汽车电控系统的电磁干扰故障分析及检修

汽车电控系统的电磁干扰故障分析及检修
作者：吴九宽
工作单位：江苏省仪征技师学院
身份证号码：
日期：2021年4月26日
汽车电控系统的电磁干扰故障分析及检修
【摘要】论述了由点火系统、发电机及电动机、继电器、汽车音响设备等汽车
内部电磁干扰源产生的电磁干扰机理。

通过分析指出，电磁干扰对汽车电控系统中传感器频率信号、微电压信号和执行器线路的占空比信号会产生较大影响。

结合实例，介绍汽车电控系统的电磁干扰故障检修方法。

主题词：电磁干扰电控系统故障检修
近年来，电子控制技术已广泛用于现代汽车各种控制系统，极大地优化了汽车性能。

但这些新技术的应用对整个汽车电器系统的可靠性提出了更高的要求，即各个电子装置和电子控制系统必须相互适应、互不干扰，这就要求要高度重视汽车电器系统的抗电磁干扰性。

1 电磁干扰来源
汽车所遇到的电磁干扰可分为汽车内部和外部两种干扰。

汽车内部的电磁干扰是指车用发动机、继电器、开关等部件工作时所产生的电磁干扰；汽车外部电磁干扰是指各种电器设备，如高压输电线、播送电视设备及无线电通讯设备等电磁辐射以及由雷电等自然现象引起的电磁干扰。

外部干扰对汽车电控系统的影响相对较弱，本文主要分析汽车内部电磁干扰现象。

1．1 点火系统的电磁干扰
点火系统中的点火线圈、火花塞、分电器、高压线等都是干扰源，尤其是火花塞是引起高频电磁干扰的主要部件。

当点火线圈初级电路被切断以后，在初级电路所发生的是一种衰减振荡，初级电压的最大振幅值一般为300-500 V，此瞬变电压假设无有效的抑制措施，势必对初级电路中的电子器件构成威胁，甚至通过导线对其它电子装置产生严重的干扰。

同时，在次级线圈中所感应的次级电压最大值一般为20 000～30 000 V，足以击穿火花塞的电极间隙，产生电火花放电。

火花放电将产生约0．15~1000 MHz的宽带电磁波向周围的空问辐射，对数十米以内的电子装置产生强烈的辐射干扰。

1．2 交流发电机充电系统电磁干扰
首先，交流发电机采用碳刷与滑环将激磁电流引入转子线圈。

在运转过程中，只要两者的接触状况稍有变化，就会产生电火花，进而产生电磁波。

其次，交流发电机调节器会随着输出电压的上下自动调节激磁电流，由于电子式调节器采用的调节方式为瞬间断电式，因而会在磁场线圈中引起频率、峰值不等的自感电动势，该电动势也会转化成干扰电磁波。

另外，在发电机大负荷、高转速运行过程中，假设蓄电池与发电机间的连线突然脱开，发电机输出电压会瞬间上升，通常可达125 V，此脉冲电压有可能导致电控系统的误动作(如ECU控制的喷油器)。

交流发电机的干扰频率与发动机的转速有关，转速越高干扰频率越高。

1．3 电动机电磁干扰
汽车上使用的电动机包括起动机、风扇电机、雨刮器电机、暖风电机、ABS
泵电机、车身高度自动调节电机、门窗玻璃电机等。

由于它们根本上都是带有碳刷和换向器的直流永磁电机，运转(尤其是高速运转)过程中难免产生电火花，进而引起较强的电磁波。

起动机的电磁干扰频率同样与起动机的转速有关，而且其电流峰值高，干扰能力强，其特点是只在发动机起动时产生干扰。

其它电机相对起动机而言频率和峰值均较弱，但它们产生的电磁干扰那么贯穿汽车整个运转过程。

1．4 继电器触点电磁干扰
汽车上使用的各种电感式继电器，工作时触点高速开闭，其线圈在开路瞬间都会成为一种宽频谱、大能量的瞬变干扰源，可达三极管正常工作电压的几十倍，工作电流可达10~20A。

在高速状态下，会形成较强的电磁波辐射，振荡峰值电压较高，会在继电器周围产生电磁波，通过空气或相关导线辐射。

1．5 汽车装潢用品电磁干扰
当今，私家轿车为满足个性化需求，加装喇叭、音响、CD、倒车雷达、雷达测速探测器等设备情况日益增多，而这些装置的电感性元件工作时，均会产生和电动机相类似的不同频率干扰信号，假设未严格做好干扰信号的屏蔽工作，那么会严重影响汽车电控系统的正常工作。

1．6 电磁耦合干扰
汽车电气系统内存在大量成束包扎的导线及多点搭铁的接地回路，较长的无屏蔽配线及搭铁阻抗在汽车电气系统内产生磁感应耦合和电容耦合。

同时，多点搭铁接地形成共同的阻抗通道，当一条导线上的电流通过其公共阻抗通道时，也会在另一条共地导线上产生共地阻抗耦合的干扰。

这种耦合噪声电压的最高幅度可达200 V以上，持续时间在几百毫秒以内，可对局部电子装置产生严重干扰。

2 电磁干扰对汽车电控系统的影响
电磁波通过线束、车身或由空中来干扰汽车电控系统，使其工作性能难以发挥，甚至导致电控单元发出错误的指令，使得各执行器件出现误动作，影响汽车行驶的平安性、可靠性及稳定性等。

一般电磁干扰对汽车电控系统的影响途径有两条，一条是影响汽车电控系统传感器输入信号，使其产生畸变，导致ECU输出与发动机工况不匹配的电控信号，使执行器工作出错；另一条是干扰ECU输出信号，使输出信号产生偏差，误导执行器工作。

电磁波干扰对汽车电控系统输入信号和输出信号的影响情况如表1和表2所列。

由表1和表2可知，电磁干扰对传感器电路的频率信号(如发动机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器等)、微电压信号(如氧传感器、爆震传感器等)和执行器电路的占空比信号(如点火线圈控制线路、喷油器控制线路、怠速电磁阀线路)会产生较大影响。

3 汽车电控系统的电磁干扰故障检修
3．1 故障检测思路
a．利用解码仪分析
读取故障码；检测各个参数的量程范围、变化幅度和灵敏度，特别是发动机转速、曲轴位置、凸轮轴位置传感器信号等对电磁干扰灵敏度很高的信号；对几个关键
参数，如短期燃油调整、点火提前角、IAC阀指令等，认真分析其发生变化原因。

b．利用示波仪检测利用示波仪进行检测是最有效的、最全面的检测方法。

通过对所测部件波形和正常波形比较，可以很快找到受电磁干扰的可疑部位。

c．根据检测结果查找干扰源受电磁干扰的可疑部位一般会出现离电磁干扰源最近的地方。

应就近检查屏蔽线、电机电刷、点火线圈屏蔽等是否完好，一般能找到干扰源。

3．2 故障检修方法
为便于表达，结合实例分析如下。

3．2．1 故障现象
1998款日产风度A32轿车，搭载VQ20DE V6发动机，因肇事后车身补漆，完工放置一天后无法起动。

3．2．2 故障诊断分析
a．用解码仪分析数据进入发动机系统读取故障码。

结果：没有故障码存储。

因无法起动发动机，不能进行数据流分析。

b．用常规方法检查
进行高压跳火试验，发现2、4、5缸没有高压电。

拔下各缸点火线圈上的3孔插头，测量点火线圈电阻，正常。

2、4和5缸点火线圈输入端无点火脉冲，检查相关线路，无故障；检查点火正时，正常。

反复屡次用起动机带动发动机，发现在起动机通电的一瞬间2缸会跳一下高压火，在起动停顿的一瞬问也跳一次高压火。

根据这点可以根本排除ECU到2、4、5缸点火输出局部的故障，问题应该在信号输入局部的传感器。

用万用表测试曲轴位置传感器、转速传感器和凸轮轴位置传感器阻值，均在规定范围内。

拆下3个传感器，检查曲轴皮带轮的信号凸齿、飞轮盘信号齿以及凸轮轴的信号凸齿，均无变形脱落。

c．用示波器分析波形
使用示波器检测上述3个传感器的信号，在起动时均有脉冲波形，传感器到ECU 的线柬也正常。

再次用起动机带动发动机，用示波器测试3个传感器信号在ECU 端的信号波形，发现每个传感器波形除了正常应该有的脉冲方波外，都有一些杂乱的波形干扰。

结论：曲轴位置传感器、转速传感器和凸轮轴位置传感器存在电磁干扰。

d．根据检测结果查找干扰源
拆下各缸火花塞，装到高压线上试火。

用手转动曲轴，发现6个气缸均能顺序产生高压电，ECU端传感器信号波形是纯洁的方波，无杂波干扰；而用起动机带动发动机，就会产生干扰。

撤除可能产生高频干扰的部件(包括发电机和6个点火线圈)，对起动机用一个单独的电源供电，用示波器测试起动时的传感器脉冲，发现仍有很大干扰，测试输人ECU内部的12 V电源及搭铁线均有干扰波形。

用示波器测量蓄电池正负极在起动时的波形，有很大的干扰脉冲。

结论：故障的干扰源来自起动机。

3．2-3 排除故障
更换该车起动机，发动机顺利起动，故障排除。

4 结束语
汽车电子技术在现代汽车上的运用越来越广，由此而产生电磁干扰故障问题也越来越多，经常产生无码故障和伪码故障等疑难杂症，很大程度上增加了检修难度。

对此，汽车运用维护人员只有熟读电路图，熟练运用解码仪和示波器等设备，并仔细查找电磁干扰源，才能不被故障假象所迷惑，真正到达事半功倍的目的。

参考文献
1 董天光．电磁干扰测量与控制1000问．北京：电子工业出版社，2003．
2 王遂双．汽车电子控制系统的原理与检测(底盘和车身局部)．北京：北京理工大学出版社，2004．
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4 吉国光．日产风度轿车电磁干扰故障的诊断．汽车维修技师，2005．
(责任编辑洪雨)。