电磁干扰对汽车的危害及抑制(1)

1、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，抑制措施目录前言（3）第1章 汽车电子设备的干扰源 （4）1.1 形成电磁干扰的系统 (4）1.2 曲轴信号电磁干扰的形成 (5）第2章 汽车电磁干扰

2、的危害及特点 (8）2.1 电磁干扰的危害(8）2.2 车内电磁干扰传播方式特点(8）第3章 汽车内电磁干扰的现象 (10）3.1 汽车电磁干扰的相互影响 (10）第4章 电磁干扰引起的汽车故障实例 (11）4.1 电磁干扰引起的故障 (11）第5章 减小汽车对无线电干扰的措施 (13）5.1 现代汽车抗干扰的措施 (13）第6章 屏蔽线的结构原理、种类与特性 (15）6.1 屏蔽线的结构原理 (15）6.2 屏蔽线的种类与特性 (16）6.3 屏蔽方法的选择 (16）第7章 结论 (19）致 谢 (20）参考文献 (21）附 件(22)前 言 电磁干扰（Electromagnetic Int

3、erference）12,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

4、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。 第1章汽车电子设备的干扰源1.1形成电磁干扰的系统点火系统，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。充电系统，包括交流

5、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0.47F和0.01F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

6、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

7、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

8、阶段的电容放电电流，该电流为宽带脉冲电流，宽带在0.151000H范围，是30300H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11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11 发动机点火系统和和曲轴传感器电路图曲轴信号对应的型滤波电路如图12所示，图12 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3.8

9、8V,持续时间2.644；下降沿触发 ，电压1.99V，持续时间0.659。Roewe该车型曲轴信号滤波前的噪声如图13所示，图13 原始曲轴信号图 如果干扰噪声达到一定带宽，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：改变电磁干扰源（改变发动机点火方式）；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，

10、因此采用方法。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。第2章 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

11、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

12、储能越大，关断速度越快，瞬变过电压就越高。一般U c为一100300V；t s为0.20.5s。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

13、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150kHz1000MHz。第3章 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

14、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。第4章 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 一辆雪佛来轿车，在氧传感器附

15、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0.10.3V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

16、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

17、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。第5章 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

18、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

19、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，

20、串连600015000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0.50.1F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

21、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。第6章 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

22、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

23、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：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10H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。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。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。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

24、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31所示。图31 2种屏蔽方式比较两种屏蔽方式的效果，如图32和33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32采用屏蔽方式1的效果图33采用屏蔽方式2的效果对比项不带屏蔽 屏蔽方式1 屏蔽方式2高端 低端 高端 低端 高端 低端 峰值-峰值/v 8.7 9.04 0.72 0.84 0.22 0.32持续时间/ 4 2.5 0.35 0.4 0.4 0.35表3.1 屏蔽方案数据比较第7章 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。致谢 此次论文的写作由于时间紧迫，以及本人知识匮乏，文中所述原理以及检测方法虽经多次推敲，却也难免存在疏漏之处，还请各位老师批评指正。文中所述有很大部分是在总结前辈的理论研究成果基础上建立起来的。在次我向那些辛辛苦苦