汽車感性器件的危害與控制方法

何筱榮　張小梅

摘 要：汽車電器件中存在許多的感性電器，由于電磁線圈的存在，感性電器斷開瞬間會產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖電壓，瞬態(tài)脈沖電壓對整車電氣系統(tǒng)有較強(qiáng)的干擾，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽車功能紊亂或喪失；本文主要描述了瞬態(tài)脈沖電壓對車輛造成的常見危害和對瞬態(tài)脈沖電壓的控制方法。

關(guān)鍵詞：汽車電器；感性負(fù)載；瞬態(tài)脈沖

1 前言

隨著汽車功能的增加，汽車電機(jī)類、電磁閥類等感性器件也不斷增多；由于感性器件內(nèi)電磁線圈的存在，感性電器在斷開瞬間，容易產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖電壓[1]，這些瞬態(tài)脈沖電壓的存在直接影響車輛的性能品質(zhì)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致車輛功能的喪失；本文主要是針對感性電器對車輛易造成的危害及對瞬態(tài)脈沖電壓的控制方法進(jìn)行描述。

2 感性電器

一般把帶有電感參數(shù)或線圈的電器，稱為感性電器[2]。感性電器由于內(nèi)部存在線圈的原因，在電源斷開時，線圈會抑制電流發(fā)生變化，為了維持原有的電流，線圈端會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電流越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越大，如果不加任何抑制，感應(yīng)電動勢可以達(dá)到外部施加電壓的幾十倍[3]，會對回路造成很強(qiáng)的干擾，同時也會以電磁感應(yīng)的方式對相鄰的回路造成影響[4]。

3 感性電器對汽車的危害

汽車電氣系統(tǒng)存在許多感性電器，例如：雨刮電機(jī)、門鎖電機(jī)等，感性電器在關(guān)斷時產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖易對整車造成嚴(yán)重的干擾，下面兩個案例列舉了感性電器對整車造成的常見危害。

案例一：某車型門鎖電機(jī)瞬態(tài)感應(yīng)電壓過大導(dǎo)致BCM部分功能異常。

車輛門鎖電機(jī)由BCM內(nèi)部電路控制，電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢超出BCM所能承受的極限，導(dǎo)致內(nèi)部電路中的二極管被擊穿，使車輛門鎖功能失效；門鎖電機(jī)工作過程關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的反向電壓脈沖最大值為231V，如圖1所示。

案例二：某車型座椅電機(jī)瞬態(tài)感應(yīng)電壓過大導(dǎo)致多媒體受干擾，無法正常工作。

車輛電動座椅電機(jī)在關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖，其中感應(yīng)脈沖的高頻信號通過輻射的方式耦合至多媒體的線束回路中，使多媒體的天線信號受到干擾，導(dǎo)致多媒體無法正常工作；如圖2所示為座椅電機(jī)關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖，脈沖峰值為159V。

4 瞬態(tài)脈沖控制方法

由于感性器件的自身特性，感性電器會使汽車電氣環(huán)境變得更加復(fù)雜，同時也對整車電氣系統(tǒng)設(shè)計提出了更大的挑戰(zhàn)。

在汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計階段，應(yīng)當(dāng)從電器設(shè)計、零部件管理、線束設(shè)計和測試驗證等不同的方面分別采取措施對汽車感性電器產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖加以控制，把感性電器的危害降至最低，提升車輛整體性能。

具體采取的控制方法主要有：

（a）抑制感性電器脈沖幅值：在感性電器設(shè)計時，在感性線圈的兩端設(shè)置并聯(lián)回路，用以對電磁線圈所儲存的能量提供一個泄放回路，起到減小線圈瞬變電壓的作用。例如圖3所示，在感性線圈兩端并聯(lián)一個壓敏電阻R，負(fù)載正常工作時，壓敏電阻R兩端的電壓較小，壓敏電阻處于高阻狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)K斷開時，壓敏電阻R兩端電壓由于電磁感性的作用會迅速增多，增大到一特定值時，壓敏電阻值急劇變小，使回路導(dǎo)通，起到釋放能量的作用，從而減小感應(yīng)電壓。

（b）提高電器的抗擾能力：對于BCM、PEPS、EPS等汽車關(guān)鍵控制器，應(yīng)相應(yīng)提高其抗擾能力的等級，以抵抗車輛感性瞬態(tài)電壓的沖擊；可參照ISO 7637-2標(biāo)準(zhǔn)所涉及到的波形對控制器進(jìn)行抗擾測試，以應(yīng)對整車復(fù)雜的電氣環(huán)境。

（c）優(yōu)化感性電器的布局：可以通過改善感性電器的安裝位置來降低對其他電器的干擾，例如：在對大功率感性負(fù)載布置時，應(yīng)使電器盡量靠近蓄電池或車身，減小線路的電磁輻射；同時對感性電器的接地系統(tǒng)也應(yīng)合理設(shè)計，例如：大功率感性負(fù)載應(yīng)考慮單獨接地、避免感性電器接地點中存在敏感電器（如：收音機(jī)等）的接地線束等。

（d）整車感性負(fù)載瞬態(tài)脈沖驗證測試：在汽車的研發(fā)階段，在整車環(huán)境下對車輛的感性電器進(jìn)行測試，驗證感性電器在不同工作狀況下產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓值是否在設(shè)計范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

汽車感性電器大約占汽車總電器的20%，汽車設(shè)計人員以及整車廠應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注這類電器對整車造成的電壓脈沖干擾，在設(shè)計階段采取必要措施進(jìn)行抑制。

本文在分析感性電器瞬態(tài)脈沖產(chǎn)生的機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)實際案例對汽車感性電器瞬態(tài)脈沖的危害進(jìn)行了說明，主要對在汽車電氣設(shè)計階段，對如何減少感性瞬態(tài)脈沖提出了幾種改進(jìn)措施，供相關(guān)設(shè)計及試驗人員參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝超維.感性負(fù)載過電壓及其抑制[J].電器開關(guān)2002，3：30-32.

[2]張曉光.切斷感性負(fù)載時的電磁兼容性探討[J]電源技術(shù)應(yīng)用.2003，6（12）：692-696.

[3]唐慶.容性負(fù)載和感性負(fù)載測量方法[J] 實驗技術(shù)與管理 2014，31（5）：61-64.

[4]唐炳書.感性負(fù)載斷電時電壓的理論分析[J] 連云港職業(yè)大學(xué)學(xué)報1999，39（2）：41-43.