【正文】 ral Motors GMW3097General Specification for Electrical/Electronic Components and Subsystems。 Electromagnetic Compatibility: Requirement Part GMW3100General Specification for Electrical/Electronic Components and Subsystems。 Electromagnetic Compatibility: Verification Part LotusLotus Engineering Standard: Electromagnetic Compatibility Nissan 28400NDS0229/汽車點(diǎn)火系統(tǒng)電磁干擾的仿真研究摘要：點(diǎn)火系統(tǒng)作為車內(nèi)最主要的電磁f擾源，點(diǎn)火時(shí)初級(jí)酬路的瞬變電壓引起的傳導(dǎo)十?dāng)_將對(duì)蓄電池電壓造成沖擊，并通過(guò)導(dǎo)線f擾車內(nèi)ECU和其它電子設(shè)備的正常1二作，同時(shí)火花摩擊穿時(shí)的高頻火花噪聲將對(duì)車內(nèi)外的電磁環(huán)境造成極強(qiáng)的輻射r：擾。為分析點(diǎn)火系統(tǒng)的咆磁干擾特性，對(duì)點(diǎn)火過(guò)程中初級(jí)電路的瞬變電流和電壓進(jìn)行了仿真，并建立了次級(jí)同路火化塞放電等效電路模瓔，提出并計(jì)算了將商壓導(dǎo)線等效為甲．極天線時(shí)車內(nèi)的電場(chǎng)分布情況。研究表明，采用阻尼導(dǎo)線和增大火花塞內(nèi)電阻都町以有效地抑制火花電磁噪聲。關(guān)鍵詞：汽車點(diǎn)火系統(tǒng)；電磁f擾；點(diǎn)火線圈；火花塞；島JK導(dǎo)線l 引言 伴隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步以及汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上使用越來(lái)越多的電子產(chǎn)品，這些電子產(chǎn)品在增加汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性的同時(shí)，也汽車的電磁兼容問(wèn)題變得更為復(fù)雜，從而使得汽車電磁兼容成為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中必須考慮的『口J題?。點(diǎn)火系統(tǒng)是汽車內(nèi)最主要的電磁。F擾源。 在1906年，人們就發(fā)現(xiàn)道路E行駛的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)周圍的無(wú)線電收音機(jī)產(chǎn)生干擾，從而提出塒汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁十?dāng)_加以限制。但此項(xiàng)工作是汽車電磁干擾抑制、實(shí)現(xiàn)電磁兼容的難點(diǎn)之一。點(diǎn)火系統(tǒng)涉及到點(diǎn)火電路性能、點(diǎn)火能量控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制、汽缸工況等諸多技術(shù)I’UJ題。點(diǎn)火過(guò)程中產(chǎn)生大量的電磁騷擾，主要分為點(diǎn)火線圈一次回路瞬變電壓引起的傳導(dǎo)干擾、高壓導(dǎo)線和火花放電的高頻輻射干擾等。傳導(dǎo)干擾不僅對(duì)蓄電池電壓造成沖擊，同時(shí)還可通過(guò)電源線傳到車內(nèi)其他電子設(shè)備。高頻電磁輻射對(duì)車內(nèi)電子控制單元(ECU)也可能產(chǎn)生較大影響，從而對(duì)汽車的監(jiān)控等安全性方面產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。點(diǎn)火系統(tǒng)電磁兼容性研究是目前眾多汽車乍產(chǎn)商和研究單位關(guān)注的重點(diǎn)。圍外已經(jīng)對(duì)點(diǎn)火噪聲進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試并開(kāi)始了電磁兼容性預(yù)測(cè)研究。我國(guó)起步較晚，目前主要還集中于對(duì)電磁噪聲的測(cè)試，因此對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的干擾特性進(jìn)行仿真研究能有效改進(jìn)汽車整體的電磁兼容性設(shè)汁舊J。2點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理及電磁干擾的形成 現(xiàn)代汽車點(diǎn)火系統(tǒng)主要由蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火線圈、高壓點(diǎn)火導(dǎo)線、分電器和火花塞等組成，其簡(jiǎn)化模型圖如圖l所爾。當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，分電器連同凸輪在發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)交替地使斷電器觸點(diǎn)打開(kāi)與閉合。在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通的情況下，當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)，點(diǎn)火線圈一次繞組中有電流流過(guò)，從而在鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)斷電器觸點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，一次電路被關(guān)斷，一次繞組中的電流迅速下降到零．引起磁通突降，并在一次繞組中產(chǎn)生幅值達(dá)200—300V的自感電動(dòng)勢(shì)u。一。二次繞組在互感的作用下產(chǎn)生與匝比成正比的高達(dá)15—20kV的高壓電動(dòng)勢(shì)u：一。該電動(dòng)勢(shì)使火花塞問(wèn)隙擊穿，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的混和氣體。2．1點(diǎn)火系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾的形成機(jī)理 點(diǎn)火系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾主要是由于點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合后一次回路中電流增大到一定值時(shí)觸點(diǎn)斷開(kāi)引起電流迅速下降而引起的，點(diǎn)火系統(tǒng)一次側(cè)電路如圖2所示。 點(diǎn)火過(guò)程中，線圈的瞬變電壓對(duì)汽車蓄電池的沖擊是造成傳導(dǎo)干擾的干擾源，蓄電池電j矗較高的時(shí)候電流電壓波形上升速度加快，開(kāi)關(guān)閉合以后的震蕩加劇。線圈電壓波形受到C．反復(fù)充放電影響是一個(gè)振蕩衰減曲線，最大幅值可達(dá)到4V，這個(gè)波動(dòng)的電壓將通過(guò)導(dǎo)線直接耦合到ECU、車載娛樂(lè)系統(tǒng)、ABS等電子設(shè)備，對(duì)其形成干擾。為避免這種影響，現(xiàn)代汽車多采用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)控制點(diǎn)火時(shí)序，并采用TVS(瞬變電壓抑制二極管)保護(hù)控制電路，以保證點(diǎn)火時(shí)刻更加精確，同時(shí)要求蓄電池搭鐵與電容器可靠連接，以減少觸點(diǎn)放電產(chǎn)生電磁干擾。2．2 點(diǎn)火系統(tǒng)輻射電磁干擾的形成 由于點(diǎn)火系統(tǒng)的輻射電磁f擾是由具有高頻的脈沖點(diǎn)火電流引起的，所以我們先研究火花塞fnJ隙擊穿時(shí)的點(diǎn)火電流。將火花塞作為一植入電阻的同軸電容器，其物理模型結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4”J。當(dāng)火花塞的電極問(wèn)隙被擊穿時(shí)，根據(jù)模型建立的次級(jí)同路等效電路如圖5所示”j。 其中，e、c。為火花塞電極的同軸分布電容；C，為火花塞阻尼阻抗對(duì)地分布電容；R，為火花塞內(nèi)置電阻；0為火花電阻；R。、c。分別為高壓點(diǎn)火線的電阻和分布電容；R。、k和cL分別為次級(jí)點(diǎn)火線幽的電阻、電感和寄生電容。由Rompe—Weizel理論可知【61，火花電阻rg是一個(gè)隨時(shí)問(wèn)變化的量，當(dāng)火花間隙被擊穿后，它的值隨時(shí)間變化。 從以上分析可以看出，點(diǎn)火電流i與火花電流i?？梢酝ㄟ^(guò)火花塞尺寸和火花塞的間隙擊穿電壓近似計(jì)算得到。同時(shí)．從式(15)可以看出，點(diǎn)火電流i隨著阻抗乞和乞的增大而減?。c火花電流成正比關(guān)系”。火花塞擊穿時(shí)的火花電流和高壓導(dǎo)線的電磁輻射是點(diǎn)火系統(tǒng)中輻射干擾的來(lái)源，火花塞位于屏蔽的汽缸內(nèi)，對(duì)外輻射較弱，對(duì)車內(nèi)產(chǎn)生的干擾t要來(lái)自高壓導(dǎo)線。，因此，將高壓導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁輻射情況等效為佗于汽車引擎蓋下方的一單極天線，通過(guò)數(shù)值仿真的方法得到點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射干擾在車內(nèi)的電磁場(chǎng)分布。3 輻射計(jì)算模型及仿真分析 由于實(shí)際車體的結(jié)構(gòu)非常緊湊，對(duì)電磁仿真而言，車燈、后視鏡、排氣管以及連接處的縫隙和孑L洞的建模非常復(fù)雜。對(duì)此進(jìn)行了必要的簡(jiǎn)化。此外車體為曲面結(jié)構(gòu)，在仿真過(guò)程中采用丫分塊的多個(gè)平面方法來(lái)構(gòu)造曲面結(jié)構(gòu)。得到的汽車模型如圖6，車體的尺寸為4．4m1．8m1．1m(長(zhǎng)寬高)。 從圖8中可以看}l{沿車身軸向的電場(chǎng)幅值與高壓導(dǎo)線距離有直接的關(guān)系，當(dāng)終端開(kāi)路時(shí)先是逐漸加大，到0．6m左右達(dá)到最大值，然后開(kāi)始下降。終端接上負(fù)載電阻以后，電場(chǎng)幅值明顯減小，且隨距離變化電場(chǎng)變化較小，可見(jiàn)增人電阻對(duì)抑制點(diǎn)火噪聲在整個(gè)車內(nèi)都有明、顯的作用。當(dāng)頻率增大后，接負(fù)載的時(shí)候電場(chǎng)變化規(guī)律趨于一致，電場(chǎng)幅值／ff微弱的增加．而終端開(kāi)路的情況下電場(chǎng)總體變化趨勢(shì)相同，幅值在不間距離處變化較大。當(dāng)頻率依次增加以后，可以看副電磁干擾隨之加大，400MHz和600MHz時(shí)電場(chǎng)變化趨勢(shì)基本一致，幅值略微加大。由于車內(nèi)電子設(shè)備主要集中于車體前端，因此高壓導(dǎo)線的安裝位置特別關(guān)鍵，要盡可能選在離ECU較遠(yuǎn)的地方。而其他敏感設(shè)備也應(yīng)盡可能避免安裝在輻射強(qiáng)的區(qū)域，以避免強(qiáng)輻射的干擾，提高安全性。4結(jié)論 本文在深入分析汽車點(diǎn)火系統(tǒng)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上對(duì)點(diǎn)火電路一次側(cè)點(diǎn)火線圈瞬變電壓引起的傳導(dǎo)干擾和二次側(cè)火花放電產(chǎn)生的輻射干擾進(jìn)行了分析與仿真，得到了點(diǎn)火過(guò)程中對(duì)汽車蓄電池電壓造成沖擊的瞬變電壓和火花放電電流．建立了火花塞放電等效電路模型，并將點(diǎn)火系統(tǒng)高壓導(dǎo)線等效為單極滅線進(jìn)行了車內(nèi)輻射場(chǎng)的仿真分析，得到加大火花塞電阻和導(dǎo)線電阻都可以有效抑制點(diǎn)火系統(tǒng)的輻射噪聲的結(jié)論，為抑制火花噪聲提供了理淪依據(jù)。比較系統(tǒng)地分析了汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁干擾產(chǎn)生根源及對(duì)車內(nèi)電磁環(huán)境的影響。并對(duì)車內(nèi)敏感電子設(shè)備的安裝提出了建議。從而對(duì)汽車電磁兼容性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。車載零部件與整車輻射發(fā)射的電磁兼容性分析國(guó)內(nèi)廠商往往不重視電磁兼容問(wèn)題，隨便拿一輛整車就來(lái)測(cè)試，結(jié)果整車測(cè)試不滿足要求。隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，國(guó)內(nèi)許多汽車廠商開(kāi)拓國(guó)外市場(chǎng)。伴隨著大量整車的出口，同時(shí)面臨通過(guò)電磁兼容性產(chǎn)品強(qiáng)制認(rèn)證的問(wèn)題。導(dǎo)致回去整改的結(jié)果，即花費(fèi)了資金又耽誤了寶貴的時(shí)間。汽車零部件測(cè)試與整車測(cè)試有著緊密的關(guān)系，如果能正確認(rèn)識(shí)它們之間的關(guān)系并采取一定的技巧及措施，順利通過(guò)認(rèn)證并非難事。1 零部件輻射發(fā)射測(cè)試對(duì)整車輻射發(fā)射測(cè)試產(chǎn)生的影響 汽車的零部件測(cè)試與整車測(cè)試的關(guān)系大部分車輛出口都是以整車出口的行形式，電磁兼容性目擊認(rèn)證主要是考察整車電磁兼容測(cè)試結(jié)果。整車測(cè)試主要包括兩方面內(nèi)容，即輻射發(fā)射和輻射抗擾度。零部件測(cè)試位置及狀態(tài)的要求在這兩方面上與整車測(cè)試的要求略有不同。考慮到整車測(cè)試時(shí)，車體表面距離天線10米距離，安裝在車中的零部件距離天線超過(guò)10米，并且還有車體屏蔽的影響?？梢哉f(shuō)整車要求較零部件輻射發(fā)射限值要求略松；輻射抗擾度方面零部件要求嚴(yán)格于整車要求，同樣為30伏米場(chǎng)強(qiáng)，但整車測(cè)試距離更遠(yuǎn)。零部件測(cè)試內(nèi)容往往比整車測(cè)試項(xiàng)目豐富的多，包括瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度、靜電放電、輻射抗擾度、傳導(dǎo)抗擾度、輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射以及特殊波形的干擾等。一些項(xiàng)目試驗(yàn)多是模擬車上在特定狀態(tài)下容易出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象。例如：電源與感性負(fù)載斷開(kāi)連接時(shí)所產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象、電流突然中斷引起的瞬態(tài)現(xiàn)象、直流電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的瞬態(tài)現(xiàn)象等。而整車測(cè)試只重點(diǎn)考察輻射發(fā)射和輻射抗擾度，并且整車測(cè)試時(shí)的車輛狀態(tài)較穩(wěn)定，一般不會(huì)出現(xiàn)上述特定的情況。所以從測(cè)試角度來(lái)說(shuō)，零部件只要控制好輻射發(fā)射、做好輻射抗繞度的抑制就可以通過(guò)整車測(cè)試。 零部件測(cè)試狀態(tài)的選擇對(duì)整車測(cè)試產(chǎn)生的影響在零部件電磁兼容性測(cè)試時(shí)，特別要注意要盡量模擬實(shí)車使用的測(cè)試狀態(tài)。如果測(cè)試時(shí)的狀態(tài)完全不同于實(shí)車測(cè)試狀態(tài)，那么測(cè)得的數(shù)據(jù)是沒(méi)有說(shuō)服力的