电磁干扰对汽车的危害及抑制(二)

摘 要：叙述汽车内电磁干扰（EMI）现象、危害及特点；无线电干扰的分类及成因；减小汽车对无线电干扰的措施；电磁干扰引起的汽车故障实例。汽车曲轴信号的干扰可能导致发动机熄火，曲轴信号电磁波干扰主要来自点火系统。通过对Roewe某款车型的曲轴信号干扰的分析，研究采用屏蔽线方式改善曲轴信号的干扰，在不改变点火方式的前提下，得到比较干净的曲轴信号。为汽车电子电器系统抗干扰设计提供了有价值的参考依据。

关键词：汽车电子设备，汽车点火系统，曲轴信号，电磁干扰，抑制措施

4 电磁干扰引起的汽车故障实例

4.1电磁干扰引起的故障

在汽车电控系统中，传感器产生的低于1V的弱电信号很容易受到电磁干扰，成为错误信号，所以加装了屏蔽线来防止电磁干扰。一但屏蔽线损坏，ECU就会收到被干扰的信号而失去正常控制，且自诊断系统的报警灯闪烁。

例1 一辆雪佛兰轿车，在氧传感器附近自行加装了一个高音喇叭，电源线取自点火开关不久，发现发动机报警灯不时出现报警现象，提取故障码为13(氧传感器），测量氧传感器的输出电压，其值在0.1—0.3V间不停变化，说明氧传感器正常，但当按喇叭时，氧传感器输出信号就发生混乱，发动机的运转也瞬时失常。将喇叭拆除后，故障排除。原来这是人为制造干扰源的典型事例。汽车电器元件的安装位置和线路布置有一定设计要求，随意加装报警及防盗等装置，会引发电控系统工作异常。

例2 一辆丰田皇冠3.01轿车，已行驶12万km，大修发动机后，只运转了几分钟故障报警灯就报警，读取的故障码为55（即防爆燃传感器故障），消码后再启动发动机，故障依旧。测量防爆燃传感器的工作电压，为0.5V以下的正常脉动电压，说明防爆燃传感器工作正常，顺着线路进行检测时，发现屏蔽线断路，将屏蔽线接好，消码后重新启动发动机，故障排除。 电磁干扰造成的控制系统故障，主要发生在发动机运行过程中，一旦发动机停止运行，故障现象自行消失。当故障自诊断系统报警后，如果检取故障码，由于ECU的记忆功能，可顺利实现。如果控制系统的故障确实系电磁干扰所致，静态测量元件的电压信号，会发现传感器、线路、ECU等均正常。

例3 一辆丰田佳美轿车，行驶数万km，ABS故障自诊断系统报警，检取故障码为31(前右轮速传感器)、32（前左轮速传感器)、33（后石轮速传感器）、34(后左轮速传感器），考虑到4个轮速传感器及相关线路同时损坏的可能性较小，因整车的其他控制系统工作正常，ECU发生故障的可能性也较小，最后将故障原因重点定位于电磁干扰。经查找，是轮速传感器的屏蔽线破坏严重。修复后，清除故障码，路试一切正常。原来由于该车ABS传感器为电磁式，低速区工作时所产生的信号电压极其微弱， 而ABS则需要借助于高灵敏的信号电压才能通过ECU调节车轮制动力的大小。为保证信号的准确性，轮速传感器上设有屏蔽网，一旦该屏蔽网受到破坏，汽车上的高频电磁波就会对轮速传感器的正常工作产生干扰，导致ABS失灵或产生误动作，故障自诊断系统发出报警。

5 减小汽车对无线电干扰的措施

5.1现代汽车抗干扰的措施

汽车对无线电接收机的干扰，以点火系统最为严重，干扰的半径可达几百米。 电磁干扰的抑制要根据不同的干扰源的特点采取不同的抑制方式。其次，考虑干扰的传播途径干扰的途径是：通过供电系统的电缆、天线或各种导线，通过耦合、空间直接辐射电磁波等方式。干扰抑制应考虑成本。一般的处理方式为限制干扰源产生的干扰噪声达到规定的合理范围内；同时被干扰体应具有一定的抵抗干扰的能力，以达到相互共存、互不影响的状态。 对来自车内供电系统的干扰，一种简单而有效的方法是利用蓄电池作为一个极低阻抗、大容量的瞬变电压抑制器，吸收各种瞬变电压产生的干扰能量。蓄电池电缆接线应良好，若负极搭铁，确保搭铁电阻值最小。应尽可能保证线路电阻R0达最小值，甚至为零。对于线缆间耦合引起的干扰，最好的方式为将ECU控制线或信号线与电源线分开布置，以减小因耦合而引起的干扰信号侵入。此外，采用屏蔽电缆的方式，也是避免外界电磁干扰侵入控制线和信号线的好方法。

对于电感性负载引起的干扰，抑制方式可以采用并联一个适当数值的电容器，以消除反向过电压。 产生干扰的原因在于电气设备系统的导线、线圈及其他部分的自感和电容形成振荡回路，当以火花形式放电时，产生高频振荡，借高压电线（或导线）向空中发射电磁波，切割接收机的天线，引起干扰。

现代汽车上采用如下方法防止这种干扰：

 (1)加装减扰电阻。在形成高频振荡的电路中，例如在分电器至点火线圈和分电器至火花塞之间的高压电路中，串连6000—15000Ω的减扰电阻，因振荡回路的阻力足够大，可使其不发生振荡放电现象，不再发生电磁波而干扰无线电阻尼电阻的结构。 

(2)加装减扰电容器。在所有可能产生火花放电的接触点间，并联一容量为0.5—0.1μF的电容器，用以吸收火花，避免高频振荡电磁波的反射，不致发生振荡放电现象。

(3)加装金属屏蔽。将所有容易发射电磁波的电器及导体，用金属网或屏蔽罩包起来。这样当电磁波或高频电磁振荡遇到金属屏壁后，电磁感应在金属屏壁内产生涡流，使电磁波消耗于涡流的热效应中，不能向外发射，从而可以避免对无线电波的干扰。但是，要很好地避免干扰，必须遮掩完全，防止漏隙，并使各接头与车架接触良好。另外，将发动机体用铜丝编带与驾驶室金属部分可靠地连接，也可作为金属屏蔽，为了防止干扰，上述方法也可合并采用。

6 屏蔽线的结构原理、种类与特性

6.1屏蔽线的结构原理 

屏蔽布线系统源于欧洲，它是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层，利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应（所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体的表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿透能力越弱）实现防止电磁干扰及电磁辐射的能力，屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用，因此具有非常好的电磁兼容（EMC）特性。其结构如图2-1所示

图2-1 屏蔽线结构

屏蔽电缆的屏蔽原理不同于双绞线的平衡抵消原理，屏蔽电缆是在4对双绞线的外面多加1层或2层铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理，效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其它设备的工作。屏蔽线抵抗外界干主要体现在信号传输的完整性可以通过屏蔽系统得到一定的保证。 

6.2屏蔽线的种类与特性

近几年来，为了向高性能、舒适型发展，汽车正逐渐从一个开关控制一个动作的机能，转化为能自动感知驾驶环境的变化、选择最适合驾驶的状态的电子式装置。要进行这样复杂的控制，需要对微机准确无误的传送各种信息 ，而这些信息来自各种传感器，因此要求传感器在电流发生变化时开＼关能迅速切换（数字信号）。而瞬间的大电流、高电压的变化将产生大量的电磁波对各种传感器信号造成干扰。因此为了避免大电流、高电压外部的影响，在重要的数字回路电线上使用了各种屏蔽线[4]。

屏蔽线的种类不同，所选用的材料及特征个不一样。汽车上常用的有四种它们分别为：

1.横向包扎屏蔽线 它是由镀锡软铜线或软铜线做成，其特征在频率为10ＭHｚ的范围内，与网状多心屏蔽线相比，性能较低，但外径细，加工性优越。

2.网状屏蔽线 它是由镀锡软铜线或软铜线做成，其特征是对高、低频率不同的电磁波屏蔽性同样优越。

3.金属箔（铜）屏蔽线 它主要由铜箔构成，其特征是屏蔽功能与网状屏蔽线一样，但由于处理简单，所以加工性优越。

4.金属箔（铝）屏蔽线 它主要由铝箔构成，其特征是屏蔽功能最低但具有加工性好、质量轻的特点。6.3屏蔽方法的选择
  对于曲轴信号采用屏蔽线的接法，可采用双心屏蔽和单心屏蔽接法，如图3－1所示。

图3-1  2种屏蔽方式 

比较两种屏蔽方式的效果，如图3－2和3－3所示，曲轴信号的单心屏蔽优于双心屏蔽。屏蔽方案数据对比见表3.1。

图3-2采用屏蔽方式1的效果 

图3-3采用屏蔽方式2的效果

表3.1  屏蔽方案数据比较

7 结论

随着电子产品在汽车上的应用不断增多，产生的干扰也日益突出，在汽车上采用了各种抗干扰措施实验证明，Roewe某款车型采用单心屏蔽的曲轴信号线后，在不改变点火方式的前提下，曲轴信号噪声得到明显的改善。由此可见，采用被动抑制干扰的屏蔽方式，可以为汽车电子电器系统抗干扰设计提供有价值的参考依据。。

参考文献

[1] 上汽汽车标准化技术委员会。SMC 62011－2006／MGR ES:62.21.627.汽车电磁兼容性 (EMC)[S].

[2] ISO copyright office.ISO7637－2.Road vehicles－Electrical disturbances from conduction and coupling.Part 2:Electrical transient conduction along supply lines only[s].Switzerland:ISO,2004.

[3] 陈天殷.汽车电气电子兼容性及电磁干扰的抑制[J].汽车电器，2077，（1）：56－59.

[4]张华.上海金亭汽车线束有限公司技术部， 上海  20044