車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)電磁加固技術(shù)研究?

熊沂鋮 王 棟 秦 芃 于思月 歸文強 袁小慧 王 龍

車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)電磁加固技術(shù)研究?

熊沂鋮 王 棟 秦 芃 于思月 歸文強 袁小慧 王 龍

（西安航空學院車輛工程學院 西安 710077）

論文以車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)為研究對象，選擇某國產(chǎn)型Ⅲ發(fā)動機電控系統(tǒng)，通過對比分析三種不同的屏蔽材料特征，選擇了防波套屏蔽方案來完成對車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)的電磁加固。研究結(jié)果表明：采用防波套屏蔽方案，在分支線束和主線束的穿套中，首先對分支線束防波套進行穿套和捆扎，再利用主線束防波套來包裹捆扎三個已進行捆扎的分支線束。采用截面積較大的深色線束作為接地線，在線路接地線的引出位置使用膠帶熱縮管加固，確保線束的抗拉性和可靠性。同時根據(jù)線束和電磁波長的比值來確定接地數(shù)量和布置方式。

電磁脈沖；防波套；屏蔽效能

AbstractBased on the vehicle engine electronic control system as the research object，in a certain type of domesticⅢ en?gine wiring harness，for example，by comparing the analysis of characteristics of three different shielding materials，the wave shield?ing set location is chosen to complete the vehicle engine electronic control system of electromagnetic reinforcement.Research results show that the wave shielding scheme，in front of the key parts for splice to suit wave set and heat shrinkable tube，for subsequent again after finished wire shielding plug assembly.In branch wire harness and the main line of the beam，first branch harness wave set is worn and banded，main beam wave set is used to package tied three tied branch wiring harness.Using cross-sectional area of the big dark wire harness as the grounding line，the line location derivation of the grounding line heat shrinkable tube，tape is used to ensure that the tensile property and reliability of wiring harness.At the same time，according to the wiring harness and electromag?netic wave length ratio the number of grounding and arrangement are determined.

Key Wordselectromagnetic pulse，wave set，shielding effectiveness

Class NumberU464

1 引言

車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)負責車輛發(fā)動機和各控制模塊的管理和通信，是保證車輛安全性的關(guān)鍵，同時也是最易受電磁脈沖的系統(tǒng)［1～3］。線束是保證系統(tǒng)各電子設備電磁脈沖的耦合通道，由于受到瞬態(tài)高電壓和大電流的作用導致信號受到干擾，易造成電子設備的毀損。屏蔽是車輛電控系統(tǒng)中電磁防護的主要手段之一［4～6］，但車輛線束結(jié)構(gòu)復雜、分叉多，因此對線束的屏蔽一直是個難點［7］。楊生輝針對車輛電控系統(tǒng)采用電磁脈沖環(huán)境模擬技術(shù)進行了效應測試和分析［8］，劉其風等通過混合仿真對電磁脈沖機理進行了分析［9］。候民勝等基于單片機建立了電磁脈沖的輻照試驗，并進行了加固技術(shù)的研究［10］。

當前針對電磁脈沖的研究主要是基于傳導試驗法［11］和仿真模型［12］，而采用試驗法成本高，試驗結(jié)果具有很大的隨機性，采用仿真模擬模型復雜，結(jié)果偏差較大。基于此，本文結(jié)合某國產(chǎn)III型柴油機線束結(jié)構(gòu)實例，探析屏蔽加固技術(shù)對發(fā)動機電控系統(tǒng)的研究。文章建立了一整套完善的防波套屏蔽方案，并采用屏蔽層接地工藝驗證了防波套屏蔽方案的應用性。

2 電磁脈沖加固技術(shù)理論分析

當前常見的電磁加固技術(shù)主要有屏蔽［13］、接地和濾波［14］，通過對電磁能量的隔離、反射、吸收作用減少系統(tǒng)的能量吸收，保證設備系統(tǒng)的工作［15］。本文主要研究屏蔽技術(shù)在電磁脈沖加固中的應用。

屏蔽技術(shù)是利用良性屏蔽體對電磁波的吸收和反射原理實現(xiàn)磁場間的隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由趨膚效應［16］可知，利用導體的屏蔽作用能有效降低高頻電磁波的穿透作用［17］。對于一些高頻用電設備產(chǎn)生的交變電磁脈沖，同時存在電場和磁場，需考慮到遠距離的電磁屏蔽。

利用屏蔽效能來評價屏蔽材料性能優(yōu)劣，體現(xiàn)的是材料對電磁能量的一種衰減作用。通過屏蔽材料能降低電磁波強度99.9%以上，常以對數(shù)形式表現(xiàn)這種電磁能量屏蔽作用，單位為dB。

屏蔽效能是指屏蔽脈沖源時，觀察點有無屏蔽電場（磁場）的強度比，即

上式中H0、Hs分別為無屏蔽和存在屏蔽時的磁場/電場強度（V/m）。當平面波成90°入射到無限大且薄的屏蔽板時，可表示為

其中R、A分別為反射損耗和吸收材料；A為交互反射損耗。

1）反射損耗R

對于不同類型的干擾源，在無線遠距離時都可以當做是一類平面波，反射損耗的定義為

其中σr為材料電導率；uv為相對磁導率，f為電磁波頻率（單位：MHz）。

2）吸收損耗A

由渦流作用引起的吸收損耗定義為

t為屏蔽體的厚度（單位：cm）。

3）多次反射損耗K

電磁波傳輸?shù)狡帘尾牧虾?，在屏蔽體內(nèi)會形成多次反射，這種基于多次反射所耗散的能量稱之為反射損耗K，其表達式為

式中A為吸收損耗。對于高頻，吸收損耗將會比較大，對反射項K→0，可以忽略；對于低頻，吸收損耗比較小，需要考慮多次反射作用。

3 發(fā)動機線束屏蔽工程實例分析

本節(jié)以某一國產(chǎn)Ⅲ柴油發(fā)動機為研究對象，對發(fā)動機的電控系統(tǒng)線束屏蔽技術(shù)進行分析，確定線束屏蔽方案的具體實施步驟和擬解決的關(guān)鍵性問題。

3.1 發(fā)動機線束屏蔽方案

目前主流的國Ⅲ柴油發(fā)動機主要有WP6、WP10、WP12.WP12的市場定位于高端配置。因此本文選擇目前大眾化的WP10型號發(fā)動機的線束布局來展開分析。WP10柴油發(fā)動機線束包括傳感器和噴油器量部分，如圖1和圖2所示。

圖1 傳感器線束

圖2 噴油器線束

WP10發(fā)動機線束布置在整個發(fā)動機的艙內(nèi)，走線復雜，且一些線束布置地區(qū)溫度普遍偏高，因而給線束屏蔽帶來很大難度。若選擇屏蔽袖套布置，則屏蔽線束明顯增大，無法放入預先位置；采用導線布纏繞方式的工藝要求高，操作復雜；采用防波套方案則兼顧了工藝化實施和有限空間布局雙方面，且能夠有效防護高頻脈沖的電磁波干擾?；诖?，本文選擇防波套方案來實現(xiàn)WP10發(fā)動機的電磁波屏蔽。

由發(fā)動機艙內(nèi)結(jié)構(gòu)可知，線束防護重點要關(guān)注以下幾點：1）針對線束主體所采取的屏蔽保護，線束主體與直徑差距較大的分叉處屏蔽銜接。2）線束和傳感器連接插件的連接，屏蔽層與線束末端接地設計。3）高溫、強震環(huán)境下絕緣層的密封性和可維護性。4）導線信號傳輸過程中的穩(wěn)定性。

針對WP10艙內(nèi)需解決的重點問題，確定防波套方案的主體實施程序，即在傳感器和執(zhí)行器接件未安裝前開始執(zhí)行，如下圖為已安裝ECU的傳感器和噴油器材料，在進行插接件組裝前對防波套和熱縮管進行套裝，完成線束屏蔽后再進行后續(xù)插接件的組裝。

圖3 WP10線束原材料

3.2 線束屏蔽方案實施

WP10發(fā)動機電控系統(tǒng)內(nèi)線束布置復雜，在具體實施過程中需逐層考慮，選定主線束為基準點，確定不同直徑和線束長度下的各分支接入點，以此為基礎(chǔ)，確定符合規(guī)格的防波套以及相應的熱縮管材料。具體步驟主要有以下幾點。

1）分支線束直徑和長度的確定

以WP10發(fā)動機電控系統(tǒng)中連接于ECU上的主線束為基礎(chǔ)點，確定主線束與分支上各連接端口的直徑和長度，根據(jù)屏蔽方案確定防波套的尺寸規(guī)格。防波套的主要型號和規(guī)格有：P1*2、P3*6、P4*6、P6*10、P10*16、P16*24、P24*30、P30*40等。電控系統(tǒng)防波套的編織密度應不低于90%。

圖4 傳感器線束示意圖

以某WP10型發(fā)動機中傳感器和噴油器的線束布置圖為例。整個電控系統(tǒng)分為兩個線束主線，其中噴油器線束上連接著個計量單元、流量單元、測控單元等分支線束；傳感器線束上連接各類壓力、溫度傳感器、曲軸傳感器、油門踏板傳感器等。各類傳感器和噴油器線束材質(zhì)規(guī)格見表1所示。

圖5 噴油器線束示意圖

表1 線束尺寸和防波套型號

2）線束原材料裁剪

根據(jù)WP10發(fā)動機線束尺寸要求，劃分線束的主干和分支部分，根據(jù)上節(jié)中確定的傳感器和噴油器主干和分支長度和直徑來確定規(guī)格尺寸和裝配位置，并進行捆扎標記，對相應線束進行裁剪，得到符合要求的傳感器線束。在進行線束劃分過程中，應提前劃分分支線束位置。

3）按照屏蔽方案實施

完成線束標定裁剪后，在進行防波套屏蔽方案實施過程中，要注意線束末端接地和連接分叉處的處理。

圖6為主線束與分支線束連接處的三個分叉，主線束采用24*30mm的防波套，各分支線路部分的防波套采用18*26mm的規(guī)格形式，在進行分支線束和主線束的穿套中，首先對分支線束防波套進行穿套和捆扎，利用主線束防波套來包裹捆扎三個已進行捆扎的分支線束。為避免分支線束捆扎過程中可能產(chǎn)生的隆起問題，對分支線束進行錯位捆扎。

圖6 分叉部分處理

圖7 為線束末端的接地處理，要特別注意分線束末端接地線部分的引出加固。通常采用截面積較大的深色線束作為接地線，在線路接地線的引出位置使用膠帶熱縮管加固，確保線束的抗拉性和可靠性。

圖7 線束末端處理

完成各線束防波套的安裝和熱縮管的穿套工作后，獲得一個完整的線束結(jié)構(gòu)，如圖8和圖9所示。

圖8 防波套穿套線束

圖9 熱縮管穿套

3.3 屏蔽層接地設計

根據(jù)《接地、搭接和屏蔽設計的實施》GJB 1210-91中屏蔽層接地標準進行了規(guī)定，當車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)線束長度在0.15倍波長以下時，線束的屏蔽層為單點接地。當線束大于0.15倍波長，則間隔0.15倍波長距離采取多點接地。當多點接地在實際使用過程中存在一定難度時，可減少屏蔽層接地數(shù)量的布置，但至少應該保持兩端接地。同時接地線長度應該盡量小，且接地電阻不得大于15MΩ。

4 結(jié)語

作為車輛行駛安全和提供動力的關(guān)鍵，車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)易受到電磁脈沖的影響，造成工作穩(wěn)定性下降，影響到行駛安全。文章在分析脈沖特性的基礎(chǔ)上，進行了車輛發(fā)動機電控系統(tǒng)電磁加固技術(shù)的分析，以某一國產(chǎn)型發(fā)動機線束為分析對象，針對三種不同的屏蔽材料特性進行研究，選擇采用了防波套屏蔽方案來驗證電磁加固技術(shù)的有效性。針對發(fā)動機電控系統(tǒng)采取的不同類型線束耦合途徑，采取防波套屏蔽方案，并對線束分叉、線束屏蔽層接地的具體實施工藝進行了討論，研究結(jié)果主要有：

1）在傳感器和執(zhí)行器接件未安裝前開始執(zhí)行電磁屏蔽加固技術(shù)，在實施防波套主體實施過程中，采取逐層連接的形式，選定主線束為基準點，確定不同直徑和線束長度下的各分支接入點。

2）在進行插接件組裝前對防波套和熱縮管進行套裝，完成線束屏蔽后再進行后續(xù)插接件的組裝。進行分支線束和主線束的穿套中，首先對分支線束防波套進行穿套和捆扎，再利用主線束防波套來包裹捆扎三個已進行捆扎的分支線束。

3）采用截面積較大的深色線束作為接地線，在線路接地線的引出位置使用膠帶熱縮管加固，確保線束的抗拉性和可靠性。

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Research on Electrom agnetic Reinforcem ent Technology of Vehicle Engine Electronic Control System

XIONG Yicheng W ANG Dong Q IN Peng YU Siyue GUI W enqiang YUAN Xiaohui W ANG Long
（School of Vehicles and Medical Electronic Engineering，Xi’an Aeronautical University，Xi’an 710077）

U464

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.09.040

2017年3月9日，

2017年4月19日

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目（編號：310822171116）；西安航空學院校級科研項目（編號：2017KY1217）資助。

熊沂鋮，男，碩士，助教，研究方向：發(fā)動機電控。王棟，碩士，講師，研究方向：車輛工程。秦芃，碩士，助教，研究方向：車輛工程。于思月，碩士，助教，研究方向：車輛工程。歸文強，碩士，助教，研究方向：車輛工程。袁小慧，碩士，助教，研究方向：車輛工程。王龍，碩士，助教，研究方向：車輛工程。