汽車內(nèi)電子設(shè)備的電磁干擾與預(yù)防

汽車產(chǎn)生電磁干擾的源，不單純是點(diǎn)火系統(tǒng)，應(yīng)用于車輛上的各種電子電器設(shè)備也同樣產(chǎn)生電磁干擾。干擾不但對(duì)車輛外界的無(wú)線電設(shè)備造成影響，而且也會(huì)對(duì)車輛內(nèi)部的各種電子部件造成不良影響。

1．汽車內(nèi)電磁干擾現(xiàn)象

汽車產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)在汽車內(nèi)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(tǒng)，樣車在一次實(shí)況測(cè)試中遇到了雨天，啟動(dòng)雨刮器，在 某一車速運(yùn)行時(shí)，ABS突然失去了作用。例2，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的某一型號(hào)微型汽車，其發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器經(jīng)常出現(xiàn)易被擊穿損壞現(xiàn)象，經(jīng)查，當(dāng)雨刮器工作時(shí)，這種損壞現(xiàn) 象就容易發(fā)生。造成這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)橛旯纹黩?qū)動(dòng)電機(jī)是感性負(fù)載，在切斷電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電流并通過(guò)電源線傳輸?shù)?a target="_blank">供電系統(tǒng)中，從而在電源系統(tǒng)中產(chǎn)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(guó)內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的安全氣囊，在汽車整車裝配線上突然引爆。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)該安全氣囊的電子引爆控制器不能 承受較強(qiáng)的環(huán)境輻射電磁場(chǎng)，當(dāng)有靜電放電發(fā)生時(shí)，會(huì)有誤動(dòng)作。

2．汽車電子設(shè)備的EMI危害及特點(diǎn)

工業(yè)發(fā)展不僅給人們生存環(huán)境帶來(lái)一些憑感官就可識(shí)別的有形污染，諸如水、空氣及噪聲污染。然而，伴隨電子技術(shù)的發(fā)展尤其是數(shù)字電路、移動(dòng)通信和開關(guān)電源的普及應(yīng)用，又多了一種憑感官無(wú)法感覺到的無(wú)形污染，這就是電磁干擾（EMI），或叫電磁噪聲。

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

現(xiàn)代汽車上的各個(gè)電器工作方式不同，它們之間會(huì)以不同的方式彼此侵?jǐn)_。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(shí)也有抵抗其他電器干擾的能力。

對(duì)汽車電子設(shè)備的電路來(lái)說(shuō)，任何因素激發(fā)出的電路中的振蕩，都會(huì)通過(guò)導(dǎo)線等以電磁波的形式發(fā)射出去，不僅干擾收音機(jī)、通信設(shè)備，而且對(duì)車上具有高頻響應(yīng)特 點(diǎn)的電子系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)由車外收發(fā)兩用機(jī)之類的無(wú)線電設(shè)備、雷達(dá)、廣播電臺(tái)等發(fā)射無(wú)線電波，會(huì)干擾汽車上的儀器，使電子控制裝置失控。因此， 汽車上應(yīng)用計(jì)算機(jī)（控制器）等，都應(yīng)具有良好的電磁屏蔽措施，一旦屏蔽損壞，也會(huì)導(dǎo)致工作異常。

車內(nèi)電磁干擾傳播方式特點(diǎn)：

(1)感性負(fù)載產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的干擾。汽車內(nèi)使用的各種感性負(fù)載，如：雨刮器驅(qū)動(dòng)電機(jī)、汽車啟動(dòng)電機(jī)、暖風(fēng)電機(jī)等。當(dāng)供電被突然切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向瞬變 電壓U c，線圈初始儲(chǔ)能越大，關(guān)斷速度越快，瞬變過(guò)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(xù)性，但是它的瞬變電壓的幅值相當(dāng)大，會(huì)對(duì)電子模塊造成嚴(yán)重影響，甚至損壞。發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器擊穿損壞就是因這種 反向瞬變電壓造成的嚴(yán)重后果。

(2)靜電放電對(duì)車內(nèi)電子部件的干擾。遇到導(dǎo)體就會(huì)釋放出來(lái)。當(dāng)靜電儲(chǔ)存到一定程度后，會(huì)通過(guò)空氣放電，甚至?xí)谢鸹óa(chǎn)生，人們就會(huì)有強(qiáng)烈的放電感覺在使 用汽車時(shí)，這種靜電放電現(xiàn)象不可避免地會(huì)產(chǎn)生靜電放電的干擾特點(diǎn)是：高電壓、短時(shí)間、微小電流。其干擾影響程度是巨大的，會(huì)使一些電子控制單元產(chǎn)生誤動(dòng) 作，嚴(yán)重的會(huì)損壞電子單元。

(3)部件或線纜間的相互耦合干擾。汽車中經(jīng)常將各種線纜捆綁成一束沿汽車內(nèi)側(cè)布置，電源線中的瞬變干擾會(huì)禍合到信號(hào)線或控制線中，形成差模信號(hào)，會(huì)對(duì)車內(nèi)ECU等電子模塊產(chǎn)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(shè)備的EMI干擾源有：①點(diǎn)火系統(tǒng)，其十?dāng)_在接收機(jī)音頻中表現(xiàn)為有韻律的爆聲或滴答聲，且音調(diào)直接與引擎速度有關(guān)，當(dāng)引擎負(fù)載增大時(shí)干擾幅度也增 大。通常解決點(diǎn)火噪聲的方法是安裝電阻火花塞和線。目前，大多數(shù)汽車都標(biāo)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?yàn)楹芏嘣肼暥荚从?點(diǎn)火系統(tǒng)元件故障。②充電系統(tǒng)，包括交流發(fā)電機(jī)，由固態(tài)穩(wěn)壓器控制。由于交流電在交流發(fā)電機(jī)中僅被整流，未被濾波，輸出存在紋波。充電系統(tǒng)噪聲通過(guò)汽車布 線傳到設(shè)備，影響接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的音頻部分。該噪聲可以從接收機(jī)音頻或者發(fā)射信號(hào)中的嗚嗚聲來(lái)辨別，更準(zhǔn)確的方法是將充電系統(tǒng)暫時(shí)斷開。充電系統(tǒng)噪聲的音 調(diào)、強(qiáng)度與引擎速度和充電系統(tǒng)負(fù)載有關(guān)。當(dāng)開燈時(shí)充電系統(tǒng)負(fù)載增大，可以發(fā)現(xiàn)嗚嗚聲更大。這時(shí)應(yīng)檢查交流發(fā)電機(jī)與電池的連線是否腐蝕或者接觸不良，及固態(tài) 穩(wěn)壓器是否良好如都正常，則用0.47μF和0.01μF電容并聯(lián)，接到輸出與地線間進(jìn)行濾波。

由于汽車使用了多個(gè)不同的電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)有可能產(chǎn)生EMI，很難從干擾聲中判斷出是哪個(gè)的問(wèn)題。一般表現(xiàn)為劈啪聲，也有類似于充電系統(tǒng)的嗚嗚聲。電動(dòng)機(jī)干擾的診斷要借助于專門的儀器。干擾不僅可以傳導(dǎo)，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(jī)）需要由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘產(chǎn)生電路是一個(gè)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(jī)很可能 被等頻率間隔的干擾信號(hào)所影響，或者可以在整個(gè)波段聽到寬帶的數(shù)字噪聲。可以使用接收機(jī)調(diào)到干擾頻率，去探測(cè)是哪塊控制板出現(xiàn)了問(wèn)題，然后采取增加屏蔽罩 或?qū)⑵帘握滞咨平拥氐姆椒p輕干擾，另外，在導(dǎo)線上套上磁環(huán)也有助于減輕干擾。汽車的電子設(shè)備會(huì)影響無(wú)線電設(shè)備，發(fā)射設(shè)備也會(huì)影響到汽車的電子設(shè)備。需確 保電源線、天線饋線與汽車的布線和電子系統(tǒng)越遠(yuǎn)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(tǒng)的駐波比(SWR)最低。檢查天線饋線屏蔽是 否良好，屏蔽網(wǎng)是否足夠密。

3．無(wú)線電干擾的分類及成因

無(wú)線電干擾指在射頻(9kHz~3000GHz）頻段內(nèi)，無(wú)線電干擾按干擾源的性質(zhì)分為自然于擾（來(lái)自自然現(xiàn)象，是無(wú)法控制的）和人為干擾（來(lái)源于機(jī)器或其他人下裝置，是可控制的）。人為干擾又可區(qū)分為無(wú)線電設(shè)備干擾和非無(wú)線電設(shè)備干擾兩類。

非無(wú)線電設(shè)備干擾包括工業(yè)、科研、醫(yī)療等電器設(shè)備干擾，電力線干擾等無(wú)線電設(shè)備干擾主要有：

(1)同頻干擾。凡由其他信號(hào)源發(fā)送出來(lái)，與有一用信號(hào)的頻率相同并以同樣的方法進(jìn)入收信機(jī)中頻通帶的干擾，都稱為同頻干擾。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)出現(xiàn)載頻差時(shí)，會(huì) 造成差拍干擾；當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的調(diào)制度不大或存在相位差時(shí)也會(huì)引起失真干擾。干擾信號(hào)越大，接收機(jī)的輸出信噪比越小。當(dāng)干擾信號(hào)足夠大些，可造成接收機(jī)的阻塞 干。擾這種干擾，大都是由于同頻復(fù)用距離太小造成的。

(2)令頻干擾。凡是在收信機(jī)射頻通帶內(nèi)或通帶附近的信號(hào)，經(jīng)變頻后落入中頻通帶內(nèi)所造成的干擾，稱為鄰頻干擾。這種干擾會(huì)使收信機(jī)信噪比下降，靈敏度降低；強(qiáng)干擾信號(hào)可使收信機(jī)出現(xiàn)阻塞干擾。這種干擾，大部分是由于無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)造成的。

(3)帶外干擾。發(fā)信機(jī)的雜散輻射和接收機(jī)的雜散響應(yīng)產(chǎn)生的干擾，稱為帶外干擾。

①發(fā)信機(jī)的雜散輻射干擾。在VHF和UHF的低頻段，移動(dòng)通信設(shè)備尤其是基站的發(fā)信機(jī)大都采用晶體振蕩器以獲得較高的頻率穩(wěn)定度。這種干擾通常是由于倍頻次數(shù)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(fā)信機(jī)的雜散輻射值過(guò)大造成的。

②收信機(jī)的雜散響應(yīng)。接收機(jī)不僅接收有用信號(hào)，還接收無(wú)用信號(hào)。對(duì)無(wú)用信號(hào)的“響應(yīng)”能力，通常稱為雜散響應(yīng)，通常是由于發(fā)信機(jī)的雜散輻射造成的與收信機(jī)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(guān)系。

4．減小汽車對(duì)無(wú)線電干擾的措施

汽車對(duì)無(wú)線電接收機(jī)的干擾，以點(diǎn)火系統(tǒng)最為嚴(yán)重，于擾的半徑可達(dá)幾百米。 電磁干擾的抑制要根據(jù)不同的干擾源的特點(diǎn)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(guò)供電系統(tǒng)的電纜、天線或各種導(dǎo)線，通過(guò)耦合、空 間直接輻射電磁波等方式。干擾抑制應(yīng)考慮成本。一般的處理方式為限制干擾源產(chǎn)生的干擾噪聲達(dá)到規(guī)定的合理范圍內(nèi)；同時(shí)被干擾體應(yīng)具有一定的抵抗干擾的能 力，以達(dá)到相互共存、互不影響的狀態(tài)。

對(duì)來(lái)自車內(nèi)供電系統(tǒng)的干擾，一種簡(jiǎn)單而有效的方法是利用蓄電池作為一個(gè)極低阻抗、大容量的瞬變電壓抑制器，吸收各種瞬變電壓產(chǎn)生的干擾能量。蓄電池電纜接 線應(yīng)良好，若負(fù)極搭鐵，確保搭鐵電阻值最小。應(yīng)盡可能保證線路電阻R0達(dá)最小值，甚至為零。對(duì)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(hào) 線與電源線分開布置，以減小因耦合而引起的干擾信號(hào)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(hào)線的好方法。對(duì)于電感性負(fù)載引 起的干擾，抑制方式可以采用并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)數(shù)值的電容器，以消除反向過(guò)電壓。

產(chǎn)生干擾的原因在于電氣設(shè)備系統(tǒng)的導(dǎo)線、線圈及其他部分的自感和電容形成振蕩回路，當(dāng)以火花形式放電時(shí)，產(chǎn)生高頻振蕩，借高壓電線（或?qū)Ь€）向空中發(fā)射電磁波，切割接收機(jī)的天線，引起干擾。現(xiàn)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(diǎn)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(fā)生振蕩放電現(xiàn)象，不再發(fā)生電磁波而干擾無(wú)線電阻尼電阻的結(jié)構(gòu)見。

阻尼電阻的結(jié)構(gòu)

(2)加裝減擾電容器。在所有可能產(chǎn)生火花放電的接觸點(diǎn)間，并聯(lián)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(fā)生振蕩放電現(xiàn)象。

(3)加裝金屬屏蔽。將所有容易發(fā)射電磁波的電器及導(dǎo)體，用金屬網(wǎng)或屏蔽罩包起來(lái)。這樣當(dāng)電磁波或高頻電磁振蕩遇到金屬屏壁后，電磁感應(yīng)在金屬屏壁內(nèi)產(chǎn)生 渦流，使電磁波消耗于渦流的熱效應(yīng)中，不能向外發(fā)射，從而可以避免對(duì)無(wú)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(fā)動(dòng)機(jī)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(wú)線電設(shè)備時(shí)的 防干擾裝置見，裝有收音機(jī)的汽車防于擾系統(tǒng)見。

裝有高靈敏度無(wú)線電 設(shè)備時(shí)的防干擾裝置裝有收音機(jī)的汽車防干擾系統(tǒng)

5．電磁干擾引起的汽車故障實(shí)例

在汽車電控系統(tǒng)中，傳感器產(chǎn)生的低于1V的弱電信號(hào)很容易受到電磁干擾，成為錯(cuò)誤信號(hào)，所以加裝了屏蔽線來(lái)防止電磁干擾。一但屏蔽線損壞，ECU就會(huì)收到被干擾的信號(hào)而失去正?？刂?，且自診斷系統(tǒng)的報(bào)警燈閃爍。

例1 一輛雪佛來(lái)轎車，在氧傳感器附近自行加裝了一個(gè)高音喇叭，電源線取自點(diǎn)火開關(guān)不久，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)警燈不時(shí)出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，提取故障碼為13(氧傳感器），測(cè) 量氧傳感器的輸出電壓，其值在0.1~0.3V間不停變化，說(shuō)明氧傳感器正常，但當(dāng)按喇叭時(shí)，氧傳感器輸出信號(hào)就發(fā)生混亂，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)也瞬時(shí)失常。將喇 叭拆除后，故障排除。原來(lái)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(shè)計(jì)要求，隨意加裝報(bào)警及防盜等裝置，會(huì)引發(fā)電控系統(tǒng)工 作異常。

例2 一輛豐田皇冠3.01轎車，已行駛12萬(wàn)km，大修發(fā)動(dòng)機(jī)后，只運(yùn)轉(zhuǎn)了幾分鐘故障報(bào)警燈就報(bào)警，讀取的故障碼為55（即防爆燃傳感器故障），消碼后再啟動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)，故障依舊。測(cè)量防爆燃傳感器的工作電壓，為0.5V以下的正常脈動(dòng)電壓，說(shuō)明防爆燃傳感器工作正常，順著線路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)屏蔽線斷路，將屏蔽 線接好，消碼后重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，故障排除。

電磁干擾造成的控制系統(tǒng)故障，主要發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)停山運(yùn)行，故障現(xiàn)象自行消失。當(dāng)故障自診斷系統(tǒng)報(bào)警后，如果檢取故障碼，由于ECU 的記憶功能，可順利實(shí)現(xiàn)。如果控制系統(tǒng)的故障確實(shí)系電磁干擾所致，靜態(tài)測(cè)量元件的電壓信號(hào)，會(huì)發(fā)現(xiàn)傳感器、線路、ECU等均正常。

例3 一輛豐田佳美轎車，行駛數(shù)萬(wàn)km，ABS故障自診斷系統(tǒng)報(bào)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(gè)輪速傳感器及相關(guān)線路同時(shí)損壞的可能性較小，因整車的其他控制系統(tǒng)工作正常，ECU發(fā)生故障的可能性也較小，最后將故 障原因重點(diǎn)定位于電磁干擾。經(jīng)查找，是輪速傳感器的屏蔽線破壞嚴(yán)重。修復(fù)后，清除故障碼，路試一切正常。原來(lái)由于該車ABS傳感器為電磁式，低速區(qū)工作時(shí) 所產(chǎn)生的信號(hào)電壓極其微弱，而ABS則需要借助于高靈敏的信號(hào)電壓才能通過(guò)ECU調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)力的大小。為保證信號(hào)的準(zhǔn)確性，輪速傳感器上設(shè)有屏蔽網(wǎng)，一 旦該屏蔽網(wǎng)受到破壞，汽車上的高頻電磁波就會(huì)對(duì)輪速傳感器的正常工作產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致ABS失靈或產(chǎn)生誤動(dòng)作，故障自診斷系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。