發動機點火系統對車載收音機的電磁干擾研究

胡鵬博， 吳志軍， 朱祝陽， 熊想濤， 馮擎峰

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟大學汽車學院，上海 201804）

汽車音響娛樂系統是汽車電器不可或缺的重要組成部分，隨著人們對主觀感受的要求不斷提高，汽車除了作為傳統代步工具外，汽車制造商也日益重視車載音響娛樂系統，并且將其作為評價轎車舒適性的重要指標之一，車載收音機作為音響娛樂系統的重要成員也發揮著巨大作用。對車載收音機進行主觀性能評價也是整車達產審核重要性能評價項目之一，通過對車載收音機進行主觀性能評價 （測試），可以及時發現系統匹配的潛在問題，世界上主流的汽車企業在車型研發的相關階段也對車載收音機進行主觀評價，并形成標準。

1 車載收音機主觀評價

車載收音機主觀評價是對整車信息娛樂系統主觀評價的重點項目之一。各車企對收音機主觀評價都大同小異，總結起來評價方法主要分為兩種，即靜態評價和動態評價。

1）靜態評價——考察系統匹配性 將整車行駛至廣播信號良好的開闊場地 （周圍30m處無建筑物或其它影響廣播信號接收的物體），開啟收音機，搜索到信號良好的廣播電臺 （調幅AM、調頻FM），記錄收音機分別在發動機停轉和怠速情況下開啟車載電器系統時的收音機效果，主要開啟系統見表1。

首先依次開啟表1中各電器系統，即開啟某一系統后，之前開啟的系統完全關閉。單個系統評測完成后，開啟其中2個及多個以上系統進行評測，最后按照表1序列順序依次開啟各系統，并保持上次開啟電器系統進行評測。評分及標準見表2。

2）動態評價——考察收音機的接收性能 將評測車輛行駛至典型的城市及鄉村區域，如廣播發射塔附近、高壓線變電站附近、密集住宅區域、高層建筑附近區域、停車場、廣場等，在這些典型區域附近低速行駛汽車，記錄每個典型區域不同廣播頻段的收音機接收效果。效果評分及標準如表2所示。

收音機主觀評價對評測者要求較高，電臺自身的信號品質也對評價有所影響，所有與評價相關的客觀因素同時也需記錄在案。

2 收音機干擾及問題分析

某企業工程樣車性能驗收階段，評測專家組進行收音機主觀評價 （靜態）時，發動機停轉，按表1所示的系統進行評測，整個過程中收音機運行良好，評測分數為8分。發動機怠速，其它電器未開啟時，收音AM和FM頻段所有電臺存在嚴重 “噠噠”聲 （干擾）異響，收音效果不能接受，主觀評價分數為5分。對該問題進行排查分析如下。

表1 收音機主觀評價表

表2 收音機主觀評價評分標準

發動機停轉時，表1所示的系統依次開啟和全部開啟時收音機表現良好。關閉車輛，拆卸發電機皮帶，起動車輛 （怠速，整車電器處于關閉狀態），收音機異響仍無改善。僅關閉發動機，車載電器全部工作，異響完全消失。因此，可以判定收音機干擾主要由點火系統引起。干擾可能通過共同的線束（或電學意義上等效）或空間輻射及兩者兼而有之的方式加載至收音機，引發干擾。切斷收音機電源線束，收音機系統 （含有源的天線放大器）單獨采用外接蓄電池供電，收音效果無明顯改善，仍存在嚴重干擾。起動發動機，在距評測車輛5 m使用普通家用收音機時，仍能同樣收到干擾，遠離車輛時干擾初步減小，距離車輛超過12m時，干擾基本消失。因此，可判定干擾信號并非由于共同的線束或車身搭鐵傳導至收音機，而是通過空間輻射的形式，通過天線接收，影響收音機效果。

在10m法半電波暗室中，按標準測試布置，將整車上電，整車長時 （能連續運行2min以上）工作電器全部開啟，發動機不運行 （即GB 14023、ECE R10.03窄帶測試模式），測得輻射干擾數據 （測試限值為ECE R10.03限值，其限值比GB 14023嚴格）如圖1所示。

其它狀態不變，起動發動機 （即寬帶測試狀態），發動機轉速為1500r／min （GB 14023和ECE R10.03標準限定），測試結果明顯超出標準要求，如圖2所示。其中FM頻段的數據全頻段超出標準限值20dB左右。

在FM頻段，車載收音機的鎖臺靈敏度為（23±4）dBμV，根據天線的相關參數，圖2所測得的干擾值，通過計算分析，問題車輛收音機干擾輸入遠超其鎖臺靈敏度值，因此會對收音機造成干擾。通過測試可以進一步確定引起收音機異常的干擾為點火系統產生的，這些干擾通過輻射的形式加載至收音機系統，影響其性能。

3 點火系統干擾收音機機理

分析點火系統干擾收音機機理，必須先了解收音機及點火系統的工作原理。

1）收音機工作原理 收音機組成及工作簡圖如圖3所示。廣播信號由天線接收后，傳輸到系統中AM／FM的輸入端，之后分成兩路。其中一路經過FM選頻電路選頻，將其中的FM信號送入下一級放大電路 （一般為低噪聲三極管）進行放大，放大后的FM信號經放大器的阻抗匹配電路傳輸到信號輸出端；同時，另一路信號經過AM選頻電路選頻，將其中AM信號送入下一級放大電路 （一般為低噪聲場效應管）進行放大，放大后的AM信號經過阻抗匹配電路傳輸到信號輸出端，在此處AM和FM信號回合，經過收音電路和解碼處理后，再經音頻控制電路處理，經過音頻功放輸出給揚聲器。

2）點火系統工作原理 點火系統主要由傳感器 （如水溫傳感器、燃油氧傳感器、爆震傳感器、發動機冷卻溫度傳感器、進氣壓力傳感器、相位傳感器等）、起動開關、發動機ECU、執行器 （主要包括點火控制器、點火線圈、火花塞等）等構成，如圖4所示。

各類傳感器將發動機每個狀態的轉速、負荷、水溫、節氣門狀況、是否發生爆震等信號傳輸給發動機ECU，ECU接收到這些數據后，根據系統算法，計算出與當前工況相對應的最佳點火提前角與電路導通時間，然后根據計算結果和點火基準信號，最后在最適合點火的時間向控制電路和點火線圈發出點火信號，通過初級線圈和次級線圈產生高壓電，點燃氣缸里面的混合氣體，信號產生動力驅動車輛。

3）點火系統干擾形成機理 由點火系統構成得出點火系統的等效電路簡圖，如圖5所示。

發動機ECU控制功率三極管通斷，使初級線圈產生自感電動勢，通過點火線圈繞組互感轉換為次級線圈高壓電動勢，產生高壓以點燃混合氣。只要發動機持續運轉，功率三極管就不斷地通斷，使系統產生交變的電壓和電流，這些信號的頻率與三極管通斷時間相關。而由電學的基本原理可知，當導體上有交變的電流時，導體周圍就會產生變化的磁場，而變化的磁場則會產生變化的電場，電場和磁場交替變化，產生電磁波，電磁波的形成及傳播如圖6所示。

點火系統的初級線圈和次級線圈形成的交變電場和磁場通過點火系統線束 （等效天線）發射出去，對車載電器系統產生干擾。這些干擾會影響信號接收系統、車載音視頻系統等，由于收音機有廣播接收功能，同時又有音頻輸出，因此點火系統不合理的配置對車載收音機影響尤為明顯。點火系統對收音機干擾成因如圖7所示。

4 收音機干擾問題解決方法

發動機點火系統對收音機的干擾為電磁干擾，解決電磁干擾問題首先分析電磁干擾的三要素，即電磁干擾源、干擾傳輸通道［4］（即耦合路徑）、對電磁干擾信號敏感的設備，由圖7可知電磁干擾源為點火系統，傳輸通道為空間傳播 （無線），敏感設備為收音機系統?？稍邳c火系統、收音機、無線傳播這3個方面中一個或多個方面進行處理，抑制和減小電磁干擾。通過空間傳播的電磁干擾主要采取屏蔽的措施，由于點火系統涉及器件較多，線束較為復雜，不可能將整個系統屏蔽，針對此收音機干擾的問題，此方法不適用。收音機為敏感設備，其電路中已包含有選頻和濾波處理，因此對敏感設備收音機也一般不做處理。解決收音機干擾問題主要在點火系統上進行處理，減小其對收音機的干擾。

對點火系統的處理主要采取屏蔽、濾波和搭鐵3種方式，具體方式如下。

1）在點火線圈初級電路進行濾波處理，抑制高電壓給其它電器系統帶來的干擾。合理設計點火系統附加電阻的阻抗，阻抗越大，干擾抑制效果越好，但同時過大的阻抗會影響點火性能。合理設計火花塞阻值 （電阻型火花塞），其它參數不變時，電阻越大，次級電流越小，對外輻射干擾也相應變小。但火花塞電阻過大，會影響點火性能，除非有特殊要求，火花塞阻值范圍為3～12 kΩ。將問題車輛更換為阻值14～15kΩ定制火花塞 （評測車原為6～8kΩ）后，評測為6分，仍不能滿足要求。

2）收音機干擾主要由系統回路中的天線 （等效）效應引起。在不影響點火性能的條件下，合理設計次級回路中的高壓阻尼線圈可減小系統的輻射干擾，最終解決收音機干擾問題即為此方法。圖8為更換阻尼線圈前后的照片。換用后評測能達8分，同時在半電波暗室中測試能滿足ECE R10.03標準限值。

3）就近搭鐵。將點火干擾一部分能量導入車身搭鐵，減少輻射干擾。

4）對火花塞帽上進行屏蔽處理也能減少部分干擾。

5 結論

本文結合實際工程應用案例，從收音機和點火系統工作原理出發，注重于分析和解決車載收音機電磁干擾問題。發動機點火系統為汽車電器中最為典型的干擾源，合理設計系統各元器件的參數能有效提高汽車電器的各項性能。在不影響汽車性能的前提下，采用合適的方法減少汽車系統的電磁干擾，這些對車載收音機性能和主觀評測提升的非常有必要。

［1］陳家瑞.汽車構造［M］.吉林：吉林工業大學，2001：308-308.

［2］劉慶升.汽車點火系統的電磁騷擾抑制方法研究［D］.重慶：重慶大學，2010：16-16.

［3］Jin Au kong.電磁波理論［M］.吳季，譯.北京：電子工業版出版社，2003.

［4］楊克俊.電磁兼容原理與設計技術［M］.北京：人民郵電出版社，2007：2-7.