汽车维修中的电磁干扰(EMI)及预防措施
1.电磁干扰产生的根源及危害性
有试验表明,在大气中断开电路时,如果被断开的电源电压超过1220V,电流超过0.251.0A,会在触头间隙产生电火花(电弧)。电火花实质上是一种电磁波,会对其他电器设备产生干扰。汽车上,电磁干扰主要来自以下几方面:
⑴在电器系统工作过程中,当电器的开关接通或断开、负载的电流和电压变化以及磁场发生变化时,都容易产生高频干扰信号
⑵电感性负载在切换时,在电路中产生高频振荡,振荡的峰值电压可以达到200V左右,特别是绝缘性能不良的点火线圈、分缸高压线会产生高电压、强磁场。任何因素激发出的振荡都会通过导线等以电磁波的形式发射出去,势必对其他电子设备产生电磁干扰。因此,点火系统、交流发电机、电动机、喇叭、电磁离合器等都是电磁干扰源。
⑶各个电子系统的工作制式不同,它们之间会以不同的方式彼此干扰。例如电子防盗系统工作时产生的无线电信号,会干扰组合仪表上的里程表、充电指示灯等的正常工作。一辆桑塔纳20
00GLi轿车怠速不稳,怠速时里程表一阵一阵跳跃,充电指示灯一阵一阵闪烁,检查结果就是由于电磁干扰的缘故,此时应当对电子防盗器进行检修。
检测电磁干扰的通常方法是,将示波器连接在电源线或搭铁线上,可以检测到是否存在电磁干扰。对于电控汽车来说,电磁干扰的危害性在于,在一定的条件下,电磁干扰能够改变由传感器发送给ECU的信号以及ECU发送给执行器的信号,使车载微型计算机失常,这将导致电控汽车的运转性能不稳定。虽然电磁干扰持续的时间很短(300μs左右),一般不会引起电子元件损坏,但是对于具有高频响应的电子控制系统(例如EFI等),往往会引起误动作。
因此,汽车维修人员对于电磁干扰应当有足够的认识。
2.确保发电机工作正常
发电机是重要的电磁干扰源,所以要注意检查发电机的输出波形是否正常。无论交流发电机还是直流发电机,都可以在其输出端安装一个电容器来抑制电磁干扰。直流发电机可以用13μf的电容器,交流发电机用3μf的电容器。电容器可以安装在发电机的一个固定螺栓下面。另外,还要防止发电机的输出电压过高。
3.抑制点火系统产生的电磁干扰
⑴采用新型的电子点火系统。电子点火系统取消了传统的白金触点,由传感器获得点火信号,用晶体管控制初级电路的通断,因而消除了断电器、分火头与分电器盖旁电极之间的火花放电对电器装置及车载微电脑的干扰,可以提高电子装置的使用可靠性。
有的新款汽车采用了线圈火花塞(COP)点火系统。COP点火系统与传统点火系统的最大区别在于各缸点火线圈直接安装在火花塞的顶部,不用通过分电器和高压线,所以点火线圈的感应电压直接加在火花塞电极上。由于没有了分缸高压线,从而减少了对ECU的电磁干扰。
⑵采用高压阻尼点火线,削弱电火花产生的高频振荡,可以衰减火花塞产生的电磁干扰。例如碳芯点火线(可以根据标注在导线表皮上的电阻值加以识别),它不是由固态金属丝构成的,其核心部分是一种碳素纤维芯,在次级电路中起到电阻器的作用,能够减弱对电信号的干扰,并能通过提高点火电压和降低点火电流来减缓火花塞的损耗。但是,如果碳芯点火线受到过度拉伸或损坏,则这种抑制能力可能消失。还有一种“变电阻高压线”,它在玻璃纤维层外面包裹一层铁淦氧磁性材料,再将铜导线缠绕在磁性材料层上,通过改变铜导线缠绕的松紧程度,在碳素纤维芯内激发短暂的阻抗,从而产生所需的电阻。
红旗CA7220E型轿车的分缸线采用插入分电器盖的1kΩ防干扰接头电阻以及4kΩ火花塞接头电阻等两部分。另外,在维修中要注意以下几点:
●要保持高压线的型号和规格不变。一辆长城越野乘用车,累计行驶汽车防盗器安装8000km,仪表盘上的故障指示灯点亮,发动机自动熄火。用元征431ME故障诊断仪检查,调得的故障内容为点火系统故障,怀疑有电磁波干扰了发动机ECU的正常工作。最后发现该车使用的不是原厂的高压线,而是一组加强型高压线。换上原厂的高压线后,故障排除。
●防止高压线破损漏电。点火高压线漏电产生的电磁干扰有可能导致曲轴位置传感器的信号出现畸变。一辆奔驰S320轿车,因修理工粗心大意,压破了中央高压线,结果发动后由于点火系统漏电,造成空调电脑损坏。另外,分缸线未插到位,也会引起点火系统漏电。
●高压线应与点火信号线分开,避免高压线对点火信号产生电磁干扰。
⑶采用电阻型火花塞或屏蔽型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内安装5kΩ~10kΩ的电阻,绝缘体内的导体密封剂改为电阻密封剂,它使火花塞跳火时电容放电电流受到抑制,因而降低了对外发射的电磁干扰,同时通过熄灭电容性再点火,减少对火花塞电极的腐蚀。屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来,能够有效地抑制电磁干扰。
4.采用高质量的线束
一辆桑塔纳时代超人轿车,接通点火开关后,ABS指示灯常亮不熄灭。用VAG1552故障诊断仪读取故障码,显示右前轮轮速传感器信号不良。举升汽车,检查右前轮及其轮速传感器,安装位置正确,车轮轴承的磨损量也不大。读取数据流,加速时右前轮轮速传感器的信号出现瞬间丢失现象。然后在一段平直的路面上试车,加速时右前轮轮速传感器也有信号丢失现象,说明轮速信号瞬间丢失并不是路况不好引起的。分析原因可能是点火系统向外界辐射了较多的电磁波,同时导线屏蔽不良,因而对轮速传感器的信号产生了干扰。来一段从进口汽车上换下来的导线,取代该车右前轮轮速传感器连接到ABS控制单元之间的导线,消除故障码后路试,一切恢复正常。
5.保持电器良好的接地与屏蔽
电器良好的接地,是抑制汽车电磁干扰的主要措施之一。良好的接地包含两方面内容,一是接地牢靠,二是接地点要正确。
对汽车电器进行屏蔽处理的目的,是使产生的高频电磁波在屏蔽的金属罩内产生涡流,变成
热能消耗掉,使电磁波不能传播出去。例如利用金属外壳对刮水器电动机、暖风电动机和闪光器继电器等用金属罩遮盖,抑制较强交变电流引起的电磁波对外产生的电磁干扰。另一方面,为了保护输入ECU的传感器交变信号不受干扰而对传感器输入导线进行屏蔽。例如对氧传感器、空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和爆震传感器等信号线用金属网或金属管套住,其屏蔽罩之间以及金属罩与车体之间必须接触良好,这种接地是否良好将影响传感器输入ECU信号的质量。因为点火线圈的初级波形非常重要,所以常常采用接地屏蔽来保护初级点火电路,防止附近电路影响其产生的感应电压波形。这种接地屏蔽装置包括一根裸线,其中只有一端接地(确保没有电流通过),它的长度等于初级电路的长度。裸线和初级电路再同铝箔包裹在一起。在其他系统(如防抱死制动系统中的轮速传感器电路)中也有这种接地屏蔽。因此,在修理电路时,必须避免破坏接地屏蔽的完整性。
正确的信号接地点有助于防止传感器输入电控单元(ECU)的信号遭受干扰,尤其是对模拟信号的干扰。在维修汽车时,不要将信号接地和屏蔽层接地接到同一点上,这是因为高频变化的信号在其接地点上会产生各种电磁噪音,如果屏蔽层连接到信号接地点上,这种噪音电压会沿着屏蔽层向外干扰。
为了使信号线远离电磁波干扰源,在距离传感器线路3cm5cm内尽量不布置其他导线,以防信号被干扰或者ECU错误触发。一辆日产风度A32型轿车,发动机启动非常困难。用电脑故障诊断仪检测,发现有曲轴位置传感器信号不良的偶发性故障,同时在启动过程中的“位置记数”不正常,为132210(正常值为179181),此数据表示曲轴转1圈所产生的脉冲数,ECU据此计算曲轴转角,进而控制点火和喷油。经过各种仪器检查,不出故障原因。有一次启动机带动发动机运转时,无法正常启动,但是当放松点火钥匙时,发动机却意外地启动成功了。在这一过程中,唯一的变化是启动机从工作到停止工作。分析认为,启动机在工作时不仅启动电流很大,而且该电流随着启动转速以及每个气缸的工作行程变
化而波动(在压缩行程时启动电流增大),启动电流的这种较大变化必然导致空间磁场的变化。若某一屏蔽不好的或者过于敏感的传感器安装在变化磁场的附近,就会受到干扰,导致信号失真。检查发现,确实有一根主地线安装在发动机后侧靠近曲轴位置传感器的附近。将此地线的安装位置向远离曲轴位置传感器的地方移动大约10cm,发动机的启动性能恢复正常。
6.其他防电磁干扰措施
⑴如果电脑故障诊断仪与汽车上的电控单元无法通讯,可能是CAN数据线路受到电磁干扰。此时除了应当检查故障诊断仪与车上专用诊断座的连接是否可靠、蓄电池电压是否在10V以上外,还应当使故障诊断仪的连接电缆不要太靠近分缸高压线、点火线圈、启动机或爆闪灯等。
⑵必要时对电子系统进行设定。许多越野汽车上配备了电子指南针,电子指南针一旦受强磁场干扰(如汽车经过高压电塔、进入地下停车、磁铁靠近电子指南针后)就会失灵,出现指针乱转、乱闪现象,但是指南针本身并没有损坏,只是其内存原来的记忆丢失了,重新设定一次就可以恢复正常。丰田霸道车电子指南针的设定方法是:
a.将汽车停稳在一块宽敞、平坦的场地上;
b.同时按下指南针显示屏下方的方向键“↑”和“↓”,然后松开,此时显示屏会变亮;
c.再按“MODEL”键一次,然后按方向键“↑”一次,1s后驾驶汽车以不高于8km/h的时速绕行1圈~3圈,最后将汽车按南北方向停放。
注意:在实施电子指南针设定期间,不要操作电动天窗或电动门窗,避免造成电磁干扰。
⑶对电控系统进行检测或设定时,要远离干扰源。
●进行防盗系统遥控钥匙密码的设定时,要将汽车移动到一个没有电磁干扰的地方进行,例如不要在有荧光灯的场所,因为荧光灯会产生与红外线相似的电磁波干扰。另外,不要在正在进行遥控门锁编程中的其他汽车附近操作遥控发射器或对其编码,以免将遥控发射器的代码编程到别的车辆上去。
●检测ABSASREDS系统时,为了不受外界电磁干扰,应使车辆远离电焊机等电流消耗大的设备。
●巡航系统有的零件容易受电磁干扰,若汽车在大功率无线电发射台周围地区行驶,有可能造成车速控制失常。
⑷不要在汽车上安装未经批准的无线电发射装置。
⑸在电动门窗的电动机内部,一般应设置抑制无线电干扰的装置,以防止在使用电动门窗升降器时对车内无线电的接收造成干扰。