汽車(chē)電器電磁干擾的分析與抑制

帶電物體周?chē)即嬖陔妶?chǎng)，而周期變化的電場(chǎng)將會(huì )產(chǎn)生周期變化的磁場(chǎng)，也就存在電磁波，產(chǎn)生電磁輻射，如果這種輻射的量超過(guò)限定條件，就會(huì )對環(huán)境形成電磁污染.由于汽車(chē)電控技術(shù)的不斷進(jìn)步，今天的車(chē)輛與以往的大不相同，擁有眾多接收電磁波的設備，比如、導航系統、遙控防盜系統及PC 產(chǎn)品等的廣泛應用，導致汽車(chē)電磁干擾成為除汽車(chē)排放污染和噪聲污染之外的第三大污染.汽車(chē)產(chǎn)生的電磁干擾不但會(huì )影響鄰近的無(wú)線(xiàn)電接收質(zhì)量，而且也對汽車(chē)內部的各種電子控制系統造成不良影響，使其不能持續的提供可靠服務(wù).還有近年來(lái)油價(jià)的飛漲，混合動(dòng)力汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的趨勢越來(lái)越被世界汽車(chē)大國所看重， 汽車(chē)電磁輻射對車(chē)輛內外環(huán)境及人體的影響也是一個(gè)應該關(guān)注的問(wèn)題.

1、汽車(chē)電磁干擾現象

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)生源如馬達和機器產(chǎn)生.由于汽車(chē)各控制單元通過(guò)CAN 總線(xiàn)匯集在車(chē)載電腦上；因此，各控制單元之間就會(huì )通過(guò)導線(xiàn)產(chǎn)生傳導干擾，下面列舉一些實(shí)際發(fā)生的現象.
現象1：當汽車(chē)通過(guò)電磁輻射大的區域時(shí)，會(huì )發(fā)現汽車(chē)上的儀表會(huì )莫名其妙的改變數據，而且收音機的使用受到很強的影響；

現象2：某種中轎車(chē)，本身具有高性能ABS 系統.樣車(chē)在一次實(shí)況測試中遇到了雨天，啟動(dòng)雨刮器，在某一車(chē)速運行時(shí)，ABS 突然失去了作用；

現象3：國內生產(chǎn)的某一型號中型客車(chē)，在使用閃光燈時(shí)，乘客車(chē)門(mén)卻莫名其妙的打開(kāi).從現象1 中可以知道當車(chē)輛駛過(guò)高強度的電磁場(chǎng)時(shí)， 會(huì )被強大輻射源包圍， 輻射透過(guò)車(chē)體的孔隙穿入，干擾車(chē)載電器系統.這個(gè)主要是受到車(chē)輛外輻射的干擾.而現象2 和現象3 屬于車(chē)內干擾，都是由于汽車(chē)各控制系統被各自所產(chǎn)生的電磁波干擾了各自正常工作，如果駕駛員在操作車(chē)輛時(shí)，車(chē)輛功能上的任何不當，都有可能會(huì )導致危險產(chǎn)生.汽車(chē)內干擾是如何產(chǎn)生的？ 又應如何改善或減少這方面的干擾，保證汽車(chē)的行駛安全呢？

2、汽車(chē)電器電磁干擾產(chǎn)生機理

2.1汽車(chē)電器產(chǎn)生電磁干擾的來(lái)源

隨著(zhù)計算機信息處理技術(shù)的快速發(fā)展以及用戶(hù)對汽車(chē)的燃油經(jīng)濟型、安全性和舒適性的更高要求，汽車(chē)上安裝有大量的電氣和電子器件，比如各個(gè)電控系統使用的伺服電機、各種電磁閥、電子傳感器和電控單元（ECU）以及各種控制系統.車(chē)上主要的微機控制系統見(jiàn)表1.這些設備都是靠車(chē)載網(wǎng)絡(luò )供電，而且各個(gè)系統的電線(xiàn)和電纜都是捆成一個(gè)線(xiàn)束，在如此狹小的空間工作，難免會(huì )互相干擾而導致工作失常.汽車(chē)產(chǎn)生電磁干擾的來(lái)源， zui主要的就數點(diǎn)火系統，以及電源充電系統等.這些控制系統大部分都要使用到電動(dòng)機， 由于電機都是帶有整流器的直流永磁電機， 運轉過(guò)程中難免產(chǎn)生電火花， 從而引起較強的電磁波.

表1 車(chē)上主要的微機控制系統

2.2 汽車(chē)電器電磁干擾產(chǎn)生原因分析

汽車(chē)電器設備中有許多導線(xiàn)、線(xiàn)圈和元件，有著(zhù)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(gè)系統的導線(xiàn)常常是捆成一個(gè)線(xiàn)束， 反饋脈沖較易從一系統傳入相鄰系統的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(kāi)時(shí)（如伺服電機），產(chǎn)生的干擾會(huì )以信號脈沖的形式傳播（即電流和電壓會(huì )改變），影響電控單元（ECU）接收的信號而導致誤發(fā)出指令；三是任何一個(gè)具有電感和電容的閉合回路都會(huì )形成振蕩回路，當汽車(chē)上的電器設備工作產(chǎn)生火花時(shí)就會(huì )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)火系統為例：在傳統點(diǎn)火系統中，電源供給的低壓直流電，經(jīng)斷電器和點(diǎn)火線(xiàn)圈轉變?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(dòng)機工作.

在發(fā)動(dòng)機工作期間，斷電器觸點(diǎn)每開(kāi)、閉一次，則會(huì )使得初級線(xiàn)圈電路發(fā)生一種衰減振蕩.

①當觸點(diǎn)閉合，觸點(diǎn)閉合一次則側電流增長(cháng)，初級線(xiàn)圈電流按指數規律增長(cháng)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(kāi)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)生感應電動(dòng)勢，初級繞組匝數少，產(chǎn)生200 V～300 V 的自感電勢，次級繞組由于匝數多，產(chǎn)生高達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(kāi)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電動(dòng)勢也發(fā)生相應的變化;

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(cháng).次級電流波形如圖3.在放電過(guò)程中伴隨有高頻振蕩，這一高頻振蕩是汽車(chē)電磁干擾的主要原因.

圖3 次級電流波形
3、汽車(chē)電器電磁干擾抑制

如何降低汽車(chē)內電磁干擾，首先應考慮干擾源，要根據不同干擾源的特點(diǎn)采取不同的抑制方式.如：點(diǎn)火系統干擾、電源供電系統干擾等；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(chē)所產(chǎn)生的電磁干擾按其傳播方式可分為傳導干擾和輻射干擾. 傳導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(zhù)這個(gè)連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現象；輻射傳播則是通過(guò)介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場(chǎng)的規律向周?chē)臻g發(fā)射.根據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(chē)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(guò)量的電磁干擾；因此，EMC 包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設備在正常運行過(guò)程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)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，所有的電子系統和部件在開(kāi)發(fā)項目計劃和構思階段中，首先就應考慮電磁兼容（EMC）對干擾預防和抑制的要求是否符合標準.

3.2用屏蔽遮掩

在設計的時(shí)候提早考慮到瞬間高壓產(chǎn)生的磁場(chǎng)， 從而選擇較好的高壓線(xiàn)外皮也可以有效的降低及屏蔽干擾.對于汽車(chē)上容易產(chǎn)生火花的電器用金屬罩、導線(xiàn)金屬網(wǎng)或金屬遮蓋，并搭鐵，使干擾的電磁波在金屬罩內產(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加阻尼電阻或濾波器

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)驗證明，阻尼電阻的阻值越大，抑制效果越好.但阻值過(guò)大，則會(huì )影響火花塞電極的火花能量而影響點(diǎn)火，一般不超過(guò)20 kΩ.如果電器部件中使用的干擾抑制措施還不能應付特殊用途的要求（如急救車(chē)），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(gè)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(xiàn)

合理布線(xiàn)，合理規劃線(xiàn)束，使大功率干擾電路應盡可能緊靠負載，小功率敏感電路緊靠信號源，盡量分開(kāi)大功率電路和小功率電路，減小線(xiàn)束間感應干擾和輻射干擾.