中重型載貨汽車電器系統(tǒng)感性負(fù)載測試及設(shè)計研究

劉 航，魏亞芳

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

在整車的電子電器系統(tǒng)中，感性負(fù)載對整車電源及搭鐵系統(tǒng)的影響非常大。當(dāng)感性負(fù)載斷電時，會產(chǎn)生幾百伏甚至上千伏的高電壓脈沖，高電壓脈沖通過電源網(wǎng)絡(luò)和搭鐵系統(tǒng)對車輛上的其他電器零部件造成危害。

雖然電器零部件需要通過ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)的測試驗(yàn)證，但是為了提高整車電器系統(tǒng)的性能及可靠性，提高電器零部件的使用壽命，整車廠的電子電器工程師在設(shè)計時必須充分考慮并設(shè)法減小脈沖電壓造成的危害。

汽車上常見的感性負(fù)載有繼電器、點(diǎn)火鑰匙、電磁閥、電機(jī)類等，電機(jī)類包括起動機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、空調(diào)模式伺服電機(jī)、冷／暖伺服電機(jī)、新風(fēng)伺服電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、水寒寶、駕駛室傾翻電機(jī)、刮水電機(jī)、洗滌電機(jī)等。本文以福田戴姆勒某一牽引車為測試環(huán)境，對感性負(fù)載進(jìn)行了測試和設(shè)計研究，具體如下。

1 感性負(fù)載斷開瞬間產(chǎn)生的脈沖電壓測試

1.1 繼電器

繼電器在汽車上的應(yīng)用比較廣泛，一般和熔斷絲一起布置在配電板上。載貨汽車上繼電器的應(yīng)用較多，少則幾個，多則十幾個二十幾個，功率較大的負(fù)載以及電機(jī)類的負(fù)載一般都由繼電器控制。繼電器的線圈端斷開時會產(chǎn)生300 V、400 V甚至更高的反向電壓，克服反向電壓的常用方法是在繼電器的線圈兩端并聯(lián)電阻或者二極管，對產(chǎn)生的反向電壓起到抑制作用，作者選取兩種繼電器樣本，分別進(jìn)行測試，結(jié)果如圖1、圖2所示。

并聯(lián)電阻的繼電器在線圈斷電時產(chǎn)生的最大負(fù)向脈沖電壓為159 V，持續(xù)時間約為4.65 ms；并聯(lián)二極管的繼電器在線圈斷電時產(chǎn)生的最大負(fù)向脈沖電壓為19.20 V，持續(xù)時間約1.6 μs。因此，在繼電器線圈兩端并聯(lián)二極管能夠有效消除瞬時高壓，減少脈沖電壓對繼電器開關(guān)觸點(diǎn)的破壞，同時也減少了對同一電源網(wǎng)絡(luò)其它電器零部件的破壞。

1.2 壓縮機(jī)離合器

電磁離合器是空調(diào)壓縮機(jī)上的關(guān)鍵部件，用于控制壓縮機(jī)的工作。離合器的線圈斷開時會產(chǎn)生較大的反向脈沖，如圖3所示。

斷開電磁離合器線圈電源瞬間，負(fù)向脈沖電壓最大約為470 V，波動時間約為80 μs。壓縮機(jī)離合器斷開電源瞬間產(chǎn)生的反向電壓大，持續(xù)時間長，因此，在設(shè)計時盡量將壓縮機(jī)離合器單獨(dú)在一個電源網(wǎng)絡(luò)里，并且單獨(dú)搭鐵，搭鐵點(diǎn)與其他容易受影響的零部件搭鐵點(diǎn)保持一定距離。

1.3 鼓風(fēng)電機(jī)

鼓風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)功率比較大的電機(jī)，鼓風(fēng)電機(jī)斷開時也會產(chǎn)生較大的反向脈沖，如圖4所示。

斷開鼓風(fēng)電機(jī)瞬間，負(fù)向脈沖電壓最大約為102V，波動時間約為100μs。

1.4 電磁閥

電磁閥在載貨汽車上的應(yīng)用較多，通過電路控制氣路的通斷。電磁閥線圈的功率較小，線圈斷開時產(chǎn)生的反向電壓也較小，如圖5所示。

斷開開關(guān)瞬間，靠近電磁閥側(cè)有明顯的電壓波動變化，負(fù)向脈沖電壓最大約為44.8 V，持續(xù)時間約為8 ms，因此在設(shè)計時，無需特殊關(guān)注電磁閥對其他負(fù)載的影響。

2 感性類負(fù)載及整車電子電器系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1 設(shè)計原則

通過上述的測試發(fā)現(xiàn)，感性負(fù)載在斷開時產(chǎn)生的反向脈沖較大，電子電器工程師在電器原理、線束設(shè)計時必須充分考慮到感性負(fù)載的影響，可通過優(yōu)化設(shè)計電源系統(tǒng)和搭鐵系統(tǒng)來減小感性負(fù)載對其他電器零部件造成的危害。

1）電源系統(tǒng)設(shè)計

將整車的負(fù)載分類，汽車上的電源網(wǎng)絡(luò)一般有兩級:同一類型的負(fù)載在同一個、同一級電源網(wǎng)絡(luò)里；對于產(chǎn)生干擾較大的負(fù)載最好單獨(dú)在一個電源網(wǎng)絡(luò)里。

2）搭鐵系統(tǒng)設(shè)計

將整車的負(fù)載分類，如感性負(fù)載類、阻性負(fù)載類、控制器類、傳感器類等；將干擾等級分為嚴(yán)重、一般、較小，對于干擾較大的負(fù)載最好單獨(dú)搭鐵，以減小對其他零部件的干擾。

對于比較重要的負(fù)載，如控制器類負(fù)載也要單獨(dú)搭鐵或者直接接到蓄電池負(fù)極，避免受到其他零部件的干擾。

對于在同一個搭鐵點(diǎn)的負(fù)載，盡量減少或取消搭鐵線的釘接，比較重要的負(fù)載不與其他負(fù)載釘接之后搭鐵，而是搭鐵線需要直接到搭鐵點(diǎn)。

對干擾十分敏感的負(fù)載，如傳感器類的負(fù)載搭鐵線要接回控制器，這樣可以避免干擾對傳感器的數(shù)值產(chǎn)生較大的影響。

2.2 測試結(jié)果應(yīng)用

1）壓縮機(jī)離合器設(shè)計

在感性負(fù)載測試中，壓縮機(jī)斷開時產(chǎn)生的反向電壓最大，其他感性負(fù)載較小。以壓縮機(jī)為例，在設(shè)計時優(yōu)化電源系統(tǒng)和搭鐵系統(tǒng)，將壓縮機(jī)的電源網(wǎng)絡(luò)與其他電器零部件電源網(wǎng)絡(luò)分開，壓縮機(jī)的搭鐵點(diǎn)與其他零部件的搭鐵點(diǎn)距離大于1 m。分析斷開壓縮機(jī)瞬間對電源網(wǎng)絡(luò)其他電器零部件的影響，測試結(jié)果如圖6所示，圖6中1通道為儀表的電源電壓，測量點(diǎn)接近儀表；圖6中2通道為壓縮機(jī)離合器正極的電壓。

從圖6中可以看出，壓縮機(jī)離合器斷開時產(chǎn)生的反向電壓約為400 V，而儀表電源的波動電壓最大為12V，影響較小。這充分說明，通過優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)和搭鐵系統(tǒng)，可以減小壓縮機(jī)離合器對整車其他零部件的影響。

2）搭鐵點(diǎn)懸浮測試

以福田戴姆勒某一車為例，將整車主要搭鐵點(diǎn)進(jìn)行分類，優(yōu)化搭鐵系統(tǒng)設(shè)計，測試每一個搭鐵點(diǎn)相對于蓄電池負(fù)極的電壓，在測試過程中，逐漸接通和斷開整車主要電器負(fù)載，測試結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，所有搭鐵點(diǎn)相對于蓄電池負(fù)極的最大電壓為0.047V，這充分說明優(yōu)化搭鐵系統(tǒng)后，整車主要搭鐵點(diǎn)之間相對于蓄電池負(fù)極的懸浮電壓很小。

3 結(jié)束語

本文對中重型載貨汽車上常見的感性負(fù)載進(jìn)行了測試和分析，針對整車電子電器系統(tǒng)設(shè)計，提出了減小感性負(fù)載對其他零部件影響的方法，并將該方法應(yīng)用于實(shí)際的車輛設(shè)計中，通過測試，驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。