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汽車電器電磁干擾的分析與抑制

更新時(shí)間:2017-10-16      點(diǎn)擊次數(shù):2761

帶電物體周圍都存在電場,而周期變化的電場將會產(chǎn)生周期變化的磁場,也就存在電磁波,產(chǎn)生電磁輻射,如果這種輻射的量超過限定條件,就會對環(huán)境形成電磁污染.由于汽車電控技術(shù)的不斷進(jìn)步,今天的車輛與以往的大不相同,擁有眾多接收電磁波的設(shè)備,比如、導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控防盜系統(tǒng)及PC 產(chǎn)品等的廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致汽車電磁干擾成為除汽車排放污染和噪聲污染之外的第三大污染.汽車產(chǎn)生的電磁干擾不但會影響鄰近的無線電接收質(zhì)量,而且也對汽車內(nèi)部的各種電子控制系統(tǒng)造成不良影響,使其不能持續(xù)的提供可靠服務(wù).還有近年來油價(jià)的飛漲,混合動力汽車作為新能源汽車的趨勢越來越被世界汽車大國所看重, 汽車電磁輻射對車輛內(nèi)外環(huán)境及人體的影響也是一個應(yīng)該關(guān)注的問題.

1、汽車電磁干擾現(xiàn)象

電磁干擾(EMI)是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音,EMI 通常由電磁輻射發(fā)生源如馬達(dá)和機(jī)器產(chǎn)生.由于汽車各控制單元通過CAN 總線匯集在車載電腦上;因此,各控制單元之間就會通過導(dǎo)線產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,下面列舉一些實(shí)際發(fā)生的現(xiàn)象.
現(xiàn)象1:當(dāng)汽車通過電磁輻射大的區(qū)域時(shí),會發(fā)現(xiàn)汽車上的儀表會莫名其妙的改變數(shù)據(jù),而且收音機(jī)的使用受到很強(qiáng)的影響;

現(xiàn)象2:某種中轎車,本身具有高性能ABS 系統(tǒng).樣車在一次實(shí)況測試中遇到了雨天,啟動雨刮器,在某一車速運(yùn)行時(shí),ABS 突然失去了作用;

現(xiàn)象3:國內(nèi)生產(chǎn)的某一型號中型客車,在使用閃光燈時(shí),乘客車門卻莫名其妙的打開.從現(xiàn)象1 中可以知道當(dāng)車輛駛過高強(qiáng)度的電磁場時(shí), 會被強(qiáng)大輻射源包圍, 輻射透過車體的孔隙穿入,干擾車載電器系統(tǒng).這個主要是受到車輛外輻射的干擾.而現(xiàn)象2 和現(xiàn)象3 屬于車內(nèi)干擾,都是由于汽車各控制系統(tǒng)被各自所產(chǎn)生的電磁波干擾了各自正常工作,如果駕駛員在操作車輛時(shí),車輛功能上的任何不當(dāng),都有可能會導(dǎo)致危險(xiǎn)產(chǎn)生.汽車內(nèi)干擾是如何產(chǎn)生的? 又應(yīng)如何改善或減少這方面的干擾,保證汽車的行駛安全呢?

2、汽車電器電磁干擾產(chǎn)生機(jī)理

2.1汽車電器產(chǎn)生電磁干擾的來源

隨著計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的快速發(fā)展以及用戶對汽車的燃油經(jīng)濟(jì)型、安全性和舒適性的更高要求,汽車上安裝有大量的電氣和電子器件,比如各個電控系統(tǒng)使用的伺服電機(jī)、各種電磁閥、電子傳感器和電控單元(ECU)以及各種控制系統(tǒng).車上主要的微機(jī)控制系統(tǒng)見表1.這些設(shè)備都是靠車載網(wǎng)絡(luò)供電,而且各個系統(tǒng)的電線和電纜都是捆成一個線束,在如此狹小的空間工作,難免會互相干擾而導(dǎo)致工作失常.汽車產(chǎn)生電磁干擾的來源, zui主要的就數(shù)點(diǎn)火系統(tǒng),以及電源充電系統(tǒng)等.這些控制系統(tǒng)大部分都要使用到電動機(jī), 由于電機(jī)都是帶有整流器的直流永磁電機(jī), 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中難免產(chǎn)生電火花, 從而引起較強(qiáng)的電磁波.

表1 車上主要的微機(jī)控制系統(tǒng)

2.2 汽車電器電磁干擾產(chǎn)生原因分析

汽車電器設(shè)備中有許多導(dǎo)線、線圈和元件,有著不同的電容和電感.產(chǎn)生電磁干擾有以下幾方面原因:一是各個系統(tǒng)的導(dǎo)線常常是捆成一個線束, 反饋脈沖較易從一系統(tǒng)傳入相鄰系統(tǒng)的I /O 接口而干擾其部件正常工作;二是各種電器部件接通和斷開時(shí)(如伺服電機(jī)),產(chǎn)生的干擾會以信號脈沖的形式傳播(即電流和電壓會改變),影響電控單元(ECU)接收的信號而導(dǎo)致誤發(fā)出指令;三是任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路,當(dāng)汽車上的電器設(shè)備工作產(chǎn)生火花時(shí)就會產(chǎn)生高頻振蕩,以電磁波的形式發(fā)射到空氣中形成電磁干擾.以點(diǎn)火系統(tǒng)為例:在傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)中,電源供給的低壓直流電,經(jīng)斷電器和點(diǎn)火線圈轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?,再?jīng)配電器分送到各缸火花塞,在火花塞的電極間產(chǎn)生電火花,點(diǎn)燃可燃混合氣體,使發(fā)動機(jī)工作.

在發(fā)動機(jī)工作期間,斷電器觸點(diǎn)每開、閉一次,則會使得初級線圈電路發(fā)生一種衰減振蕩.

①當(dāng)觸點(diǎn)閉合,觸點(diǎn)閉合一次則側(cè)電流增長,初級線圈電流按指數(shù)規(guī)律增長并趨于極限值UB /R,初級電流波形如圖1;

圖1 初級電路波形

②觸點(diǎn)打開后,初級電流Ip 迅速降到0,磁通也隨之迅速減少,如圖1 所示.此時(shí),在初級繞組和次級繞組中都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,初級繞組匝數(shù)少,產(chǎn)生200 V~300 V 的自感電勢,次級繞組由于匝數(shù)多,產(chǎn)生高達(dá)15 kV~20 kV 的互感電勢U2, 次級電壓波形如圖2 所示.觸點(diǎn)打開后,初級電路由L、R、C 組成振蕩回路,產(chǎn)生衰減振蕩.在次級繞組中的感應(yīng)電動勢也發(fā)生相應(yīng)的變化;

圖2 次級電壓波

③火花塞被擊穿放電: 電容放電, 為大電流;短時(shí)間電感放電,為小電流,且時(shí)間較長.次級電流波形如圖3.在放電過程中伴隨有高頻振蕩,這一高頻振蕩是汽車電磁干擾的主要原因.


圖3 次級電流波形
3、汽車電器電磁干擾抑制

如何降低汽車內(nèi)電磁干擾,首先應(yīng)考慮干擾源,要根據(jù)不同干擾源的特點(diǎn)采取不同的抑制方式.如:點(diǎn)火系統(tǒng)干擾、電源供電系統(tǒng)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.汽車所產(chǎn)生的電磁干擾按其傳播方式可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾. 傳導(dǎo)干擾是在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接,干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器,發(fā)生干擾現(xiàn)象;輻射傳播則是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播,干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射.根據(jù)這些干擾源及傳播途徑改善電磁干擾,具體的抑制方法如下.

3.1汽車電器的電磁兼容性(EMC)

電磁兼容性(EMC)是指電器電子產(chǎn)品能在電磁環(huán)境中正常工作,并不對該環(huán)境中其它產(chǎn)品產(chǎn)生過量的電磁干擾;因此,EMC 包括兩個方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性;因此,所有的電子系統(tǒng)和部件在開發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃和構(gòu)思階段中,首先就應(yīng)考慮電磁兼容(EMC)對干擾預(yù)防和抑制的要求是否符合標(biāo)準(zhǔn).

3.2用屏蔽遮掩

在設(shè)計(jì)的時(shí)候提早考慮到瞬間高壓產(chǎn)生的磁場, 從而選擇較好的高壓線外皮也可以有效的降低及屏蔽干擾.對于汽車上容易產(chǎn)生火花的電器用金屬罩、導(dǎo)線金屬網(wǎng)或金屬遮蓋,并搭鐵,使干擾的電磁波在金屬罩內(nèi)產(chǎn)生渦流,電磁波不能輻射出去,但這種措施的成本較高.

3.3加阻尼電阻或?yàn)V波器

在點(diǎn)火裝置的高壓電路中串入阻尼電阻,可有效減弱高頻振蕩.有實(shí)驗(yàn)證明,阻尼電阻的阻值越大,抑制效果越好.但阻值過大,則會影響火花塞電極的火花能量而影響點(diǎn)火,一般不超過20 kΩ.如果電器部件中使用的干擾抑制措施還不能應(yīng)付特殊用途的要求(如急救車),還可以選用加裝濾波器,減少電磁干擾.

3.4用電容器吸收火花

在產(chǎn)生火花處并聯(lián)接入一個電容器,可以吸收火花,從而削減高頻電磁波的發(fā)射,而且電容器成本不高,使用技術(shù)也較為成熟.

3.5優(yōu)化布線

合理布線,合理規(guī)劃線束,使大功率干擾電路應(yīng)盡可能緊靠負(fù)載,小功率敏感電路緊靠信號源,盡量分開大功率電路和小功率電路,減小線束間感應(yīng)干擾和輻射干擾.

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