汽車組合儀表的電磁干擾特性分析與優(yōu)化

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(diǎn)火系統(tǒng)，實(shí)際上，在汽車上的所有的電子有關(guān)的產(chǎn)品都會(huì)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(huì)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(shí)時(shí)的燃油、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫等車輛信息顯示，以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lock Brake System，ABS）、電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（Electronic Brake force Distribution，EBD）等報(bào)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(cuò)誤的反饋會(huì)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(diǎn)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(tái)與雷達(dá)進(jìn)行發(fā)射時(shí)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(shí)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(jì)、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(shí)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(shí)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(jì)，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(jì)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(jì)階段必須進(jìn)行濾波處理。在12 V電源輸入端，并聯(lián)多個(gè)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(jì)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(jì)過程中需要考慮，可通過在CAN信號上加較小電容來實(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)在接口端可根據(jù)需要預(yù)留一個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(jì)算機(jī)高速度、大容量的特點(diǎn)，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(yàn)臺(tái)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(jì)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。

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（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）