汽車電磁兼容引發的故障分析

陳明

摘要：文章通過對車輛電氣系統之間相互產生電磁干擾故障的診斷，介紹現代汽車維修的新思路。

關鍵詞：電磁兼容性；電磁干擾：機油壓力；汽車維修

1 電磁兼容性概述

無線電干擾電磁兼容性（Electro MagneticCompatibility， EMC）是指電子設備運行中會產生并向空間發射電磁波，對其他相鄰的電子設備的正常運行產生影響的現象。

負面影響是在日常生活中，當汽車通過電視機或附近有電焊操作時，電視機屏幕上會有雪花點產生，嚴重時會使電視節目無法正常觀看。

正面應用的例子，如在現代戰爭中的電子對抗戰，利用無線電干擾敵方的電子設備的正常運行，甚至使其無法工作，從而贏得戰爭的主動權甚至贏得最終勝利。

歐盟理事會關于汽車EMC的最新技術標準2004/104/EC于2004年11月13日在歐洲官方期刊（Official Journal ofEuropean Union. OJ）發布，公告號L337，它取代了前一版關于汽車電磁兼容技術標準95/5 4/EC。

2 問題產生及分析

有一臺捷達教練車在大修發動機后，當發動機轉速在1500 /min以上時，機油報警燈會間歇地閃動。

捷達車的機油壓力指示系統如圖1所示，由低壓油壓開關、高壓油壓開關、油壓檢查控制器、機油壓力指示燈等組成。當發動機工作時，用來檢測發動機主油道中機油壓力的大小。

低壓開關安裝在發動機缸蓋的主油道上，其外殼直接接地。低壓油壓開關為常閉型開關，當發動機未發動，油壓低于0.03 MPa時常閉。當發動機發動后，油壓高于0.03 MPa時，開關打開。

低油壓開關上的黃色導線進入中央線路板后導入組合儀表，接通到油壓控制器，當油壓低于0.03 MPa時，送出低油壓報警信號。

高油壓開關安裝在機油濾清器支架上，其外殼直接接地。高壓油壓開關為常開型開關，當油壓低于0.18 MPa時常開，當油壓高于0.18 MPa時開關閉合。

高油壓開關上的紅/白色導線進入中央線路板后導入組合儀表，接通到油壓控制器，當油壓低于0.18 MPa時，并且發動機轉速大于2 000 r/min時，送出高油壓偏低報警信號。因為轉速越高，機油壓力要越高，以提高潤滑及冷卻效果。

另外當機油壓力過大，超過系統壓力上線時，多余壓力將通過限壓閥流回油底殼，不會產生報警信號。

由上可分析得出在幾種情況下常見的機油報警燈會閃動報警：（1）機油泵工作不良，不能產生合格機油壓力。（2）機油壓力開關損壞產生間斷故障。（3）機油油路堵塞、機油過稀、曲軸軸承間隙過大等造成的油壓不穩。

3 常規排故

檢測機油壓力，機油壓力在0.08-0.22 Mpa之間變化，在正常范圍內，更換高低壓開關，故障現象依舊。

由于機油壓力正常，并且教練車正好有路考任務，于是車輛外出完成了2天的路考。車輛沒發生問題，正常使用。

基于上述原因，可排除機油系統本身的原因，問題轉向其他系統查找。

再回頭仔細查看機油報警燈線路，其實很簡單，不易發生故障，并且在接通點火開關發動機起動時機油報警燈還能正常點亮，起動后機油報警燈能正常熄滅。

4 考慮EMC影響

問題轉向可能產生EMC的設備，在發動機室能產生電磁干擾的設備有發電機、高壓點火線等。

首先，懷疑發電機碳刷不良產生EMC，于是將發電機更換，試車后故障仍然在，沒有變化。然后，更換高壓線，正好手邊有一套捷達車的高壓線，更換上后，試車，故障現象消失，一切正常。

經再次詢問，才知道大修后的發動機由于原來的高壓線有損壞，于是更換了一套高壓線，由于不是原廠的高壓線，導致發動機點火時產生過量的電磁輻射，對機油報警燈的線路進行了干擾，影響了它的正常工作，產生了誤報警。

5 高壓點火線電磁輻射的分析

電場（E場）產生于兩個具有不同電位的導體之間。電場的單位為m/V，電場強度正比于兩導體之間的電壓，反比于兩導體間的距離。根據共模輻射的理論公式可證實上面結論。

E=1.26 ILf/D，式中：偽共模電流；L為電纜長度；f為輻射點的頻率；D為到接收天線的距離。

在EMC領域中電場與磁場的概念總是與天線、源特性有著密切的關系，在靠近輻射源時，電磁場的幾何分布和強度由干擾源特性決定；如果天線模型是單極天線或偶極子天線（見圖2），驅動源是電壓源，那么輻射的近場是電場為主；如果天線模型是環型天線，驅動源是電流源，那么輻射的近場是磁場為主。近場遠場的過渡區中心在距源λ/2π處（λ為干擾波的波長），如圖3所示。

對于30 MHz，平面波的轉折點在1.5 m處；對于300MHz，平面波的轉折點在150 mm處；對于900 MHz，平面波的轉折點在50 mm處。

高壓放電回路中，在產生放電現象之前，放電間隙間的電壓（也就是火花塞上受的電壓）較低，但是在產生高壓并發生放電現象之時，構成了放電回路，火花塞上的放電強度與持續時間將與電路中的電流大小成正比，而電路中電流大小又與電路中電阻大小成反比，電zu阻高了電流小，電阻低了電流大。由上可知，高壓線可看成是單極天線，驅動源是電壓源，因此，近場區應是電場為主。干擾源頻率在1500 Hz附近，則近場區的轉折點3m以上，在3m以內的機油壓力傳輸線就接收到了此干擾信號，并影響了機油壓力燈的正常顯示。

通過對輛點火波形的測量也可補充說明此點，正常的4缸高壓點火波形如圖4所示。感應測量得到的點火電壓最高達6 000 V。

在距離30 cm處所測量得到的單缸高壓線所發射電磁波幅度的大小如圖5所示。換了有問題的高壓線后，在同樣距離處測量得到的高壓線發射的電磁波幅度大小如圖6所示。

如此強的干擾電磁波，在發動機運行達到一定轉速時，所發出的電磁波在一定范圍內足夠影響一般的電子電路的正常工作。

本故障還可分析高壓線的電阻入手，將正常高壓線的電阻值進行了測量如表1所示。而問題高壓線的電阻只有幾百歐姆。

6 結語

通過對該臺捷達車的故障診斷和排除的過程可見，在解決一臺電氣系統日益復雜的現代汽車的問題時，首先要充分了解該車的結構和原理，還有電子控制系統的組成；其次，對于電氣系統故障的車輛，要有新的故障診斷思路，也就是在電磁兼容方面進行考慮，根據故障的表象找出相關原因，先易后難，由外至內，逐步深入，最后，解決和排除故障。