汽車電器電磁干擾的分析與抑制

帶電物體周圍都存在電場，而周期變化的電場將會產生周期變化的磁場，也就存在電磁波，產生電磁輻射，如果這種輻射的量超過限定條件，就會對環境形成電磁污染.由于汽車電控技術的不斷進步，今天的車輛與以往的大不相同，擁有眾多接收電磁波的設備，比如、導航系統、遙控防盜系統及PC 產品等的廣泛應用，導致汽車電磁干擾成為除汽車排放污染和噪聲污染之外的第三大污染.汽車產生的電磁干擾不但會影響鄰近的無線電接收質量，而且也對汽車內部的各種電子控制系統造成不良影響，使其不能持續的提供可靠服務.還有近年來油價的飛漲，混合動力汽車作為新能源汽車的趨勢越來越被世界汽車大國所看重， 汽車電磁輻射對車輛內外環境及人體的影響也是一個應該關注的問題.

1、汽車電磁干擾現象

電磁干擾（EMI）是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音，EMI 通常由電磁輻射發生源如馬達和機器產生.由于汽車各控制單元通過CAN 總線匯集在車載電腦上；因此，各控制單元之間就會通過導線產生傳導干擾，下面列舉一些實際發生的現象.
現象1：當汽車通過電磁輻射大的區域時，會發現汽車上的儀表會莫名其妙的改變數據，而且收音機的使用受到很強的影響；

現象2：某種中轎車，本身具有高性能ABS 系統.樣車在一次實況測試中遇到了雨天，啟動雨刮器，在某一車速運行時，ABS 突然失去了作用；

現象3：國內生產的某一型號中型客車，在使用閃光燈時，乘客車門卻莫名其妙的打開.從現象1 中可以知道當車輛駛過高強度的電磁場時， 會被強大輻射源包圍， 輻射透過車體的孔隙穿入，干擾車載電器系統.這個主要是受到車輛外輻射的干擾.而現象2 和現象3 屬于車內干擾，都是由于汽車各控制系統被各自所產生的電磁波干擾了各自正常工作，如果駕駛員在操作車輛時，車輛功能上的任何不當，都有可能會導致危險產生.汽車內干擾是如何產生的？ 又應如何改善或減少這方面的干擾，保證汽車的行駛安全呢？

2、汽車電器電磁干擾產生機理

2.1汽車電器產生電磁干擾的來源

隨著計算機信息處理技術的快速發展以及用戶對汽車的燃油經濟型、安全性和舒適性的更高要求，汽車上安裝有大量的電氣和電子器件，比如各個電控系統使用的伺服電機、各種電磁閥、電子傳感器和電控單元（ECU）以及各種控制系統.車上主要的微機控制系統見表1.這些設備都是靠車載網絡供電，而且各個系統的電線和電纜都是捆成一個線束，在如此狹小的空間工作，難免會互相干擾而導致工作失常.汽車產生電磁干擾的來源， zui主要的就數點火系統，以及電源充電系統等.這些控制系統大部分都要使用到電動機， 由于電機都是帶有整流器的直流永磁電機， 運轉過程中難免產生電火花， 從而引起較強的電磁波.

表1 車上主要的微機控制系統

2.2 汽車電器電磁干擾產生原因分析

汽車電器設備中有許多導線、線圈和元件，有著不同的電容和電感.產生電磁干擾有以下幾方面原因：一是各個系統的導線常常是捆成一個線束， 反饋脈沖較易從一系統傳入相鄰系統的I ／O 接口而干擾其部件正常工作；二是各種電器部件接通和斷開時（如伺服電機），產生的干擾會以信號脈沖的形式傳播（即電流和電壓會改變），影響電控單元（ECU）接收的信號而導致誤發出指令；三是任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路，當汽車上的電器設備工作產生火花時就會產生高頻振蕩，以電磁波的形式發射到空氣中形成電磁干擾.以點火系統為例：在傳統點火系統中，電源供給的低壓直流電，經斷電器和點火線圈轉變為高壓電，再經配電器分送到各缸火花塞，在火花塞的電極間產生電火花，點燃可燃混合氣體，使發動機工作.

在發動機工作期間，斷電器觸點每開、閉一次，則會使得初級線圈電路發生一種衰減振蕩.

①當觸點閉合，觸點閉合一次則側電流增長，初級線圈電流按指數規律增長并趨于極限值UB ／R，初級電流波形如圖1；

圖1 初級電路波形

②觸點打開后，初級電流Ip 迅速降到0，磁通也隨之迅速減少，如圖1 所示.此時，在初級繞組和次級繞組中都產生感應電動勢，初級繞組匝數少，產生200 V～300 V 的自感電勢，次級繞組由于匝數多，產生高達15 kV～20 kV 的互感電勢U2， 次級電壓波形如圖2 所示.觸點打開后，初級電路由L、R、C 組成振蕩回路，產生衰減振蕩.在次級繞組中的感應電動勢也發生相應的變化;

圖2 次級電壓波

③火花塞被擊穿放電： 電容放電， 為大電流；短時間電感放電，為小電流，且時間較長.次級電流波形如圖3.在放電過程中伴隨有高頻振蕩，這一高頻振蕩是汽車電磁干擾的主要原因.

圖3 次級電流波形
3、汽車電器電磁干擾抑制

如何降低汽車內電磁干擾，首先應考慮干擾源，要根據不同干擾源的特點采取不同的抑制方式.如：點火系統干擾、電源供電系統干擾等；其次，考慮干擾的傳播途徑，這對采取有效地抑制措施非常重要.汽車所產生的電磁干擾按其傳播方式可分為傳導干擾和輻射干擾. 傳導干擾是在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器，發生干擾現象；輻射傳播則是通過介質以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場的規律向周圍空間發射.根據這些干擾源及傳播途徑改善電磁干擾，具體的抑制方法如下.

3.1汽車電器的電磁兼容性（EMC）

電磁兼容性（EMC）是指電器電子產品能在電磁環境中正常工作，并不對該環境中其它產品產生過量的電磁干擾；因此，EMC 包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性；因此，所有的電子系統和部件在開發項目計劃和構思階段中，首先就應考慮電磁兼容（EMC）對干擾預防和抑制的要求是否符合標準.

3.2用屏蔽遮掩

在設計的時候提早考慮到瞬間高壓產生的磁場， 從而選擇較好的高壓線外皮也可以有效的降低及屏蔽干擾.對于汽車上容易產生火花的電器用金屬罩、導線金屬網或金屬遮蓋，并搭鐵，使干擾的電磁波在金屬罩內產生渦流，電磁波不能輻射出去，但這種措施的成本較高.

3.3加阻尼電阻或濾波器

在點火裝置的高壓電路中串入阻尼電阻，可有效減弱高頻振蕩.有實驗證明，阻尼電阻的阻值越大，抑制效果越好.但阻值過大，則會影響火花塞電極的火花能量而影響點火，一般不超過20 kΩ.如果電器部件中使用的干擾抑制措施還不能應付特殊用途的要求（如急救車），還可以選用加裝濾波器，減少電磁干擾.

3.4用電容器吸收火花

在產生火花處并聯接入一個電容器，可以吸收火花，從而削減高頻電磁波的發射，而且電容器成本不高，使用技術也較為成熟.

3.5優化布線

合理布線，合理規劃線束，使大功率干擾電路應盡可能緊靠負載，小功率敏感電路緊靠信號源，盡量分開大功率電路和小功率電路，減小線束間感應干擾和輻射干擾.