馬德偉
摘要:目前大多數(shù)認(rèn)為汽車的主要電磁干擾是其點火系統(tǒng),實際上,在汽車上的所有的電子有關(guān)的產(chǎn)品都會產(chǎn)生電磁的干擾,尤其是組合儀表的電磁干擾,那么電磁的干擾不僅僅是對車輛之外的一些無線的設(shè)備有影響,其也會造成車輛內(nèi)部的不同的電子產(chǎn)品之間的相互影響。
關(guān)鍵詞:汽車組合儀表;電磁干擾;特性分析;優(yōu)化措施
1 引言
儀表是汽車的主要顯示界面,其功能是為用戶提供實時的燃油、車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫等車輛信息顯示,以及防抱死制動系統(tǒng)(Anti-lock Brake System,ABS)、電子制動力分配系統(tǒng)(Electronic Brake force Distribution,EBD)等報警燈的顯示。當(dāng)車輛行駛過程中,儀表系統(tǒng)應(yīng)該正常工作,并具有抵抗各種電磁騷擾的能力。其抗擾性能的好壞直接決定了儀表信息給用戶的反饋是否準(zhǔn)確,錯誤的反饋會直接影響用戶的判斷,甚至影響到駕駛安全。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的汽車儀表功能基本相同,都是由燃油表、車速表、轉(zhuǎn)速表及水溫表四大部分組成。
車速和轉(zhuǎn)速信號基本是方波信號,此方波信號基本在幾十赫茲,當(dāng)車輛行駛過程中,儀表開始工作后,車速及轉(zhuǎn)速信號就可能產(chǎn)生對外騷擾。
水溫信號基本都是PWM信號,也基本在幾十赫茲,占空比50%左右,此信號在儀表開始工作后也容易對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。
汽車儀表系統(tǒng)的電磁干擾對車內(nèi)敏感電器設(shè)備/系統(tǒng)的正常工作和整車電磁兼容法規(guī)通過性都具有重要影響。因此,汽車儀表系統(tǒng)電磁干擾的測試技術(shù)和抑制措施等方面的研究,對于汽車儀表系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)的研究,以及對于整車電磁兼容性能的提升都具有重要意義。
2汽車組合儀表產(chǎn)生電磁干擾的主要原因分析
在汽車組合儀表系統(tǒng)中,電磁干擾來源多樣,既有系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾,也有來自外部的電磁干擾。我們分別介紹說明。來源于汽車組合儀表系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾源:信號線彼此之間的干擾;多點接地情況下引發(fā)的電位差;儀表原件的熱噪音,數(shù)字地與模擬地之間的影響等。來自汽車組合儀表系統(tǒng)外部的磁場干擾主要有電臺與雷達(dá)進(jìn)行發(fā)射時所產(chǎn)生的電磁波干擾;太陽與其它天體本身輻射所帶來的電磁波;自然氣象條件影響下所出現(xiàn)的空中雷電、氣溫與濕度及電磁場的負(fù)面影響。
3 汽車組合儀表電磁干擾抑制措施制定原則
在實際工作環(huán)境中,干擾總是客觀存在的。內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān),它可以通過精心設(shè)計、改變結(jié)構(gòu)布局和生產(chǎn)工藝等方法,將內(nèi)部干擾抑制到工程所允許的程度。外部干擾是隨機(jī)的,只能針對不同情況,采用不同處理的方法。但是,為了保證系統(tǒng)的正常工作,應(yīng)遵守以下原則:
1)努力分析清楚干擾來自何方、屬于何種性質(zhì)、有針對性地采取抗干擾的辦法。
2)應(yīng)優(yōu)先采用減少干擾源,其后考慮提高系統(tǒng)抗干擾能力的順序原則。
3)在采取的措施中,應(yīng)考慮到費(fèi)用少,效果好的綜合指標(biāo),以實用為目的。
4)干擾是不可能完全抑制的,考慮到一旦抗干擾失敗,如何采取保護(hù)措施,使其影響小,是完全必要的
4汽車組合儀表電磁干擾的有效抑制措施優(yōu)化分析
汽車組合儀表系統(tǒng)在實際的工作中,幾乎不能避免電磁的干擾。但是我們可以采取一定的抑制措施,通過改善內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、對其工作工序進(jìn)行精心設(shè)計,轉(zhuǎn)變生產(chǎn)工藝等方式,將汽車組合儀表系統(tǒng)的抗干擾能力提高,將電磁干擾引起的破壞減小到最低。有效的避免系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾,規(guī)避系統(tǒng)外部的電磁干擾,保證汽車組合儀表系統(tǒng)的正常作業(yè)。
4.1.DCDC轉(zhuǎn)換電路電磁干擾設(shè)計優(yōu)化
組合儀表主電源DCDC轉(zhuǎn)換器是電路的重要組成部分,其電磁騷擾較大,容易產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)騷擾,此部分在設(shè)計階段必須進(jìn)行濾波處理。在12 V電源輸入端,并聯(lián)多個103/104電容,以達(dá)到對電源的濾波,并預(yù)留共模電感位置,根據(jù)電路設(shè)計情況進(jìn)行取舍。在DCDC輸出電源端同樣連接103/104電容以達(dá)到電磁干擾抑制作用。
4.2 高速CAN信號電磁兼容優(yōu)化
在采用高速CAN通信的儀表電路中,高速CAN信號容易被干擾,因此在設(shè)計過程中需要考慮,可通過在CAN信號上加較小電容來實現(xiàn),并通過增加共模電感抑制外界干擾。此方法可有效抑制外界干擾,并對抗靜電放電有較好效果。
4.3 顯示驅(qū)動電路濾波優(yōu)化分析
目前大多數(shù)汽車已采用液晶顯示屏顯示里程等數(shù)據(jù),組合儀表顯示驅(qū)動芯片在電壓轉(zhuǎn)換過程中,芯片內(nèi)部具有較大交流騷擾及PWM信號轉(zhuǎn)換,芯片內(nèi)部電流達(dá)到幾百毫安,因此需要進(jìn)行濾波處理,特別是針對交流部分需要進(jìn)行差模濾波。圖7是對某汽車儀表的電路優(yōu)化,在芯片12 V輸入端,連接103/104電容進(jìn)行濾波處理,同時在接口端可根據(jù)需要預(yù)留一個差模電感的位置。此優(yōu)化方案在抑制差模干擾騷擾的同時,對芯片PWM轉(zhuǎn)換及交流工作電路的差模干擾進(jìn)行了很好的優(yōu)化。
4.4 運(yùn)用一定的信號進(jìn)行電磁干擾的有效隔離
在實際的信號傳輸過程中,我們常常要避免形成接地環(huán)路而引入新的電位差,與此同時,為了有效切斷干擾噪音傳播的通道,我們需要將輸入、輸出的信號與系統(tǒng)內(nèi)的電路相分離。這種對抗方式被稱為信號隔離,隔離之后的信號傳輸功能依然能正常的發(fā)揮,信號隔離的具體方法很多,我們在此不做一一贅述。
4.5 引入數(shù)字濾波技術(shù)有效的對抗電磁的干擾
我們在汽車組合儀表的電磁干擾抑制中,除了采用硬件措施的改進(jìn)來提高系統(tǒng)的抗干擾能力之外,我們還可以充分發(fā)揮計算機(jī)高速度、大容量的特點,將軟件的優(yōu)勢發(fā)揮出來。數(shù)字濾波技術(shù)就能很好的解決電磁干擾問題。采用數(shù)字濾波技術(shù)一方面可以保證汽車組合儀表系統(tǒng)的正常工作不被干擾停止,另一方面又能滿足工程所追求的精確度與高速度,工作中有效信號中的干擾噪音在經(jīng)過濾波之后被消除了。
5結(jié)語
汽車儀表系統(tǒng)是組成汽車顯示系統(tǒng)的重要電器部件,它的電磁兼容性能對車內(nèi)電器設(shè)備的性能有著非常重要的影響。本文對汽車儀表系統(tǒng)的測試技術(shù)及抑制措施進(jìn)行了研究,得到以下結(jié)論。
(1)基于信號發(fā)生器的輸入和電阻負(fù)載的接入搭建的試驗臺架,可以有效地檢測汽車儀表系統(tǒng)的電磁騷擾。
(2)對汽車儀表系統(tǒng)采用合適的設(shè)計和相應(yīng)的騷擾抑制措施后,汽車儀表系統(tǒng)可取得良好的電磁兼容性能。
參考文獻(xiàn):
[1]林艷萍.汽車儀表電磁兼容試驗室及測試技術(shù)[J].安全與電磁兼容,2013(01):1-6.
[2]劉月蘭,楊小雨.變頻器干擾與其他故障問題的研究[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報.2018(03).
[3]趙志駿.抗電磁干擾技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2017(15).
(作者單位:長城汽車股份有限公司
河北省汽車工程技術(shù)研究中心)