摩托车电控汽油机点火系统干扰和抑制研究

1、合肥工业大学本科毕业论文PAGE PAGE I摘 要要大阳CGG1255汽油机机的单片片机控制制系统是是准确控控制汽油油机点火火时刻、节气门门开度等等的关键键部件。然而，点火系系统在火火花跳火火时刻向向外的强强电磁干干扰对单单片机控控制系统统的可靠靠工作造造成了严严重威胁胁。本文文研究了了造成这这些影响响的干扰扰源的特特性，并并针对该该特性提提出了一一系列措措施以保保证单片片机控制制系统的的可靠工工作。本文详细细分析了了点火系系统的干干扰源特特性，并并以高压压线为例例分析计计算了由由于断电电器断开开瞬间高高压线上上电流的的脉动变变化所产产生的电电磁辐射射，计算算出了不不同频段段所对应应的远场场

2、和近场场距离。基于远远场和近近场的不不同特点点计算出出在不同同的场点点至源点点的距离离r和不不同的方方位角所对应应的电场场强度和和磁场强强度，并并绘制出出其变化化曲线。对于点火火系统而而言，电电磁干扰扰信号传传输耦合合的途径径主要有有传导和和辐射两两种方式式。传导导耦合又又可分为为电导性性耦合、电感性性耦合和和电容性性耦合。针对电电导性耦耦合，本本文中采采用光电电耦合器器、单片片机和点点火系统统独立供供电、点点火系统统初级电电路、次次级电路路、单片片机电路路等单独独设置地地线，并并在一点点接地的的方法来来抑制和和消除电电导性耦耦合干扰扰；针对对电容耦耦合和电电感耦合合干扰，在电路路设计上上采取

3、点点火信号号驱动电电路和单单片机电电路分开开设计布布线，并并在电路路板上采采取隔离离的措施施。针对对点火系系统对外外的电磁磁辐射耦耦合干扰扰，本文文中采用用盒状铁铁屏蔽壳壳将火花花塞和高高压线屏屏蔽起来来，屏蔽蔽壳接地地的方法法，此方方法可同同时起到到电场屏屏蔽和磁磁场屏蔽蔽的作用用。采取上述述屏蔽措措施后，经实验验证明，单片机机控制系系统在点点火系统统点火时时刻能够正正常工作作。关键词：汽油机机，单片片机，点点火系统统，抗干干扰合肥工业大学毕业论文PAGE PAGE IVABSTTRACCTGasoolinne CCG1225 DDayaang miccrocconttrolllerr co

4、ontrrol sysstemmisa keyy coompoonennt tto aaccuurattelyy coontrroltthe ignnitiion timmes, thhrotttlee oppeniing andd soo onn. Hoowevver, itt wiill creeat strrongg ellecttrommagnnetiic iinteerfeerennce to conntrool ssysttem whiile thee iggnittionn syysteem ssparrk iis fflasshinng,wwhicch wwilll taake

5、 a sseriiouss thhreaat tto tthe relliabble worrk. In thiis ppapeer,tthe chaaraccterristticss off thhe iinteerfeerennce souurcee iss taalkeed aand a sseriies of appproaach to enssuree a relliabble sinnglee-chhip conntrool ssysttem worrk aare reffereed tto. Inn thhis papper, a dettailled anaalyssis on

6、 thee chharaacteerissticcs oof tthe intterffereencee soourcce ffromm thhe iigniitioon ssysttem is donne, andd annalyysiss off ellecttrommagnnetiic rradiiatiionggeneeratted by thee hiigh volltagge ppulsse ccurrrentt att thhe mmomeent wheen tthe brookenn apppliianccediiscoonneect is alsso iinclludee i

7、nn thhe sstuddy bby ttakiing thee hiigh-tennsioon llinee ass ann exxampple.Andd thhen,thee coorreespoondiing farr-fiieldd annd nnearr-fiieldd diistaancee iss caalcuulatted. Baasedd onn faar-ffielld aand neaar-ffielld tto ccalcculaate thee thhe eelecctriic ffielld sstreengtth aand maggnettic fieeld s

8、trrenggth in diffferrentt poosittionn r andd thhe aazimmuthh annglee corrressponndinng tto, andd too maap oout itss pllanss. Foor tthe ignnitiion sysstemm, tthe maiinlyy twwo wwayss off ellecttrommagnnetiic iinteerfeerennce siggnall trranssmisssioon aare connducctioon aand raddiattionn. CCondducttio

9、nn caan bbe ddiviidedd innto connducctivve ccoupplinng, indducttivee cooupllingg annd ccapaacittivee cooupllingg. FFor thee coonduuctiiveccoupplinng, inn thhis artticlle tthe appproaach of opttocooupller, inndeppenddentt poowerr suupplly oof ssinggle-chiip aand an ignnitiion sysstemm, ssepaaratte gg

10、rouund wirre aand groounddingg poointt off prrimaary cirrcuiit oof iigniitioon ssysttem, seeconndarry ccirccuitt, mmicrrocoontrrolller cirrcuiits is inttrodduceed tto tthe inhhibiite or eliiminnatee thhecoonduuctiive couupliing intterffereencee; FFor intterffereencee frrom indducttivee cooupllingg a

11、nnd ccapaacittivee cooupllingg,sepparaate thee wiirinng oof tthe siggnall drriviing cirrcuiit aand sinnglee-chhip cirrcuiit iin tthe cirrcuiit ddesiign, annd ttakee meeasuuress too issolaate cirrcuiit bboarrds. For extternnal couupliing of eleectrromaagneeticc raadiaatioon iinteerfeerennceffromm igg

12、nittionn syysteem, in thee paaperr,a boox-sshapped iroon sshieeldiing sheell anddthee shhielldinng sshelll ggrouundiing metthodd iss ussed to shiieldd thhe ssparrk ppluggs aand higgh-ttenssionn liine.Thiis mmethhod cann bee pllayeed aat tthe samme ttimee thhe eelecctriic ffielld aand maggnettic fiee

13、ld shiielddingg roole. Wheen tthe aboove meaasurres hass beeen takken,thee exxperrimeent proovedd thhat thee siinglle-cchipp coontrrol sysstemm iss abble to worrk ppropperlly aat aall timmes wheen tthe ignnitiion sysstemm woorkss.KEY WORRDS：Gassoliine engginee, ssinggle-chiip, ignnitiion sysstemms,

14、antti-jjammmingg目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231556828 第一章绪绪论 PAGEREF _Toc231556828 h 1 HYPERLINK l _Toc231556829 1.11 目前前国内摩摩托车汽汽油机的的排放现现状 PAGEREF _Toc231556829 h 1 HYPERLINK l _Toc231556830 1.22 解决决排放问问题的主主要措施施 PAGEREF _Toc231556830 h 1 HYPERLINK l _Toc231556831 1.22.1 目前世世界常用用的措施施 PAGEREF _T

15、oc231556831 h 1 HYPERLINK l _Toc231556832 1.22.2 发动机机电控技技术和稀稀薄燃烧烧技术 PAGEREF _Toc231556832 h 22 HYPERLINK l _Toc231556833 1.33 本课课题内容容和目标标 PAGEREF _Toc231556833 h 3 HYPERLINK l _Toc231556834 第二章大大阳CGG1255汽油机机点火系系统干扰扰源特性性分析 PAGEREF _Toc231556834 h 44 HYPERLINK l _Toc231556835 2.11 大阳阳CG1125型型汽油机机点火系系统

16、及点点火系统统电磁干干扰源 PAGEREF _Toc231556835 h 44 HYPERLINK l _Toc231556836 2.11.1 大阳CGG1255型汽油油机点火火系统 PAGEREF _Toc231556836 h 44 HYPERLINK l _Toc231556837 2.11.2 大阳CGG1255型汽油油机点火火系统电电磁干扰扰源 PAGEREF _Toc231556837 h 4 HYPERLINK l _Toc231556838 2.22 大阳阳CG1125型型汽油机机点火系系统干扰扰源特性性分析 PAGEREF _Toc231556838 h 55 HYPER

17、LINK l _Toc231556839 2.22.1干干扰源分分析 PAGEREF _Toc231556839 h 5 HYPERLINK l _Toc231556840 2.22.2 大阳CGG1255型汽油油机点火火系统次次级点火火回路中中电流的的频谱分分析 PAGEREF _Toc231556840 h 6 HYPERLINK l _Toc231556841 2.22.3 大阳CGG1255型汽油油机点火火系统电电磁干扰扰源特性性分析 PAGEREF _Toc231556841 h 99 HYPERLINK l _Toc231556842 2.22.4 以高压压线上流流过的次次级电流流

18、为激励励电流的的电磁波波计算和和分析 PAGEREF _Toc231556842 h 110 HYPERLINK l _Toc231556843 第三章点点火系统统抗干扰扰措施 PAGEREF _Toc231556843 h 119 HYPERLINK l _Toc231556844 3.11传导干干扰及抑抑制措施施 PAGEREF _Toc231556844 h 19 HYPERLINK l _Toc231556845 3.11.1 沿导线线传导的的电磁干干扰 PAGEREF _Toc231556845 h 199 HYPERLINK l _Toc231556846 3.11.2 公共电电源

19、内阻阻耦合 PAGEREF _Toc231556846 h 119 HYPERLINK l _Toc231556847 3.11.3 公共地地线阻抗抗耦合干干扰 PAGEREF _Toc231556847 h 200 HYPERLINK l _Toc231556848 3.11.4 电容耦耦合与电电感耦合合干扰 PAGEREF _Toc231556848 h 220 HYPERLINK l _Toc231556849 3.22辐射耦耦合干扰扰及抑制制措施 PAGEREF _Toc231556849 h 220 HYPERLINK l _Toc231556850 3.22.1 火花塞塞和高压压线

20、电磁磁辐射源源屏蔽 PAGEREF _Toc231556850 h 220 HYPERLINK l _Toc231556851 3.22.2 点火驱驱动脉冲冲电缆的的屏蔽 PAGEREF _Toc231556851 h 221 HYPERLINK l _Toc231556852 3.22.3 试验结结果 PAGEREF _Toc231556852 h 211 HYPERLINK l _Toc231556853 第四章总总结及展展望 PAGEREF _Toc231556853 h 233 HYPERLINK l _Toc231556854 4.11.总结结 PAGEREF _Toc2315568

21、54 h 23 HYPERLINK l _Toc231556855 4.22.结论论 PAGEREF _Toc231556855 h 24 HYPERLINK l _Toc231556856 4.33.工作作展望 PAGEREF _Toc231556856 h 224 HYPERLINK l _Toc231556857 参考文献献 PAGEREF _Toc231556857 h 25 HYPERLINK l _Toc231556858 致谢 PAGEREF _Toc231556858 h 277 HYPERLINK l _Toc231556859 附录 PAGEREF _Toc23155685

22、9 h 288车辆与动力工程学院毕业论文PAGE PAGE 32第一章 绪论摩托车发发动机是是车用发发动机的的一个重重要成员员，它的的性能和和排放是是摩托车车的主要要技术指指标之一一。我国国是摩托托车大国国，目前前我国摩摩托车产产量占世世界总产产量的550%，年产量量10000万辆辆，国内内摩托车车的保有有量50000万万辆以上上。因此此，面对对日益严严峻的节节能和环环保问题题、尤其其是城市市环保问问题，解解决摩托托车的排排放污染染问题势势在必行行。1.11 目前前国内摩摩托车汽汽油机的的排放现现状20088年7月月1日起起开始摩摩托车第第三阶段段排放标标准的新新产品认认证，并并于20009年

23、年7月11日起要要求所有有新生产产摩托车车必须达达到摩托托车第三三阶段排排放标准准，即国国标准，标准要要求自实实施之日日起代替替GB1183552.22-20001(轻型汽汽车污染染物排放放限值及及测量方方法(III)，即国国II标标准。即即将实行行的国标准与与现正在在实行的的国标准相相比在以以下三个个方面有有所提高高: 首先先，增加加了低温温、冷起动动后排气气中COO和HCC排放试试验、双双怠速试试验、车车载诊断断(OBBD)系系统及其其功能等等检测项项目;其其次，严严格了排排放限值值;第三三，改变变了I型型试验和和W型试试验的试试验规程程。要满足国国标准，轻型车车只需加加装三元元催化转转化

24、器并并进行发发动机的的改进，而要达达到国标准，则需要要更多的的排放控控制技术术，如采采用更好好的催化化转化器器活性层层、催化化剂加热热、将催催化转化化器的安安装位置置靠近发发动机、二次空空气喷射射、带有有冷却装装置的排排气再循循环系统统及优化化的燃烧烧室涡流流形式等。显显然，与与国标准相相比，国国标准的的排放控控制技术术要复杂杂而困难难得多。1.22 解决决排放问问题的主主要措施施1.22.1目目前世界界常用的的措施目前世界界上控制制排放的的主要课课题是对对尾气的的治理，处理汽汽车尾气气的方法法大体分分为机内内净化和和机外净净化两种种。机内净化化是采用用以改善善发动机机燃烧过过程为主主的各种种

25、机内净净化技术术，用可可燃混合合气的质质量和燃燃烧状态态来控制制有害气气体的产产生，使使汽车排排放中有有害气体体成分减减至最少少。机内内净化技技术主要要有：废气再再循环(EGRR)系统统，可降降低NOOx的排排放量；利用电电子控制制汽油喷喷射装置置，使混混合气的的成分严严格控制制在理论论空燃比比附近，从而达达到最低低有害物物排放；使用低低污染燃燃料液化化石油气气(GPPL)；改进发发动机点点火系统统等。机外净化化又分为为排放后后处理技技术和非非排放污污染物处处理技术术。排放放后处理理技术是是需相应应地在发发动机外外部增设设一些附附属装置置，使汽汽车排出出的废气气净化后后再排入入大气。即使采用用

26、机外净净化技术术，也必必须建立立在良好好的机内内净化基基础上，否则排排放净化化效果不不佳，反反而还会会影响各各机外净净化装置置的使用用寿命。机外净化化技术主主要包括括：热反应应器；二次空空气喷射射，即将将新鲜空空气通过过空气泵泵加压后后输送到到发动机机气缸的的排气门门附近，利用排排气的高高温使废废气中残残留的HHC、CCO再燃燃烧，以以达到净净化的目目的；三元催催化转化化器，即即利用化化学催化化剂对排排气进行行净化处处理，这这是目前前各类排排放后处处理技术术中应用用最广泛泛的一种种技术；颗粒捕捕集器；无铅汽汽油添加加剂等。对于摩托托车来说说，由于于其自身行业业的特殊殊性（市市场饱和和，利润润下

27、降，急需降降低成本本），以以上所说说的机外外净化技技术虽然然不失为为降低排排放的良良好措施施，但是是由于成成本的限限制，很很难在摩摩托车发发动机上上得以普普及。另另外，如如前面所所讲，即即使采用用机外净净化技术术，也必必须建立立在良好好的机内内净化基基础上。所以，为控制制摩托车车发动机机的排放放，应从从改善可可燃混合合气的质质量和燃燃烧状态态着手。为控制可可燃混合合气的质质量和燃燃烧状态态，目前前常用的的是采用用电控技技术和稀稀燃技术术。1.22.2发发动机电电控技术术和稀薄薄燃烧技技术发动机电电子控制制包括燃燃油喷射射控制、点火时时间控制制(ESSA)、怠速控控制(IISC)、排气气再循环环

28、(EGGR)、发动机机爆震控控制和其其他相应应的控制制以及自自诊断系系统、后后备系统统等。发发动机电电子控制制能最大大限度地地提高发发动机的的动力性性，改善善发动机机运转的的经济性性，同时时尽可能能降低汽汽车尾气气中有害害物质的的排放量量。它是是电子控控制技术术在汽车车上应用用的主要要部分。稀薄燃烧烧是200世纪880年代代后期，首先在在美国被被提出的的一项关关于发动动机燃烧烧技术的的理论。其基本本思想是是通过提提高燃油油发动机机的空燃燃比(尽尽量增加加空气的的比例)，使空空气与燃燃油充分分混合，最终使使燃烧充充分，达达到能量量充分转转化的目目的。稀稀薄燃烧烧技术就就是要在在保证一一定能量量需

29、要的的情况下下，找到到能够充充分燃烧烧时空气气与燃油油的比例例，并保保证其可可靠燃烧烧的技术术。如果果能够成成功应用用稀薄燃燃烧技术术，从目目前测算算的发动动机燃油油转化成成动能的的效率大大约只有有40%来看，理论上上其转化化效率应应该在880%左左右。此此外，作作为其附附加效果果，利用用稀薄燃燃烧技术术后，发发动机废废气排放放对大气气的污染染问题也也能够得得到改善善。事实实上，在在燃油质质量得到到保证的的条件下下，发动动机废气气对大气气的污染染程度与与其充分分燃烧的的程度成成正比，燃烧不不充分，对大气气的污染染就高，燃烧越越充分，对大气气的污染染就越低低。目前，国国内已经经出现了了利用稀稀薄

30、燃烧烧技术生生产的摩摩托车稀稀薄燃烧烧微电子子控制系系统，可可使发动动机在全全工况范范围内按按照稀薄薄混合(气)状状态组织织良好的的燃烧，不仅使使油耗大大幅度降降低，同同时也使使得尾气气中排放放的COO、HCC等有害害物质大大幅度减减少，取取得了令令人满意意的效果果。表11中所示示是加装稀稀薄燃烧烧微电子子控制系系统的实实验结果果。表1-11 摩托托车工况况法排放放测试结结果原车加装后欧欧10.2222.1115.52.00.64481.04411.20.80.03390.09920.30.1551.33本课题题内容和和目标本次研究究的课题题便是基基于稀薄薄燃烧下下的电子子控制技技术。但但由于

31、摩摩托车上上的电子子控制系系统在工工作过程程中容易易受到来来自外界界或内部部的电磁磁干扰而而发生参参数改变变和死机机现象，造成发发动机的的不正常常工作而而引起一一系列的的排放和和动力经经济性问问题。所所以，应应该采取取一定的的措施来来抑制或消消除这种种干扰，以使发发动机能能够正常常工作。汽油机机单片机机控制系系统的干干扰主要要来自点点火系统统，因此此，要保保证电控控系统的的正常工工作，必必须要消消除点火火系统的的干扰。本文详细细分析了了点火系系统干扰扰源特性性，并以以高压线线为例计计算了电电磁辐射射对单片片机控制制系统的的电磁干干扰，采采取了综综合抗干干扰措施施，保证证单片机机控制系系统的正正

32、常工作作。第二章大大阳CGG1255汽油机机点火系系统干扰扰源特性性分析2.11大阳CCG1225型汽汽油机点点火系统统及点火火系统电电磁干扰扰源2.11.1大大阳CGG1255型汽油油机点火火系统大阳CGG1255型汽油油机的点点火系统统简化示示意图如如下图所所示：图2-1汽油机点火系统示意图图中：断电器器导通时时点火线线圈内的的初级绕绕组电流流，单位位：;断电器器断开时时的次级级绕组的的电流，单位：。对于高能能点火系系统来说说，初级级电流最最大可达达以上。初级电电路断开开瞬间，初级绕绕组中的的电流连连续下降降，此时时的初级级线圈中中的电流流变化率率很大，同时所所产生的的感应电电压幅值值高达

33、左左右，此此时的电电流和电电压突变变造成了了很大的的传导干干扰。传传导干扰扰有电导导性耦合合，也有有点火脉脉冲电缆缆产生的的电磁场场对其他他电路造造成的电电感耦合合干扰和和电容性性耦合干干扰。2.11.2大大阳CGG1255型汽油油机点火火系统电电磁干扰扰源初级电路路断开瞬瞬间，次次级绕组组感应电电压幅值值高达左左右，以以此形成成足够的的点火电电压和点点火能量量，使火火花塞电电极间隙隙击穿，产生强强烈的火火花放电电。点火火时产生生波形前前沿很陡陡的电弧弧，其频频谱在范范围内具具有很大大的场强强，形成成很强的的电磁干干扰源，对单片片机、点点火信号号驱动电电路和传传感器产产生强烈烈的电磁磁辐射干干

34、扰。同同时在高高压放电电回路中中形成陡陡峭的放放电电流流，该电电流为宽宽带脉冲冲电流，带宽达达。这种宽宽带脉冲冲通过高高压线对对外辐射射电磁波波，形成成对周围围环境的的强电磁磁干扰。处于电电磁波环环境中的的高压线线作为一一个良好好的电磁磁发射天天线，其其辐射功功率与激激励电流流的平方方成正比比。随着着点火能能量的提提高，高高压线上上的电流流增大，对外辐辐射的功功率增大大，造成成的电磁磁干扰也也随之增增强。因此，在在点火系系统中电电磁辐射射干扰源源主要有有以下两两个方面面产生：（1）火火花塞的的中心电电极和侧侧电极之之间的火火花放电电，以电电弧的形形式向空空间发射射电磁能能量；（2）因因点火回回

35、路中有有脉动电电流流过过，点火火线圈和和高压线线等作为为等效天天线向空空间发射射电磁能能量。由于初、次级电电路中的的电压和和电流中中包含有有直流分分量、基基波和众众多的高高次谐波波，在这这较宽的的频率范范围内，由火花花塞和高高压线造造成的电电磁干扰扰既会产产生近场场耦合干干扰，也也会造成成远场的的辐射干干扰。所所以，要要有效地地抑制和和消除干干扰必须须全方位位的考虑虑火花塞塞和高压压线的电电磁干扰扰。2.22大阳CCG1225型汽汽油机点点火系统统干扰源源特性分分析2.22.1干干扰源分分析一、点火火干扰摩托车用用发动机机产生的的无线电电干扰主主要来自自发动机机本身的点点火系统统。在点点火时，

36、火火花塞间间隙被击击穿形成成一个强强烈的火火花放电电过程。在此过过程中形形成非常常陡峭的的冲击电电流，可可能激励励其附属属电路的的振荡，并经高高压点火火线接头头，由高高压点火火线辐射射出去，形形成电磁磁波辐射射。由于于本研究究用摩托托车为风风冷式发发动机，为了利利于散热热，发动动机直接接裸露，因此，这种由由火花放放电而形形成的电电磁波辐辐射，若若不加以以有效抑抑制，则则会对四周周形成无无线电干干扰，影影响发动动机电控控单元的的正常工工作。在在数字式式CDII点火系系统中，由于电电控单元元直接与与点火器器相连，所受的的影响更更大。二、电源源波动干干扰在摩托车车四冲程程发动机机工作过过程中，各种用

37、用电设备备由蓄电电池及磁磁电机供供电，存存在着电源源波动现现象，对对控制单单元的工工作影响响很大。摩托车用用四冲程程汽油机机的电源源是蓄电电池和磁磁电机。磁电机机产生的的交流电电经整流器变变为直流流电给蓄蓄电池充充电和向向用电设设备供电电。磁电电机的特特点是必必须通过过飞轮转转动才能产生生变化磁磁场而发发电。而而且，要要产生电电流，必必须具有有一定转转速，转转速越高高，电压压也越高。蓄电池池的特点点是在储储电充足足的情况况下可随随时供电电。蓄电电池的负负荷在各各种情况况下是变化化的。例例如：在在转弯时时，摩托托车需要要减速，此时电电压低，转向灯灯闪烁暗暗淡，需需要蓄电池池供电；摩托车车使用制制

38、动，以以怠速运运行时，此时电电压低，制动灯灯暗淡，需要蓄蓄电池供电电；低速速行驶使使用喇叭叭时，低低电压会会使喇叭叭嘶哑，需要蓄蓄电池供供电；夜夜间开大大灯转弯时时，鸣号号行驶，遇紧急急情况制制动时，因电器器负荷过过大，需需要蓄电电池和磁磁电机共共同供电。由以上上所述可可知，蓄蓄电池的的放电情情况是不不同的。而且摩摩托车上上一般都都没有安安装磁电机机调节器器，电压压波动较较大。该该电压波波动将影影响到电电控系统统的正常常工作。三、强电电干扰发动机工工作时，喷油器器、电动动燃油泵泵等感性性负载的的驱动电电路通断断时，会会产生过过电压和冲冲击电流流，这些些干扰信信号不但但影响驱驱动电路路本身，还会

39、通通过电磁磁感应干干扰其他他信号线路路。这种种强电干干扰信号号，能通通过外部部接口通通道影响响ECUU内部II/O接接口的状状态，并并通过I/O接口口进入EECU。四、接地地干扰接地干扰扰一般由由接地环环路产生生，而接接地环路路则由接接地不当当造成。在控制制系统的的接口电路中中，由于于既有数数字电路路、模拟拟电路，同时又又有驱动动电路等等，因此此，当其其在不同同位置接地地时，接接地点之之间由于于电位不不相同也也会有电电位差出出现，从从而形成成接地环环路，造造成接地干干扰。此此外，在在采用公公用地线线串联接接地时，由于各各负载不不平衡、过载等等原因，也可能形形成上述述环路，并进而而造成接接地干扰

40、扰。2.22.2大大阳CGG1255型汽油油机点火火系统次次级点火火回路中中电流的的频谱分分析实验测得得该汽油油机次级级线圈回回路中的的电流随随时间的的变化量量如图22-2所示示。对该该数值做做频谱分分析，得得出其幅幅频特性性和相频频特性。（在mmatllab中中的程序序见附录录），所所得幅频频特性和和相频特特性曲线线如图2-3所示示。如图2-2所示示，次级级电流的的数值在在汽油机机点火周周期内的的数值变变化范围围从0.131.668，并并在高压压放电瞬瞬间形成成能量强强、冲击击大的高高电流。对于此此时作为为等效辐辐射天线线的高压压线来说说，次级级电流作作为辐射射场的激激励电流流，向外外的辐射

41、射功率与与激励电电流的平平方成正正比。那那么，在在火花塞塞跳火瞬瞬间，由由于图2-2.次级电流产生生大功率率高频冲冲击电流流，此时时高压线线向外辐辐射的能能量将大大幅增加加。对于本课课题中的的点火电电流信号号，由于于该信号号以点火火时间间间隔为周周期变化化，而且且通过实实验测得得的信号号为一系系列离散散的点，这些离离散的数数据在通通过快速速傅里叶叶变换（）做频频谱分析析时可看看作是离离散的周周期信号号。傅里叶变变换是将将时域的的信号通通过正交交分解，分解成成三角函函数或复复指数函函数的组组合，也也称为频频域分析析。频域域分析是是将时间间变量变变换成频频率变量量，揭示示了信号号内在的的频率特特性

42、以及及信号时时间特性性与其频频率特性性之间的的密切关关系。对于本次次频谱分分析所用用的周期期信号，可分解解为直流流、基波波（）和和各次谐谐波（：基波角角频率的的整数倍倍）的线线性组合合。如图图2-3所所示，幅幅频特性性和相频频特性的的横轴均均为频率率轴，横横轴的坐坐标间隔隔为基波波频率（），即即经傅里里叶变换换后的频频率特性性只出现现在各次次谐波点点上。如图2-3所示示，次级级电流信信号的频频率分量量中，在在低频部部分信号号的幅值值较大，而各相相邻谐波波的幅值值相差较较小，在在低频频频段内的的辐射能能量密度度小而分分而相对对高频部部分，信信号能量量幅值相相对较小小，变化化频繁，而且能能量密度度

43、大。因因此，为为保证高高压线附附近电子子设备的的可靠工工作，应应针对从从低频到到高频的的宽波辐辐射特点点，采取取抗干扰扰措施。2.22.3大大阳CGG1255型汽油油机点火火系统电电磁干扰扰源特性性分析根据图22-3所所示的频频谱图可可见，次次级电流流信号的的频率分分量中，在低频频部分信信号的幅幅值较大大，而各各相邻谐谐波的幅幅值相差差较小，在低频频段内的的辐射能能量密度度小而分分散。而而相对的高频部部分，信信号能量量幅值相相对较小小，变化化频繁，而且能能量密度度大。而这些频频率分量量将引起起等效天天线附近近产生电电磁场，造成这这种电磁磁辐射的的真正场场源是天天线上的的电流。根据电磁磁波辐射射

44、形式和和传播形形式的不不同，又又可将电电磁波分分为近场场辐射和和远场辐辐射。远远场和近近场的界界定可通通过式22-1计计算可得得： （22-1）式中：自由空空间相移移系数，单位：1信号角角频率，单位：自由空空间的介介电常数数，单单位：自由空空间导磁磁率，单位：电磁波波的波长长，单位位：（式中电磁场场中场点点和源点点之间的的距离，单位：）的区域域称为近近区场，在近区区场内电电场和磁磁场之间间存在的的相位差差，能量量在电场场和磁场场以及场场和源之之间交换换而没有有辐射，所以近近区场又又称为感感应场。而kr1的的区域称称为远区区场。远远区场的的特点是是：（） 电场场强度和和磁场强强度的数数值都与与成

45、反比比，电磁磁波的传传播速度度，电场场强度和和磁场强强度的计计算式中中都含有有相位因因子，说明辐辐射场的的等相位位面为等等于常数数的球面面，所以以称其为为球面波波，电场场强度、磁场强强度和坡坡印廷矢矢量的方方向相互互垂直，且符合合右手螺螺旋定则则。传播方向向上电磁磁波的分分量为00，故称称其为横横电磁波波（波）；电场强度度和磁场场强度的的比值为为常数，称为煤煤质的波波阻抗，记为，对于本本文所研研究的自自由空间间，（4） 电场场强度和和磁场强强度的数数值与成成正比，说明电电磁场的的辐射特特性具有有方向性性，辐射射波不是是均匀球球面波。以点火回回路次级级电流为为激励电电流，由由于点火火时频谱谱噪声

46、在在范围内内具有很很大的场场强，根根据天线线电磁理理论,电电磁辐射射的近场场半径为为 （22-2）式中：电磁波波传播速速度，单单位：电磁波波频率，单位：即单片机机控制系系统处于于高压线线电磁场场的低频频远场、高高频近场场内。2.22.4以以高压线线上流过过的次级级电流为为激励电电流的电电磁波计计算和分分析点火系统统的火花花塞在跳跳火瞬间间，中心心电极和和侧电极极之间的的火花放放电，以以电弧形形式向空空间发射射电磁波波，同时时点火回回路中的的脉动电电流也产产生电磁磁波通过过等效天天线向外外发射。此时，处于这这种混合合电磁场场中的高高压线作作为良好好的等效效发射天天线，以以其自身身作为源源点在其其

47、周围空空间中形形成电磁磁场。图2-4. 行波单导线模型对于高压压线来说说，可等等效为一一个行波波单导线线。行波波单导线线是指天天线上的的电流按按行波分分布的单单导线天天线，设设长度为为的导线线沿轴放放置，导导线上电电流按行行波分布布，即天天线沿线线各点电电流振幅幅相等、相位连连续滞后后，其馈馈电点置置于坐标标原点。其模型型如图22-4所示。对于电磁磁场分布布较复杂杂的行波波单导线线，可以以将天线线分割成成许多个个电基本本振子，而后取取所有电电基本振振子的辐辐射场之之和。即即可将行行波单导导线分割割成许多多个微元元体，即即电基本本振子，求出单单个微元元电磁场场分布后后，对高高压线的的长度进进行线

48、积积分。电电基本振振子的模模型和坐坐标系见见图2-5，其中中电场强强度和磁磁场强度度的下标标指、沿该量量增大的的方向。图2-5.电基本振子模型电基本振振子又称称电流元元，是指指一段理理想的高高频电流流直导线线，长度度远小于于波长，其半半径远小小于，同同时振子子沿线的的电流处处处等幅幅同相。在近区场场内 （2-3） （22-4）（2-55）式中：磁场强强度，单单位：电流强强度，单单位：激励电电流（在在本文中中为高压压线上流流过的次次级电流流），单单位：导线长长度，单单位：，在本文文中方位角角，单位位：在远区场场内： （2-6） （22-7） （22-8） （2-99）由于电磁磁场辐射射在远区区场

49、具有有方向性性，在相相同距离离的条件件下天线线辐射场场的相对对值与空空间方向向的关系系，绘制制成的图图形称为为方向图图，又称称为波瓣瓣图。波波瓣图形形象地表表示了其其辐射场场在空间间各个方方向上的的分布，或平面叫叫做面，因为辐辐射场的的矢量在在该平面面上，而而矢量与与之垂直直。平面面叫做面面，因为为矢量在在这个平平面上而而矢量与与之垂直直。面和和面叫做做天线的的两个主主平面。在波瓣图图上，通通常不止止一个波波瓣，最最大的波波瓣叫做做主瓣，较小的的波瓣叫叫做旁瓣瓣。由于高压压线上流流过的电电路在非非点火时时刻主要要集中在在左右，因此，取,进行分分析：时：根据据式2-1，其其远场半半径： （22-

50、100）即在这样样的条件件下，高高压线向向外的电电磁辐射射在单片片机工作作空间内内均属近近场干扰扰。其辐辐射强度度在空间间的变化化关系如如图2-6-1,2-6-2所示：由图2-6-1，2-6-2，近近场干扰扰的电场场和磁场场强度在在相对较较远的距距离，大大角度方方向上数数值有大大幅增加加，因此此，可根根据该曲曲线选择择单片机机控制系系统与高高压线的的相对位位置。时，在在本论文文所研究究的距离离范围内内，该电电磁干扰扰也是近近场干扰扰。其辐辐射强度度变化曲曲线与图图2-66-1，2-6-2相仿仿。在此此不做过过多分析析。时，此此时单片片机控制制系统可可能处于于远场辐辐射范围围内。其其辐射强强度随

51、方方位的变变化曲线线如图22-7-1、2-7-2、2-7-3所示示。图2-6-1.电场强度随的变化曲线图2-6-2.磁场强度随的变化曲线图2-7-1.磁场强度随（）的变化关系图2-7-2.电场强度随（）的变化关系图2-7-3.电场强度随（）的变化关系由图2-7-11、2-7-22、2-7-33可见，在远场场高频段段，电磁磁波辐射射能量中中的电场场强度和和磁场强强度均在在一特定定的距离离大幅上上升，并并有很高高的辐射射能量值值。综合合图2-6-11、2-6-22和图22-7-1、22-7-2、22-7-3可知知，在同同一激励励电流值值下，对对应于不不同的频频率，天天线的辐辐射特性性都有所所不同，

52、因此，为有效效减小和和消除高高压线对对单片机机控制系系统的辐辐射干扰扰，应综综合考虑虑高低频频段的辐辐射特点点，选择择高压线线和单片片机控制制系统的的相对布布置形式式。在点火时时刻，火火花塞跳跳火瞬间间次级电电路中的的电流有有一个很很高幅值值的突变变，如图图2-22所示，此时的的电流所所激励的的电磁场场特性与与以上所所分析的的辐射特特性有所所不同，此处先先以次级级电流曲曲线上升升段的值值分析如如下：，时：根据式22-100：在本文所所研究的的距离内内，单片片机控制制系统所所受的干干扰为近近场干扰扰。其电电场强度度和磁场场强度值值如图22-8-1、22-8-2所示示。图2-8-1.电场强度随的变

53、化曲线图2-8-2.磁场强度随的变化曲线时，在在本论文文所研究究的距离离范围内内，该电电磁干扰扰也是近近场干扰扰。其辐辐射强度度变化曲曲线与图图2-88-1，2-88-2相相仿。在在此不做做过多分分析。图2-9-1.电场强度随（）的变化关系 图2-9-2.磁场强度随（）的变化关系时，此此时单片片机控制制系统可可能处于于远场辐辐射范围围内。其其辐射强强度随方方位的变变化曲线线如图22-9-1、22-9-2、22-9-3所示示。图2-9-3.磁场强度随（）的变化关系由于远场场半径与与激励电电流无关关，当电电流值达达到波峰峰时，其其相应的的辐射强强度加强强，但是是随（）变化趋趋势和图图2-99-1、

54、2-99-2、2-99-3相相同，在在此不作作详细分分析。第三章 点火系系统抗干干扰措施施对于点火火系统而而言，电电磁干扰扰信号传传输耦合合的途径径主要有有传导和和辐射两两种方式式。传导导耦合可可以是电电导性耦耦合也可可以是电电感性耦耦合和电电容性耦耦合。而而辐射干干扰是以以电磁场场的形式式传输耦耦合的。3.11传导干干扰及抑抑制措施施3.11.1沿沿导线传传导的电电磁干扰扰点火系统统工作时时，点火火线圈初初级回路路电压和和电流的的快速变变化要向向单片机机和采样样模块传传输频谱谱相当宽宽的尖脉脉冲传导导干扰。为抑制点点火线圈圈初级回回路对单单片机和和采样模模块的传传导干扰扰，本系系统在单单片机

55、和和点火信信号驱动动电路之之间采用用光电耦耦合器。光电耦耦合器的的输入阻阻抗很小小，而干干扰源很很大，因因此初级级回路中中的尖脉脉冲干扰扰能分压压到光电电耦合器器输入端端的噪声声很小；初级回路路干扰电电压虽有有较大的的电压幅幅度，但但能量小小，只能能形成微微弱的电电流；另另外光电电耦合器器的输入入输出回回路间分分布电容容极小且且绝缘电电阻很大大，因此此初级回回路的干干扰很难难通过光光电耦合合器进入入单片机机侧。总总之，光光电耦合合器将单单片机和和点火系系统初级级回路完完全隔离离开来，阻断了了点火系系统初级级电路的的传导干干扰。3.11.2公公共电源源内阻耦耦合当多个电电路单元元共用一一个电源源

56、时，由由于电源源内阻的的存在，一个电电路单元元的工作作电流发发生任何何变化都都会影响响其他电电路单元元的工作作电压，从而造造成干扰扰。对单单片机控控制系统统来说，其工作作电流较较小，而而点火系系统尤其其是高能能点火系系统工作作电流大大，且有有很大的的尖脉冲冲，点火火系统的的工作会会对电源源产生影影响从而而对单片片机的工工作造成成干扰。对此，采取单单片机和和点火系系统独立立供电，消除点点火系统统工作对对单片机机的干扰扰。为进一步步提高单单片机的的工作可可靠性，在单片片机电源源入口处处串接变变换器，使单片片机电源源和外界界供电电电源彻底底隔离，以减小小电源和和地线干干扰。3.11.3公公共地线线阻

57、抗耦耦合干扰扰点火系统统初级和和次级电电路工作作电流较较大，更更重要的的是它的的电流变变化大，若点火火系统初初级和次次级电路路与其它它电路与与设备共共用公共共地线，则不可可避免地地会造成成点火初初级电路路与次级级电路对对单片机机控制系系统和其其他设备备的公共共地线阻阻抗耦合合干扰。为解决公公共地线线阻抗的的耦合干干扰，单单片机和和点火信信号驱动动电路之之间采用用光电耦耦合，使使提供点点火信号号的单片片机电路路地线和和点火信信号驱动动电路与与点火系系统电路路地线分分离。从从而解决决点火系系统初级级和次级级电路地地线对单单片机电电路的耦耦合干扰扰。此外外，为彻彻底解决决公共地地线阻抗抗的耦合合，点

58、火火系统初初级电路路（含点点火信号号驱动电电路）、次级电电路、单单片机电电路、采采样模块块均单独独设置地地线，并并在一点点接地。3.11.4电电容耦合合与电感感耦合干干扰点火信号号驱动电电路工作作电流大大，且电电压和电电流有剧剧烈变化化，若点点火信号号驱动电电路和单单片机及及初级电电压电流流传感器器电路距距离很近近，则由由于分布布电感和和分布电电容的存存在，将将发生电电感耦合合和电容容耦合，造成点点火信号号驱动电电路对单单片机电电路和初初级电压压电流传传感器电电路的干干扰。由由于点火火信号驱驱动电路路和单片片机及初初级电压压电流传传感器设设计在一一个电路路板上，此现象象极易发发生。为解决此此电

59、容耦耦合与电电感耦合合干扰，在电路路设计上上采取点点火信号号驱动电电路和单单片机电电路分开开设计布布线，并并在电路路板上采采取隔离离措施。3.22辐射耦耦合干扰扰及抑制制措施3.22.1火火花塞和和高压线线电磁辐辐射源屏屏蔽点火系统统中电磁磁辐射主主要由火火花塞和和高压线线产生，干扰能能量通过过空间电电磁波的的形式传传播到单单片机控控制系统统中产生生辐射干干扰。火火花塞间间隙跳火火和高压压线产生生的电磁磁辐射均均为高频频电磁辐辐射，需需要进行行高频电电磁屏蔽蔽，将火火花塞和和高压线线屏蔽起起来以减减少干扰扰源的强强度。火花塞高高压线电电磁辐射射的特点点是频率率高，电电磁辐射射能力强强，电磁磁辐

60、射趋趋向于远远场干扰扰，即使使在近距距离内也也可能出出现远场场干扰。远场干干扰中的的电场、磁场均均不能忽忽略，因因此对火火花塞高高压线电电磁辐射射源的屏屏蔽要对对电场和和磁场同同时屏蔽蔽。本设计用用盒状铁铁屏蔽壳壳将高压压线和火火花塞屏屏蔽起来来，屏蔽蔽壳接地地，具有有对电场场和磁场场同时屏蔽蔽的作用用。对电场屏屏蔽来说说，影响响电屏蔽蔽效能的的一个主主要因素素是分布布电容，减少分分布电容容就能提提高屏蔽蔽效能。结构上上尽可能能减少盒盒盖与盒盒体间的的接触阻阻抗及盒盒体的接接触电阻阻。对电磁屏屏蔽，设设计的关关键是减减少接缝缝和避免免腔体谐谐振。实实际制造造的屏蔽蔽体要开开电缆孔孔，屏蔽蔽盒的