发动机电控系统电磁兼容性研究

[tr][td]发动机电控系统电磁兼容性研究[/td][/tr]
[tr][td]来源： | 作者：智海峰 | 发布时间：2010-03-24 13:47:59 | 浏览：37次【 字体：大 中 小】 [/td][/tr]
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摘要:针对某型号发动机电控系统在电磁兼容测试试验中CE102和RE 102两项指标在部分频段出现的超标现象，对电控系统组成和电磁兼容环境进行了分析、研究。作了多种方案的改进设计并逐一进行了试验验证，最终在原电磁兼容性设计的基础上，通过在电源输入端增加电源滤波器、将非滤波的电连接器改为滤波电连接器后，CE102电源线传导发射电压指标最大下降了40 c1BlaV, RE 102电场辐射发射电场强度指标最大下降了20 dB1}V /xn，并顺利通过了型号电磁兼容测试，满足了系统要求。
关键词:发动机;电控系统;电磁兼容性

引言
    电控系统是发动机的一个重要组成部件，随发动机安装在车体，由于车体电器系统多，其电磁环境很恶劣:存在着各式各样的干扰信号或噪声信号，如燃油泵、空调起动器、交流发电机的瞬问切断等，同时，车体内还有一些容易被干扰的无线电了设备，如无线电台等。电磁干扰主要分为两大类型，即传导型和辐射型。辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺口进入或泄漏出去的，包括电磁干扰和静电干扰等;而信号传导则是外部干扰信号通过线缆藕合到电源、信号和控制线上进入电控系统内部电路，从而影响到电控系统的正常工作。
    电控系统是经过精心设计的电了产品，它有一个高度集成的微控制器，该控制器用来完成大量的计算并实现有关发动机的控制及与车体其它系统的通讯。电控系统的设计不仅要在不同运行环境下能可靠工作，同时也必须满足电磁兼容环境下的使用规范要求。在概念上，电磁兼容性(}c}包含系统本身对噪声的敏感性以及本身噪声对外发射两个部分。噪声可以通过电磁场的方式传播从而产生辐射干扰，也可以通过电源线或信号线传导进入控制系统，造成控制系统敏
感。因此，电控系统电磁兼容性研究的目的就是使其产生的电磁干扰强度低于特定的极限值;对外界的电磁干扰有一定的抵抗力;同时自身的
内部电路相互不产生干扰，达到预期的功能。发动机电控系统组成及电磁环境
分析
    如图1所示，电控系统包括控制器、执行器、传感器、接线盒和脚踏板源等部件，由LISN(LineImpedance Stabilization NeKvo水线性阻抗稳定网
络)提供24 V电源。其中核心部分控制器内部的结构如图2所示，有CPU、晶振、DC /DC电源模块、信号调理电路等数字和模拟电路。

在产品的设计过程中，设计人员分析了发动机电控系统产品所处工作环境下的电磁干扰源，分析了电控产品控制器(ECU)的敏感部位及内部干扰源，发现电控系统可能存在的电磁干扰形式主要有:
    a电源干扰
    在发动机工作过程中，各种电源均由蓄电池及发电机供给，由于蓄电池放电程度不同以及发电机调节器采用通断方式控制其励磁电流，因此，尽管标准电压为一定值，实际电压存在着电源电压波动。在发电机供电系统中还可能产生瞬时过电压现象。瞬时过电压的峰值很高，但持续时问很短，因此对起动机等强电设备危害不大。但对集成电路芯片、晶体二极管、三极管等微电了元件却有较大的危害[2{。
    1、接地干扰
    接地干扰一般由接地环路产生，而接地环路则由接地不当造成。若接地点之问电位不尽相同将会有电位差出现，从而形成接地环路，造成接地干扰。
    (:数字集成电路
    如果有效信号中混入的干扰信号幅值超过数字集成电路的噪声容限时，也会导致数字集成电路失效。而目_数字集成电路由于工作时频繁的电流变化和比较大的电流变化率，可以产生高频电磁干扰，使其成为ECU内部的干扰源之一。
    <l功率驱动电路
    驱动电磁执行器的工作电流大，开关速度快，目_与外部之问通过线缆连接，所以是主要干扰源之一。
2发动机电控系统电磁兼容设计
    任何一个电磁干扰的发生必须具备3个基本条件:干扰源、藕合途径和敏感设备，因而发动机电控系统的电磁兼容设计就是要抑制干扰源、提高产品的抗干扰能力和抑制传输干扰的藕合通道，为此在电控系统的设计上，采用了如下措施来抑制电磁干扰的产生和截断干扰的传播途径:
2. 1电源干扰的抑制
    为了抑制电源对控制系统的干扰，如图3所示，系统在控制电路电源DC /DC模块变换时采用了隔离地的办法，同时电源采用已成品化的开关电源，保证有足够负载能力的稳定电压。
2. 2瞬变电压的抑制
    车体供电电源是蓄电池组，这是一个低阻抗大容量的瞬变抑制器，能够吸收瞬变能量，抑制瞬变电压的产生，因此要保证控制器与车体电源电缆接线良好。同时，如图4所示，在控制器的电源部分设计了升降压电路和过压保护电路。





3电控系统电磁兼容测试试验
    将发动机的电控系统置于电磁兼容试验室，按GJB 152A-97挥用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》标准规定的方法，对国军标G JB151A - 97挥用设备和分系统电磁发射和敏感度》户规定的特种大功率发动机电控系统的七项电磁兼容性能指标进行测试，即CE 102 10 1}I zylOMH z电源线传导发射;CS101:25Hzy501}Iz电源线传导敏感度;C S 114 10 1}I zy 400 M H z电缆束注入传导敏感度;CS11}电缆束注入脉冲激励传导敏感度;CS116 10 1}I } 100MH z电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度;RE 102 2 MH zy 1 GH z电场辐射发射;RS10} lO1}I，1GHz电场辐射敏感度等。
    在测试过程中，进行CS114测试时，部分波段下电控系统发生敏感现象;进行CS115测试时，有敏感现象;进行CS116测试时，在频率为1MH环口lOMH z的条件下，系统有敏感现象;进行RS103测试时，在110. 25 MH zy 207. 89 MH z频率范围内的水平极化下，系统略有敏感现象。测试CE 102和RE 102时电控系统的传导发射和辐射发射超过GJB 151A-97挥用设备和分系统电磁发射和敏感度郑现定的极限值，测试结果如图5一图8所示，CE 102的电源正线和负线在250 1}I }1. SMH苑围内电压超标最大近20 <1BI}V (10 V =140 <1BI}V ); RE 102无论水平极化，还是垂直极化，在30 MH zy 230 MH，范围内电场强度超标最

4电控系统电磁兼容的改进设计及  测试试验
4. 1敏感性改进设计及测试试验
    对电控系统进行电磁兼容敏感性测试过程中，在CS11} CS11}, CS116和RS103的部分频段出现了敏感现象，说明是有干扰信号通过线缆进
入了电控系统的控制器(ECU)o
    对电控系统的组成进行分析时发现，为方便电控系统的安装和调试，如图1所示外部传感器和执行器等信号组成屏蔽线缆通过接线盒与控制器(ECU)相连，虽然接线盒和控制器等是金属壳体，但由于接线盒当时使用的接头连接器是塑料的，所以实际上电缆的屏蔽层与金属壳体构不成完整的屏蔽体，这时，虽然能起到一定的作用，但还是会有干扰信号藕合进来，所以出现了敏感现象。
    将接头塑料连接器更换为金属连接器以后，电缆的屏蔽层与接线盒壳体构成了一个完整的屏蔽体，再在电磁兼容试验室对CS11} CS11},CS116和RS103进行敏感性测试，电控系统无敏感现象了。
4. 2传导和辐射的改进设计及测试试验
    根据图冬图8的试验结果可以看出，干扰信号的能量很大，应属于电源模块引起的。考虑在电源设计中，应用了DC /DC电源模块、降压电源模块和升压电源模块，因从理论上一时难以分析清楚问题的根源，研究人员决定采取最直接，也是最有效的试验方法来确定干扰源，寻求问题的解决途径，通过试验来验证滤波器和升降压电路对电磁性能的影响，最终决定电控系统的改进设计方案。
4. 2. 1升降压电路的影响
    从图9,图10的试验结果看，无升降压电路时在频率150MH z附近有超标现象，而有升降压电路时却无此现象，这说明升降压电路不是影响系统电磁兼容性能不合格的因素。
4. 2. 2滤波器的影响
    从图11和图12的试验结果看，电控系统选用带滤波屏蔽的电连接器，电源线加电源滤波器后，电控系统的电磁兼容性完全满足系统要求。
    从图13和图14的试验结果看，如果只在电源线上采取电源滤波器，其电磁兼容性能也明显改善，因此加电源滤波器是解决电控系统电磁兼容性能超标的关键步骤。

  在RE 102和CE 102电磁兼容测试试验中发现发动机电控系统在部分频率段有传导和辐射超差现象，但自身的抗干扰性能是优越的，这说明电控系统在线路板和软件设计过程中采取的一些电磁兼容设计措施是有效的。在此基础上所做的改进设计中增加了电源滤波器，将非滤波的电连接器改为滤波电连接器后，测试结果表明其电磁兼容性完全满足系统要求，彻底解决了困扰多年的电控系统产品电磁兼容指标超差问题。实践说明采取的这种设计思路是可行的和正确的，为今后电控系统产品的电磁兼容设计提供了很好的经验。

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