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车辆电磁干扰源及其解决方案

时间:2019-02-03 | 作者:杂讯滤波器

随着电子技术的飞速发展,越来越多的电器设备被用于车辆中。这些设备提高了车辆的动力性、安全性、操作稳定性、舒适性等,减轻了驾驶员的操作负担,提升了车辆的整体性能,具有良好的经济效益。与此同时,汽车大量使用电器设备也带来的电磁干扰问题。车载电器所引起的电磁干扰会对其它一些功耗小、电压低的用电设备带来巨大干扰,同时,对车辆周围也会产生电磁污染。

一、常见干扰源

1、发动机点火系统。主要针对汽油机,汽油机在运行过程中需要采用高压电点燃可燃气体。采用高压点火方式时,点火电压高达25KV以上,这是点火系统次级绕组中的电压。点火系统初级绕组中的电压也较高,当点火脉冲到来时,初级绕组能产生高于300V的电压。电磁感应原理表明,如果初级绕组和次级绕组的高电压保持不变,点火系统不会产生强大的电磁干扰。但是,点火系统的工作原理表明,对可燃气体的点火时间是非常短暂的。在点火过程之外,初级绕组和次级绕组中的电压是基本保持稳定的,但在点火瞬间这些电压值将迅速上升,然后又迅速下降,电压的频繁变化将在周围空间产生巨大的电磁场,电磁场的存在则会对其它电子设备的工作带来干扰。

2、电机。在工作时电压产生变化时会产生强烈的电磁干扰,而目前汽车上采用了越来越多的电机。其中,典型的电机包括雨刮驱动电机、电动玻璃驱动电机等。电机属于感性负载,电机的电磁干扰产生主要是由电源的通断引起的,电源的通断会在周围的空间产生强烈的电磁场,从而对其它电子设备产生干扰。以雨刮驱动电机为例,雨刮的工作通常采用多档位进行控制,大部分情况下,雨刮的工作过程是非连续的,雨刮驱动电机经常处于启动-停止-启动模式中,这种情况下所产生的电磁干扰比较强烈。

3、各类开关。汽车上采用了大量的各种开关来对各种电器设备进行控制,这些开关的通断时会产生电磁干扰,如车辆的照明系统在开启和关闭的过程中,会在周围空间产生电磁干扰。

二、常见受扰源

1、各类传感器。常见的传感器包括轮速传感器、转速传感器、温度传感器、压力传感器等。这些传感器所具有的的共同特征是工作电压比较低,通常是5V左右,工作时的电流也很小。当周围空间存在电磁干扰时,这些传感器所测量输出信号就会发生异变,从而不能真实反应所测物理量的真实值。

2、信号传输线。车载传感器通常布置在车辆的各个位置,如车载空调的温度传感器通常布置在车辆的前保险杠处,而车载倒车雷达系统的超声波传感器通常布置在车辆的后保险杠处,这些传感器的信号需要传输到车载ECU中,而车载ECU通常只有一个,且布置在发动机舱中,因此需要采用大量的线缆来连接车载传感器和车载ECU。车载传感器所输出的信号电压很低,在长距离传输过程中容易受到电磁干扰,具体表现为电磁干扰通过电磁效应在传输线缆上产生额外的电压,而这些额外电压会与信号原始电压进行叠加,这就会导致ECU所接收到的信号不是传感器所输出的实际信号。

3、车载ECU。车载ECU负责对车辆电子设备的工作进行控制,通常安装于发动机舱内,距离点火系统、雨刮系统较近;同时,车载ECU的工作频率较高,工作电压较低,这种情况下,ECU的工作容易受到电磁干扰造成程序紊乱,引起相关电子设备的工作失灵,严重时甚至会造成车辆失控。

4、图像相关设备。现代汽车中越来越多的采用图像相关的设备来增加车辆的安全性及舒适性,典型的有可视倒车雷达系统、用于娱乐的车载影像系统、用于导航的车载GPS系统、用于监控的车载视频系统等。这些图像相关的设备在工作时也容易受到电磁干扰,具体表现为图像的采集、传输、显示等均有可能受到影响,造成图像的失真或者是完全失效。

三、抗电磁干扰措施

1、加装消火电容。对车载电子设备容易产生电火花的地方加装消火电容,如发电机工作时会产生大量火花,加装0.5μF左右的瓷片无极性电容,并联在易产生火花的两节点之间,这种方法能够基本消灭电火花,从而减少产生电磁干扰的谐波源。

2、采用金属屏蔽法。屏蔽方法可以有效的解决电磁干扰所带来的问题,如手机在金属大桥附近信号比较差,其根本原因就是由于金属屏蔽引起的。

金属屏蔽方法比较适用于信号传输电缆及车载ECU。对于信号传输线缆,通常采用有金属屏蔽层的传输线缆,将金属屏蔽层接地,可以有效的保护传输线缆中传输的弱电压信号不受干扰,从而保证信号传输的正确性。对于车载ECU,可以采用带盒状包装固定方法,通过将ECU安放在一个密闭空间内,以达到减少外界干扰的作用。

3、使用看门狗技术。看门狗技术包括软件看门狗方法和硬件看门狗方法,这两种方法原理接近。当电磁干扰对相关设备的正常工作带来较大影响时,这些设备的工作状态将于正常状态发生差异。通过工作状态的对比,在工作状态发生较大变化时利用看门狗方法将系统工作程序复位,从而控制相关设备恢复正常工作,降低电磁干扰所带来的影响。

4、使用CAN总线技术。CAN总线技术是博世公司针对车载环境下的数据通讯所提出的数据通讯技术,目前在汽车行业得到了广泛的应用。CAN总线采用一对双绞线分别作为信号的高和低来传输信号,由于这两根线相互缠绕,来受到干扰时,两条线均会受到干扰,但两条线之间的信号电压差基本保持不变,这就说明其传输的信号不容易受到电磁干扰,具有良好的稳定性。CAN总线技术能够大量减少车载环境下的线缆使用量,从而在很大程度上减少了电磁干扰所带来的影响。

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