汽車內電磁騷擾的特點


車輛內部的電磁騷擾特點不同於車輛對外部的騷擾。車內電磁騷擾可以通過各種連接線纜傳播,也會以耦合方式、空間輻射發射的方式進行傳播。典型的形式有:沿電源線傳導騷擾;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。下麵就一些典型騷擾源的特點進行分析。


(1)發動機點火係統產生沿電源線傳導的騷擾




R0—線路阻抗 K—開關 B—點火線圈
圖1 點火係統電原理框圖



發動機點火係統的電路框圖如圖1。傳感器獲取點火信號Va,由驅動電路在點火線圈低級產生一通斷的脈衝電流Ib,線圈次級產生高壓脈衝使火花塞放電,點燃發動機燃油混合氣作功。當線圈低級回路通斷變化過程時,低級繞組會產生瞬變電壓,次級繞組產生高電壓使火花塞放電,殘餘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係統中,幹擾電源係統,產生一波動電壓ΔV。


如圖2。一般情況下,實驗丈量得到ΔV 為2~4V。

圖2 點火係統各部位信號時序圖

汽車中應用的各種電子控製單元,要求有一個穩定的電源電壓供電,才能正常工作。當供電係統中出現電壓波動(如,ΔV),會對電子模塊的正常工作產生影響。


(2)感性負載產生沿電源線傳導的騷擾

汽車內使用的各種類型的電機都屬於感性負載。如:雨刮器驅動電機,汽車啟動電機,熱風電機等。這類負載特性電路如圖3。當感性負載的供電被忽然切斷時,會產生反向瞬變電壓Vc,如圖4。線圈初始儲能越大,關斷速度越快,瞬變過電壓就越高。實測結果,一般Va 為-100~-300V,ts 為0.2~0.5s。

R0—線路阻抗 K—開關 L—感性負載 RL—感性負載內阻
圖3 感性負載特性電路圖

圖4 感性負載瞬變電壓

這種類型的騷擾固然不具有連續性,但是它的瞬變電壓的幅值相當大,偶然的出現會對電子模塊造成嚴重影響,甚至損壞。前文中先容的發電機調節器擊穿損壞就是因這種反向瞬變電壓造成的嚴重後果。


(3)靜電放電對車內電子部件的騷擾

人體會產生靜電,尤其在我國的北方地區,冬天天氣幹燥,人體輕易產生靜電。人體靜電碰到一些導體就會開釋出來。有直接放電,人們感覺不到。當靜電儲存到一定程度後,會通過空氣放電,甚至會有火花產生,人們就會有強烈的放電感覺。人們在使用汽車時,這種靜電放電現象是不可避免地會產生。

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,會使一些電子控製單元產生誤動作,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製器的誤動作。


(4)部件或線纜間的相互耦合騷擾

汽車中的各種線纜經常將他們捆綁成一束沿汽車內側布置,電源線中的瞬變騷擾會耦合到信號線或控製線中,形成差摸信號,會對車內ECU 等電子模塊產生影響。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。人們關注的頻率範圍是150kHz~1000MHz。其它頻段的騷擾也是存在的,人們正在進行研究。


4 電磁騷擾的抑製


電磁騷擾的抑製措施的選用,首先考慮騷擾源,要根據不同的騷擾源的特點采取不同的抑製方式。如:點火係統的騷擾;電源供電係統的騷擾;電感性負載或開關性負載引起的騷擾等。其次,考慮騷擾的傳播途徑,這對采取有效地抑製措施非常重要。騷擾途徑可以是:通過供電係統的電纜;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,騷擾抑製應充分考慮抑製本錢。一般的處理方式,限製騷擾源產生的騷擾噪聲達到規定的公道範圍內;同時被騷擾體應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。無窮製地加大騷擾抑製會成倍地增加抑製本錢,這在實際應用中是非常不可取的做法。


汽車電子電器部件的騷擾抑製方式,一般規定若幹等級限值,不同部件根據其特點和使用方式的不同,選擇一種公道的等級限值,以降低抑製本錢。


對來自車內供電係統的騷擾,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製器,吸收各種瞬變電壓產生的騷擾能量。最好的方式是保證蓄電池電纜接線良好。若負極搭鐵,應保證搭鐵電阻值最小。見圖1 和圖3,應盡可能保證線路阻抗R0 達最小值,甚至為零。


對於線纜間耦合引起的騷擾,一種節省本錢的方法是在車內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 控製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製線和信號線的好方法。

對於電感性負載引起的騷擾,抑製方式可以采用並聯一個適當數值的電容器,以消除反向過電壓。總體講,騷擾抑製措施的方式有很多種,但回納整理為:屏蔽、濾波、接地、阻尼。


5 結束語


總之,汽車內電磁騷擾及其產生的影響是重大的,關係到汽車安全可靠性。人們應該意識到現代電子化汽車中出現的很多新題目,在相當程度上與電磁騷擾的影響有關。


來源: 電磁兼容EMC

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