电磁干扰对汽车的危害及抑制(一)

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

前 言

电磁干扰（Electromagnetic Interference）[1－2],简称EMI,有传导干扰和辐射干扰2种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过电介质或公共电源线互相产生的干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个点网络或电子设备。随着现代电子技术在汽车上的广泛应用，汽车上的电子产品越来越多，它们的增加使得汽车的电磁兼容问题日渐凸现出来。汽车电磁兼容性的研究就是为了防止汽车电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子电器设备的正常工作。

 汽车电子电气系统中，存在着多种形式的电磁干扰源，电磁干扰通过传导和辐射对车载电子设备产生不同程度的干扰。发动机点火系统是汽车电子电气系统中电磁干扰最强的干扰源。曲轴传感器信号是汽车发动机转速判断的重要依据，过度的曲轴信号干扰将导致发动机控制单元计数失效，发动机非正常熄火。汽车内电磁干扰及其产生的影响是重大的，关系到汽车安全可靠性。所以，分析研究发动机点火系统电磁干扰的形成机理，采取切实有效的措施抑制曲轴信号的干扰是尤其重要的。

1 汽车电子设备的干扰源 

1.1形成电磁干扰的系统

①点火系统，其干扰在收机音频中表现为有韵律的爆声或滴答声，且音调直接与引擎速度有关，当引擎负载增大时干扰幅度也增大。通常解决点火噪声的方法是安装电阻火花塞和线。目前，大多数汽车都标配电阻火花塞和线。通常更换新的火花塞和线将有助于减小噪声，因为很多噪声都源于点火系统元件故障。

②充电系统，包括交流发电机，由固态稳压器控制。由于交流电在交流发电机中仅被整流，未被滤波，输出存在纹波。充电系统噪声通过汽车布线传到设备， 影响接收机和发射机的音频部分。该噪声可以从接收机音频或者发射信号中的呜呜声来辨别，更准确的方法是将充电系统暂时断开。充电系统噪声的音调、强度与引擎速度和充电系统负载有关。当开灯时充电系统负载增大，可以发现呜呜声更大。这时应检查交流发电机与电池的连线是否腐蚀或者接触不良，及固态稳压器是否良好如都正常，则用0.47μF和0.01μF电容并联，接到输出与地线间进行滤波。 由于汽车使用了多个不同的电动机，这些电动机有可能产生EMI，很难从干扰声中判断出是哪个的问题。一般表现为劈啪声，也有类似于充电系统的呜呜声。电动机干扰的诊断要借助于专门的仪器。干扰不仅可以传导，而且还可能辐射，所以，要在干扰源附近就近滤波处理。 汽车中使用的微处理器（单片机）需要由时钟驱动。时钟产生电路是一个振荡电路，由于振荡波形为方波，其谐频丰富，可以延展到很高的频率，所以接收机很可能被等频率间隔的干扰信号所影响，或者可以在整个波段听到宽带的数字噪声。可以使用接收机调到干扰频率，去探测是哪块控制板出现了问题，然后采取增加屏蔽罩或将屏蔽罩妥善接地的方法减轻干扰，另外，在导线上套上磁环也有助于减轻干扰。汽车的电子设备会影响无线电设备，发射设备也会影响到汽车的电子设备。

1.2曲轴信号电磁干扰的形成

曲轴信号的干扰主要来自发动机点火系统，点火系统的电磁干扰主要来源于高压点火线、火花塞和点火线圈等几个部件[3]。当次级线圈达到火花塞间隙击穿电压时，火花塞间隙被击穿，储存于火花塞分布电容中的能量瞬间释放，放电时间极短，仅数微妙，但形成的放电电流则非常大，可达几十安培，这个过程称为电容放电过程。这一阶段的放电使次级电路电压电流形成陡峭的脉冲形式，这种宽带脉冲通过裸露的高压点火线对外辐射电磁波，造成周围环境的电磁干扰。随后，另一部分储存在次级线圈电感中的能量将维持放电，其特点是时间较长，为几毫秒，放点点流约几十毫安，这一过程称为电感放电（火花尾），该电流使气缸内的燃料充分燃烧，以保证点火可靠。可见需要抑制的是第一阶段的电容放电电流，该电流为宽带脉冲电流，宽带在0.15——1000ＭHｚ范围，是30——300ＭHｚ甚至更高频率无线电的主要干扰源。

 由于火花塞高压放电引起的电磁干扰主要是通过高压点火线向外辐射的，因此高压点火线此时成为干扰源的发射天线。天线的辐射功率与天线的激励电流的平方成正比，也就是说高压点火线上的电流越大，对外辐射的功率也就越大，造成的电磁干扰于强。图1－1为Roewe某款车型发动机点火系统和曲轴传感器的电路示意图。 

图1-1 发动机点火系统和和曲轴传感器电路图

曲轴信号对应的π型滤波电路如图1－2所示，

图1-2 曲轴信号滤波电路

它是一个典型的带通滤波器。发动机控制器对曲轴信号的触发条件为：上升沿触发，电压＞3.88V,持续时间＞2.644μｓ；下降沿触发 ，电压＜1.99V，持续时间＞0.659μｓ。Roewe该车型曲轴信号滤波前的噪声如图1－3所示，

图1-3  原始曲轴信号图 

如果干扰噪声达到一定带宽，π型滤波器将无法滤除曲轴信号噪声，发动机控制器曲轴计数脉冲呈现多齿现象，严重情况下可导致发动机熄火。
  因此抑制曲轴信号电磁干扰是非常有必要的。目前抑制点火系统对曲轴信号电磁干扰的措施有：

1.改变电磁干扰源（改变发动机点火方式）；○2屏蔽点火系统对曲轴信号产生的干扰。对于一个上市车型如果采用方法。

——主动降低干扰，所需的变更周期和验证周期非常长，不能满足市场的需求。采用方法。

——被动抑制干扰，改动相对比较简单，且验证周期短，满足短期的市场要求，因此采用方法。

2.综合几种被动抑制干扰的方法，发现屏蔽线对抑制曲轴信号电磁干扰效果比较好。

2  汽车电磁干扰的危害及特点 

2.1电磁干扰的危害

工业发展不仅给人们生存环境带来一些凭感官就可识别的有形污染，诸如水、空气及噪声污染。然而，伴随电子技术的发展尤其是数字电路、移动通信和开关电源的普及应用，又多了一种凭感官无法感觉到的无形污染，这就是电磁干扰，或叫电磁噪声。 电子设备辐射、泄漏的电磁波不仅对电子设备本身造成严重干扰，而且也威胁着人类的健康与安全。 现代汽车上的各个电器工作方式不同，它们之间会以不同的方式彼此侵扰。通常所有汽车电器具有相容性，即能在车上共同工作而不干扰其他电器的正常工作，同时也有抵抗其他电器干扰的能力。 对汽车电子设备的电路来说，任何因素激发出的电路中的振荡，都会通过导线等以电磁波的形式发射出去，不仅干扰收音机、通信设备，而且对车上具有高频响应特点的电子系统也会产生电磁干扰。同时由车外收发两用机之类的无线电设备、雷达、广播电台等发射无线电波，会干扰汽车上的仪器，使电子控制装置失控。因此，汽车上应用计算机（控制器）等，都应具有良好的电磁屏蔽措施，一旦屏蔽损坏，也会导致工作异常。

2.2车内电磁干扰传播方式特点

(1)感性负载产生沿电源线传导的干扰。汽车内使用的各种感性负载，如：雨刮器驱动电机、汽车启动电机、暖风电机等。当供电被突然切断时，会产生反向瞬变电压U c，线圈初始储能越大，关断速度越快，瞬变过电压就越高。一般U c为一100—300V；t s为0.2—0.5s。这类于扰虽然不具有连续性，但是它的瞬变电压的幅值相当大，会对电子模块造成严重影响，甚至损坏。发电机调节器击穿损坏就是因这种反向瞬变电压造成的严重后果。

 (2)静电放电对车内电子部件的干扰。遇到导体就会释放出来。当静电储存到一定程度后，会通过空气放电，甚至会有火花产生，人们就会有强烈的放电感觉在使用汽车时，这种静电放电现象不可避免地会产生静电放电的干扰特点是：高电压、短时间、微小电流。其干扰影响程度是巨大的，会使一些电子控制单元产生误动作，严重的会损坏电子单元。

 (3)部件或线缆间的相互耦合干扰。汽车中经常将各种线缆捆绑成一束沿汽车内侧布置，电源线中的瞬变干扰会祸合到信号线或控制线中，形成差模信号，会对车内ECU等电子模块产生影响。 

(4)辐射干扰。干扰能量的电磁波辐射形式，频率范围是150kHz—1000MHz。

3 汽车内电磁干扰的现象 

3.1汽车电磁干扰的相互影响

汽车产生的电磁干扰会在汽车内部造成相互影响，举例如下：

例1、某种中高档轿车，具有高性能ABS系统，样车在一次实况测试中遇到了雨天，启动雨刮器，在某一车速运行时，ABS突然失去了作用。
例2，国内生产的某一型号微型汽车，其发电机调节器经常出现易被击穿损坏现象，经查，当雨刮器工作时，这种损坏现象就容易发生。造成这种现象的主要原因为雨刮器驱动电机是感性负载，在切断电源时会产生反向电流并通过电源线传输到供电系统中，从而在电源系统中产生干扰脉冲， 使一些电子部件不能正常工作，甚至损坏。

例3、一种国内开发生产的安全气囊，在汽车整车装配线上突然引爆。经查发现该安全气囊的电子引爆控制器不能承受较强的环境辐射电磁场，当有静电放电发生时，会有误动作。