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汽車抗電磁干擾措施有哪些

嘉峪檢測網        2019-11-21 16:42

汽車產生電磁干擾的源,不單純是點火系統,應用于車輛上的各種電子電器設備也同樣產生電磁干擾。干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。

 

1.汽車內電磁干擾現象

汽車產生的電磁干擾會在汽車內部造成相互影響,舉例如下:例1,某種中高檔轎車,具有高性能ABS系統,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。例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 象就容易發生。造成這種現象的主要原因為雨刮器驅動電機是感性負載,在切斷電源時會產生反向電流并通過電源線傳輸到供電系統中,從而在電源系統中產生干擾 脈沖,使一些電子部件不能正常工作,甚至損壞。例3,一種國內開發生產的安全氣囊,在汽車整車裝配線上突然引爆。經查發現該安全氣囊的電子引爆控制器不能 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。

 

2.汽車電子設備的EMI危害及特點

 

工業發展不僅給人們生存環境帶來一些憑感官就可識別的有形污染,諸如水、空氣及噪聲污染。然而,伴隨電子技術的發展尤其是數字電路、移動通信和開關電源的普及應用,又多了一種憑感官無法感覺到的無形污染,這就是電磁干擾(EMI),或叫電磁噪聲。

電子設備輻射、泄漏的電磁波不僅對電子設備本身造成嚴重干擾,而且也威脅著人類的健康與安全。

現代汽車上的各個電器工作方式不同,它們之間會以不同的方式彼此侵擾。通常所有汽車電器具有相容性,即能在車上共同工作而不干擾其他電器的正常工作,同時也有抵抗其他電器干擾的能力。

對汽車電子設備的電路來說,任何因素激發出的電路中的振蕩,都會通過導線等以電磁波的形式發射出去,不僅干擾收音機、通信設備,而且對車上具有高頻響應特 點的電子系統也會產生電磁干擾。同時由車外收發兩用機之類的無線電設備、雷達、廣播電臺等發射無線電波,會干擾汽車上的儀器,使電子控制裝置失控。因此, 汽車上應用計算機(控制器)等,都應具有良好的電磁屏蔽措施,一旦屏蔽損壞,也會導致工作異常。

 

車內電磁干擾傳播方式特點:

 

(1)感性負載產生沿電源線傳導的干擾。汽車內使用的各種感性負載,如:雨刮器驅動電機、汽車啟動電機、暖風電機等。當供電被突然切斷時,會產生反向瞬變 電壓U c,線圈初始儲能越大,關斷速度越快,瞬變過電壓就越高。一般U c為一100~300V;t s為0.2~0.5s。這類于擾雖然不具有連續性,但是它的瞬變電壓的幅值相當大,會對電子模塊造成嚴重影響,甚至損壞。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后果。

 

(2)靜電放電對車內電子部件的干擾。遇到導體就會釋放出來。當靜電儲存到一定程度后,會通過空氣放電,甚至會有火花產生,人們就會有強烈的放電感覺在使 用汽車時,這種靜電放電現象不可避免地會產生靜電放電的干擾特點是: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生誤動 作,嚴重的會損壞電子單元。

 

(3)部件或線纜間的相互耦合干擾。汽車中經常將各種線纜捆綁成一束沿汽車內側布置,電源線中的瞬變干擾會禍合到信號線或控制線中,形成差模信號,會對車內ECU等電子模塊產生影響。

 

(4)輻射干擾。干擾能量的電磁波輻射形式,頻率范圍是150kHz~1000MHz。 汽車電子設備的EMI干擾源有:①點火系統,其十擾在接收機音頻中表現為有韻律的爆聲或滴答聲,且音調直接與引擎速度有關,當引擎負載增大時干擾幅度也增 大。通常解決點火噪聲的方法是安裝電阻火花塞和線。目前,大多數汽車都標配電阻火花塞和線。通常更換新的火花塞和線將有助于減小噪聲,因為很多噪聲都源于 點火系統元件故障。②充電系統,包括交流發電機,由固態穩壓器控制。由于交流電在交流發電機中僅被整流,未被濾波,輸出存在紋波。充電系統噪聲通過汽車布 線傳到設備,影響接收機和發射機的音頻部分。該噪聲可以從接收機音頻或者發射信號中的嗚嗚聲來辨別,更準確的方法是將充電系統暫時斷開。充電系統噪聲的音 調、強度與引擎速度和充電系統負載有關。當開燈時充電系統負載增大,可以發現嗚嗚聲更大。這時應檢查交流發電機與電池的連線是否腐蝕或者接觸不良,及固態 穩壓器是否良好如都正常,則用0.47μF和0.01μF電容并聯,接到輸出與地線間進行濾波。

由于汽車使用了多個不同的電動機,這些電動機有可能產生EMI,很難從干擾聲中判斷出是哪個的問題。一般表現為劈啪聲,也有類似于充電系統的嗚嗚聲。電動機干擾的診斷要借助于專門的儀器。干擾不僅可以傳導,而且還可能輻射,所以,要在干擾源附近就近濾波處理。

汽車中使用的微處理器(單片機)需要由時鐘驅動。時鐘產生電路是一個振蕩電路,由于振蕩波形為方波,其諧頻豐富,可以延展到很高的頻率,所以接收機很可能 被等頻率間隔的干擾信號所影響,或者可以在整個波段聽到寬帶的數字噪聲。可以使用接收機調到干擾頻率,去探測是哪塊控制板出現了問題,然后采取增加屏蔽罩 或將屏蔽罩妥善接地的方法減輕干擾,另外,在導線上套上磁環也有助于減輕干擾。汽車的電子設備會影響無線電設備,發射設備也會影響到汽車的電子設備。需確 保電源線、天線饋線與汽車的布線和電子系統越遠越好。正確安裝天線,最好在車頂上或車的后部。盡量使大線系統的駐波比(SWR)最低。檢查天線饋線屏蔽是 否良好,屏蔽網是否足夠密。

 

3.無線電干擾的分類及成因

 

無線電干擾指在射頻(9kHz~3000GHz)頻段內,無線電干擾按干擾源的性質分為自然于擾(來自自然現象,是無法控制的)和人為干擾(來源于機器或其他人下裝置,是可控制的)。人為干擾又可區分為無線電設備干擾和非無線電設備干擾兩類。

非無線電設備干擾包括工業、科研、醫療等電器設備干擾,電力線干擾等無線電設備干擾主要有:

 

(1)同頻干擾。凡由其他信號源發送出來,與有一用信號的頻率相同并以同樣的方法進入收信機中頻通帶的干擾,都稱為同頻干擾。當兩個信號出現載頻差時,會 造成差拍干擾;當兩個信號的調制度不大或存在相位差時也會引起失真干擾。干擾信號越大,接收機的輸出信噪比越小。當干擾信號足夠大些,可造成接收機的阻塞 干。擾這種干擾,大都是由于同頻復用距離太小造成的。

 

(2)令頻干擾。凡是在收信機射頻通帶內或通帶附近的信號,經變頻后落入中頻通帶內所造成的干擾,稱為鄰頻干擾。這種干擾會使收信機信噪比下降,靈敏度降低;強干擾信號可使收信機出現阻塞干擾。這種干擾,大部分是由于無線電設備的技術指標不符合國家標準造成的。

 

(3)帶外干擾。發信機的雜散輻射和接收機的雜散響應產生的干擾,稱為帶外干擾。

①發信機的雜散輻射干擾。在VHF和UHF的低頻段,移動通信設備尤其是基站的發信機大都采用晶體振蕩器以獲得較高的頻率穩定度。這種干擾通常是由于倍頻次數多、倍頻器輸出回路的選擇性差、倍頻器之間的屏蔽隔離不良等因素使發信機的雜散輻射值過大造成的。

②收信機的雜散響應。接收機不僅接收有用信號,還接收無用信號。對無用信號的“響應”能力,通常稱為雜散響應,通常是由于發信機的雜散輻射造成的與收信機本身的本振頻率純度輸入回路和高放回路選擇性有著直接的關系。

 

4.減小汽車對無線電干擾的措施

 

汽車對無線電接收機的干擾,以點火系統最為嚴重,于擾的半徑可達幾百米。 電磁干擾的抑制要根據不同的干擾源的特點采取不同的抑制方式。其次,考慮干擾的傳播途徑干擾的途徑是:通過供電系統的電纜、天線或各種導線,通過耦合、空 間直接輻射電磁波等方式。干擾抑制應考慮成本。一般的處理方式為限制干擾源產生的干擾噪聲達到規定的合理范圍內;同時被干擾體應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。

對來自車內供電系統的干擾,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生的干擾能量。蓄電池電纜接 線應良好,若負極搭鐵,確保搭鐵電阻值最小。應盡可能保證線路電阻R0達最小值,甚至為零。對于線纜間耦合引起的干擾,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一個適當數值的電容器,以消除反向過電壓。

產生干擾的原因在于電氣設備系統的導線、線圈及其他部分的自感和電容形成振蕩回路,當以火花形式放電時,產生高頻振蕩,借高壓電線(或導線)向空中發射電磁波,切割接收機的天線,引起干擾。現代汽車上采用如下方法防止這種干擾:

(1)加裝減擾電阻。在形成高頻振蕩的電路中,例如在分電器至點火線圈和分電器至火花塞之間的高壓電路中,串連6000~15000Ω的減擾電阻,因振蕩回路的阻力足夠大,可使其不發生振蕩放電現象,不再發生電磁波而干擾無線電阻尼電阻的結構見。

阻尼電阻的結構

(2)加裝減擾電容器。在所有可能產生火花放電的接觸點間,并聯一容量為0.5~0.1μF的電容器,用以吸收火花,避免高頻振蕩電磁波的反射,不致發生振蕩放電現象。

(3)加裝金屬屏蔽。將所有容易發射電磁波的電器及導體,用金屬網或屏蔽罩包起來。這樣當電磁波或高頻電磁振蕩遇到金屬屏壁后,電磁感應在金屬屏壁內產生 渦流,使電磁波消耗于渦流的熱效應中,不能向外發射,從而可以避免對無線電波的干擾。但是,要很好地避免干擾,必須遮掩完全,防止漏隙,并使各接頭與車架 接觸良好。另外,將發動機體用銅絲編帶與駕駛室金屬部分可靠地連接,也可作為金屬屏蔽,為了防止干擾,上述方法也可合并采用。裝有高靈敏度無線電設備時的 防干擾裝置見,裝有收音機的汽車防于擾系統見。

裝有高靈敏度無線電 設備時的防干擾裝置裝有收音機的汽車防干擾系統

 

5.電磁干擾引起的汽車故障實例

 

在汽車電控系統中,傳感器產生的低于1V的弱電信號很容易受到電磁干擾,成為錯誤信號,所以加裝了屏蔽線來防止電磁干擾。一但屏蔽線損壞,ECU就會收到被干擾的信號而失去正常控制,且自診斷系統的報警燈閃爍。

 

例1 一輛雪佛來轎車,在氧傳感器附近自行加裝了一個高音喇叭,電源線取自點火開關不久,發現發動機報警燈不時出現報警現象,提取故障碼為13(氧傳感器),測 量氧傳感器的輸出電壓,其值在0.1~0.3V間不停變化,說明氧傳感器正常,但當按喇叭時,氧傳感器輸出信號就發生混亂,發動機的運轉也瞬時失常。將喇 叭拆除后,故障排除。原來這是人為制造干擾源的典型事例。汽車電器元件的安裝位置和線路布置有一定設計要求,隨意加裝報警及防盜等裝置,會引發電控系統工 作異常。

 

例2 一輛豐田皇冠3.01轎車,已行駛12萬km,大修發動機后,只運轉了幾分鐘故障報警燈就報警,讀取的故障碼為55(即防爆燃傳感器故障),消碼后再啟動 發動機,故障依舊。測量防爆燃傳感器的工作電壓,為0.5V以下的正常脈動電壓,說明防爆燃傳感器工作正常,順著線路進行檢測時,發現屏蔽線斷路,將屏蔽 線接好,消碼后重新啟動發動機,故障排除。

電磁干擾造成的控制系統故障,主要發生在發動機運行過程中,一旦發動機停山運行,故障現象自行消失。當故障自診斷系統報警后,如果檢取故障碼,由于ECU 的記憶功能,可順利實現。如果控制系統的故障確實系電磁干擾所致,靜態測量元件的電壓信號,會發現傳感器、線路、ECU等均正常。

 

例3 一輛豐田佳美轎車,行駛數萬km,ABS故障自診斷系統報警,檢取故障碼為31(前右輪速傳感器)、32(前左輪速傳感器)、33(后石輪速傳感器)、 34(后左輪速傳感器),考慮到4個輪速傳感器及相關線路同時損壞的可能性較小,因整車的其他控制系統工作正常,ECU發生故障的可能性也較小,最后將故 障原因重點定位于電磁干擾。經查找,是輪速傳感器的屏蔽線破壞嚴重。修復后,清除故障碼,路試一切正常。原來由于該車ABS傳感器為電磁式,低速區工作時 所產生的信號電壓極其微弱,而ABS則需要借助于高靈敏的信號電壓才能通過ECU調節車輪制動力的大小。為保證信號的準確性,輪速傳感器上設有屏蔽網,一 旦該屏蔽網受到破壞,汽車上的高頻電磁波就會對輪速傳感器的正常工作產生干擾,導致ABS失靈或產生誤動作,故障自診斷。

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來源:Internet

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