电磁干扰及预防措施浅谈

摘 要:本文通过两则汽车故障案例介绍了汽车上电磁干扰的来源,并提出了防干扰措施。

关键词:电磁干扰来源措施

在汽车电气系统中,导线、线圈和电子元器件都具有大小不同的电感和电容,而任何一个具有电感和电容的闭合回路都可能形成振荡回路。当某电器在工作中产生电火花时,在其电路中便会产生高频振荡,并以电磁波的形式发射到空中。这种电磁波的频率范围大概为(0.15MHz～1000MHz),会对汽车上的其他电器及周围数百米范围内的无线电装置产生不同程度的干扰。

有试验表明,在大气中断开电路时,如果被断开的电源电压超过12～20V,电流超过0.25～1.0A,会在触头间隙产生电火花(电弧)。电火花实质上是一种电磁波,会对其他电器设备产生干扰。本人就曾经偶遇此种故障案例。

例一、车型:丰田皇冠3.0L

故障现象:发动机故障灯亮。

故障诊断:接车后,先短接发动机室中诊断连接器TE1和E1端子,从发动机故障灯闪码读到55号故障码,其内容为2号爆震传感器故障,消除故障码后试车故障重现,依然是55号故障码。起初怀疑是爆震传感器坏了,在发动机运转中对其电压进行测量,有小于0.5V的正常振动脉冲电压,但偶尔会突然增大到0.9V或减小到0.2V的现象。说明爆震传感器有故障。再测量屏蔽线发现已断路,接通后故障排除。交车时询问驾驶员得知,该车在前段时间修理过缸盖总成。本人据此推测估计是在维修作业中,不小心将爆震传感器连线弄断,虽然将导线处理了,但对其屏蔽线(在排气歧管下方有搭铁点)未作处理,因为爆震传感器属于一种低电压脉冲传感器,一旦外界电磁波干扰,就会产生干扰电磁波而报警。

故障排除:使2号爆震传感器屏蔽线搭铁后,故障排除。

例二、车型:广州本田雅阁2.3L

故障现象:加速迟缓,发动机故障灯点亮。

故障诊断:使用PGM检测仪进行检测,PGM检测仪屏幕显示气缸位置(CYP)传感器过热,而检查表明该传感器及其与发动机电控单元的连接正常。疑是发动机电控单元有故障,更换发动机电控单元后故障依旧。用示波器查看气缸位置传感器的信号波形,发现当发动机转速上升到1500r/min～2000r/min时该信号波形混乱,因此怀疑有外部电磁波的干扰。对发电机的电压波形进行检测,发现当发动机的转速为1500r/min以上时发电机的电压波形与气缸位置传感器的信号波形基本相同,因此断定发电机有故障。

故障排除:更换发电机后,故障排除。

故障总结:对例一进行分析,由于2号爆震传感器屏蔽线断路,当有电磁干扰时,在2号爆震传感器的屏蔽线上产生的弱电信号不能消除,使爆震传感器输出不正常信号,导致报警。对例二进行分析,由于发电机损坏后产生的强电磁波干扰了发动机气缸位置传感器的信号,被发动机电控单元误认为气缸位置传感器过热。

通过以上两例故障,本人对电磁干扰的来源总结为以下几方面:

1、在电器系统工作过程中,当电器的开关接通或断开、负载的电流和电压变化以及磁场发生变化时,都容易产生高频干扰信号。

2、电感性负载在切换时,在电路中产生高频振荡,振荡的峰值电压可以达到200V左右,特别是绝缘性能不良的点火线圈、分缸高压线会产生高电压、强磁场。任何因素激发出的振荡都会通过导线等以电磁波的形式发射出去,势必对其他电子设备产生电磁干扰。因此,点火系统、交流发电机、电动机、喇叭、电磁离合器等都是电磁干扰源。

3、各个电子系统的工作制式不同,它们之间会以不同的方式彼此干扰。例如电子防盗系统工作时产生的无线电信号,会干扰组合仪表上的里程表、充电指示灯等的正常工作。对于电控汽车来说,电磁干扰的危害性在于,在一定的条件下,电磁干扰能够改变由传感器发送给ECU的信号以及ECU发送给执行器的信号,使车载微型计算机失常,这将导致电控汽车的运转性能不稳定。虽然电磁干扰持续的时间很短(300μs左右),一般不会引起电子元件损坏,但是对于具有高频响应的电子控制系统(例如EFI等),往往会引起误动作。因此,汽车维修人员对于电磁干扰应当有足够的认识。

减小电磁波干扰应从设计制造和使用维护两方面人手,既要尽量抑制和衰减各电子元器件自身产生的电磁波,又要减小外部电磁波对各电子元器件(尤其是控制系统元件,包括发动机电控单元)工作的干扰。本文仅从使用维护角度谈谈减小电磁波干扰的几项措施。

1.确保发电机工作正常

发电机是重要的电磁干扰源,所以要注意检查发电机的输出波形是否正常。无论交流发电机还是直流发电机,都可以在其输出端安装一个电容器来抑制电磁干扰。直流发电机可以用1～3uf的电容器,交流发电机用3uf的电容器。电容器可以安装在发电机的一个固定螺栓下面。另外,还要防止发电机的输出电压过高。

及时更换损坏的发电机和点火线圈。发电机输出电压的大幅度变化,点火线圈电磁波的泄漏都会产生强电磁波干扰。

2.抑制点火系统产生的电磁干扰

(1)采用新型的电子点火系统。电子点火系统取消了传统的白金触点,由传感器获得点火信号,用晶体管控制初级电路的通断,因而消除了断电器、分火头与分电器盖旁电极之间的火花放电对电器装置及车载微电脑的干扰,可以提高电子装置的使用可靠性。

有的新款汽车采用了线圈火花塞(COP)点火系统。COP点火系统与传统点火系统的最大区别在于各缸点火线圈直接安装在火花塞的顶部,不用通过分电器和高压线,所以点火线圈的感应电压直接加在火花塞电极上。由于没有了分缸高压线,从而减少了对ECU的电磁干扰。

(2)采用高压阻尼点火线,削弱电火花产生的高频振荡,可以衰减火花塞产生的电磁干扰。例如碳芯点火线(可以根据标注在导线表皮上的电阻值加以识别),它不是由固态金属丝构成的,其核心部分是一种碳素纤维芯,在次级电路中起到电阻器的作用,能够减弱对电信号的干扰,并能通过提高点火电压和降低点火电流来减缓火花塞的损耗。但是,如果碳芯点火线受到过度拉伸或损坏,则这种抑制能力可能消失。还有一种“变电阻高压线”,它在玻璃纤维层外面包裹一层铁淦氧磁性材料,再将铜导线缠绕在磁性材料层上,通过改变铜导线缠绕的松紧程度,在碳素纤维芯内激发短暂的阻抗,从而产生所需的电阻。

另外,在维修中要注意以下几点:

要保持高压线的型号和规格不变。一辆长城越野乘用车,累计行驶8000km,仪表盘上的故障指示灯点亮,发动机自动熄火。用元征431ME故障诊断仪检查,调得的故障内容为点火系统故障,怀疑有电磁波干扰了发动机ECU的正常工作。最后发现该车使用的不是原厂的高压线,而是一组加强型高压线。换上原厂的高压线后,故障排除。

防止高压线破损漏电。点火高压线漏电产生的电磁干扰有可能导致曲轴位置传感器的信号出现畸变。一辆奔驰S320轿车,因修理工粗心大意,压破了中央高压线,结果发动后由于点火系统漏电,造成空调电脑损坏。另外,分缸线未插到位,也会引起点火系统漏电。

高压线应与点火信号线分开,避免高压线对点火信号产生电磁干扰。

(3)采用电阻型火花塞或屏蔽型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内安装5千欧～10千欧的电阻,绝缘体内的导体密封剂改为电阻密封剂,它使火花塞跳火时电容放电电流受到抑制,因而降低了对外发射的电磁干扰,同时通过熄灭电容性再点火,减少对火花塞电极的腐蚀。屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来,能够有效地抑制电磁干扰。

3.采用高质量的线束

一辆桑塔纳时代超人轿车。接通点火开关后,ABS指示灯常亮不熄灭。用VAG1552故障诊断仪读取故障码,显示右前轮轮速传感器信号不良。举升汽车,检查右前轮及其轮速传感器,安装位置正确,车轮轴承的磨损量也不大。读取数据流,加速时右前轮轮速传感器的信号出现瞬间丢失现象。然后在一段平直的路面上试车,加速时右前轮轮速传感器也有信号丢失现象,说明轮速信号瞬间丢失并不是路况不好引起的。分析原因可能是点火系统向外界辐射了较多的电磁波,同时导线屏蔽不良,因而对轮速传感器的信号产生了干扰。找来一段从进口汽车上换下来的导线,取代该车右前轮轮速传感器连接到ABS控制单元之间的导线,消除故障码后路试,一切恢复正常。由此可知,高质量的线束可以防止辐射较多的电磁波。

4.保持电器良好的接地与屏蔽

电器良好的接地,是抑制汽车电磁干扰的主要措施之一。良好的接地包含两方面内容,一是接地牢靠,二是接地点要正确。

对汽车电器进行屏蔽处理的目的,是使产生的高频电磁波在屏蔽的金属罩内产生涡流,变成热能消耗掉,使电磁波不能传播出去。例如利用金属外壳对刮水器电动机、暖风电动机和闪光器继电器等用金属罩遮盖,抑制较强交变电流引起的电磁波对外产生的电磁干扰。另一方面,为了保护输入ECU的传感器交变信号不受干扰而对传感器输入导线进行屏蔽。例如对氧传感器、空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和爆震传感器等信号线用金属网或金属管套住。其屏蔽罩之间以及金属罩与车体之间必须接触良好,这种接地是否良好将影响传感器输入ECU信号的质量。

5.在汽车上不要装备大功率无线电设备。

当汽车上需要装备移动式无线电设备(包括收录机和电视机等)时,其功率不能过大,若使用功率为10W以上的无线电发射装置,则容易产生电磁波的相互干扰。并且,应将无线电设备的天线安装在远离控制单元的位置上(天线的导线应距离控制单元的导线200mm以上)。另外,汽车音响主机的搭铁点也不要靠近控制单元,以免影响控制单元的正常工作。

6.电焊前应拆下控制单元。

电焊时的电弧是一种频谱比较宽的电磁波发生源,且电磁波很强。如果在控制单元附近进行电焊,而控制单元又在工作,轻则控制单元不能正常工作,重则控制单元遭到损坏。

7.不要随意添加电子器件。

随意添加电子器件有可能影响电子控制系统的工作,出现各种“怪病”。例如,不能在与霍尔效应式无触点电子点火装置相连接的点火线圈的接线柱上加装电容式无线电干扰抑制器。

结束语:

综上所述,在对汽车有关电器的故障进行分析排除时,不仅对电器本身要有所注重,对我们所看不见的电磁波也应引起一定的重视。往往有些简单的故障变得复杂仅仅是我们想到没想到而已,而不是我们会不会的问题。

参考文献:

1.《汽车电子器件的电磁干扰问题》肖尧荣,汽车电器;1988年03期

2.《现代车用微机的防电磁干扰技术》刘军民,世界汽车1999年05期

3.《汽车点火装置的无线电干扰及去干扰措施》杨永柏,上海汽车;2003年03期

4.《汽车电磁干扰及防干扰》孙凤英,汽车电器,1998年05期