屏蔽线在汽车曲轴信号电磁干扰抑制中的应用

为干扰源的发射天线。 天线的辐射功率与天线的激 励电流的平方成正比， 也就是说高压点火线上的电 流越大， 对外辐射的功率也就越大， 造成的电磁干 扰越强。 图1为Roewe某款车型发动机点火系统和曲 轴传感器的电路示意图。
器将无法滤除曲轴信号噪声， 发动机控制器曲轴 计数脉冲呈现多齿现象， 严重情况下可导致发动 机熄火。
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屏蔽线在汽车曲轴信号电磁干扰 抑制中的应用
胡朝峰 （上海汽车集团股份有限公司技术中心电子电器部， 上海 201804）
摘 要 ： 汽 车 曲 轴 信 号 的 干 扰 可 能 导 致 发 动 机 熄 火 ， 曲 轴 信 号 电 磁 干 扰 主 要 来 自 发 动 机 点 火 系 统 。 通 过 对Roewe 某款车型的曲轴信号干扰的分析， 研究了采用屏蔽线方式改善曲轴信号的干扰， 在不改变点火方式的前提下， 得到 比较干净的曲轴信号。 为汽车电子电器系统抗干扰设计提供了有价值的参考依据。
与美国三大汽车公司的困境相比， 丰田业绩的大幅下 滑更令人感到惊讶， 因为美国三大汽车公司积弊已久， 陷 入目前的困境是内外因综合作用的结果； 而丰田汽车公司 是业内公认的 “健康企业”， 丰田的处境， 更加证明全球 汽车业的寒冬已经来临。
此外， 欧盟汽车制造商也面临困难， 包括德国大众、 宝马、 法国雷诺、 标致和意大利菲亚特等汽车公司在内， 欧盟汽车行业整体销量下滑。 为渡过难关， 欧盟汽车制造 商已要求欧盟委员会和相关成员国政府为其提供总额达 400亿 欧 元 的 救 援 。
（SAIC MOTOR Technology Center， Shanghai 201804， China） Abstract： Automotive crank signal interference， which can cause engine stall at normal condition， mainly comes from engine ignition system． Through the analysis to such interference on a type of ROEWE， The author researches into the interference suppression using shielded cable． In this way， the more clear crank signals can be got on the premise of not changing the ignition mode． Key words： automotive ignition system， crank signal， electromagnetic interference， shielded cable
［2］ ISO copyright office．ISO7637－2． Road vehicles－Electrical
disturbances from conduction and coupling． Part 2： Electrical
transient conduction along supply lines only［S］． Switzerland：
ISO， 2004．
［3］ 陈天殷． 汽车电器电磁兼容性及电磁干扰的抑制 ［J］． 汽
车电器， 2007， （1）： 56－59．
（编辑 文 珍）
新思考 信息·动态 编 辑： 易强山
Info·Trend
国际汽车业危机带给我们哪些
在美国三大汽车公司身陷泥潭的时候， 全球汽车业其 他巨头也纷纷发布业绩急速下滑的消息。 其中， 控制成本 能力一向傲人的丰田公司2008年底发布报告说， 2008年11 月 份 该 公 司 全 球 汽 车 销 量 同 比 下 跌 超 过 20％， 创8年 来 最 大 月 度 跌 幅 。 丰 田 预 计 ， 本 财 年 （至2009年3月 ） 公 司 将 出 现 1500亿 日 元 的 创 纪 录 运 营 亏 损 。
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图1 发动机点火系统和曲轴传感器电路图
曲轴信号对应的π型滤波电路如图2所示， 它是 一个典型的带通滤波器。 发动机控制器对曲轴信号 的触发条件为： 上升沿触发， 电压＞3．88 V， 持续时 间 ＞2．644 μs； 下 降 沿 触 发 ， 电 压 ＜1．99 V， 持 续 时 间＞0．659 μs。 Roewe该 车 型 曲 轴 信 号 滤 波 前 的 噪 声 如图3所示， 如果干扰噪声达到一定带宽， π型滤波
与国际汽车业版图变化呼应， 全球汽车市场目前也在
发生巨大变化。 美国汽车市场作为全球最大的汽车市场， 因为正处在这次金融风暴的中心， 因此出现大幅度下滑， 在短期内很难快速复苏。 而根据国际货币基金组织预测， 明年全球经济增速将仅为2．2％， 其中发达经济体经济整体 将下滑0．3％。 这意味着发达国家汽车市场更将雪上加霜 。
2 屏蔽线的原理 屏蔽布线系统源于欧洲， 它是在普通非屏蔽布
线系统的外面加上金属屏蔽层， 利用金属屏蔽层的 反射、 吸收及趋肤效应 （所谓趋肤效应是指电流 在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面 分布， 频率越高， 趋肤深度越小， 即频率越高， 电磁波的穿透能力越弱） 实现防止电磁干扰及电 磁辐射的功能， 屏蔽系统综合利用了双绞线的平 衡原理及屏蔽层的屏蔽作用， 因而具有非常好的 电 磁 兼 容 （EMC） 特 性 。 屏 蔽 电 缆 的 屏 蔽 原 理 不 同于双绞线的平衡抵消原理， 屏蔽电缆是在4对双 绞线的外面多加1层或2层铝箔， 利用金属对电磁 波的反射、 吸收和趋肤效应原理， 有效地防止外 部电磁干扰进入电缆， 同时也阻止内部信号辐射 出去， 干扰其它设备的工作。 屏蔽线抵抗外界干 扰主要体现在信号传输的完整性可以通过屏蔽系 统得到一定的保证。
图2 曲轴信号滤波电路
3 屏蔽方法的选择 对于曲轴信号采用屏蔽线的接法， 可采用双心
屏蔽和单心屏蔽接法， 如图4所示。 比较2种屏蔽方 式的效果， 如图5和图6所示， 曲轴信号单心屏蔽的 效果优于双心屏蔽。 屏蔽方案数据对比见表1。
图3 原始曲轴信号图
图4 2种屏蔽方式
《汽车电器》２００９ 年第 ２ 期 49
当前国际汽车业面临的普遍困境， 也预示着汽车版图 有可能再次发生大的改变。 在国际汽车界，“六加三” （通 用、 戴姆勒－克莱斯勒、 福特、 丰田、 大众和雷诺－日产 六 个 集 团 ， 三 个 独 立 公 司 本 田 、 宝 马 和PSA） 的 格 局 曾 经 稳定保持了一段时间。 随着戴姆勒与克莱斯勒分道扬镳， 以及下一步美国三大汽车企业之间有可能发生的重组， 国 际汽车业的新版图、 新格局引人关注。 新格局势必带来新 的力量对比和平衡， 对我国汽车业未来参与国际竞争也将 产生一定影响。
轴信号线后， 在不改变点火方式的前提下， 曲轴信 号噪声得到明显的改善。 由此可见， 采用被动抑制 干扰的屏蔽方式， 可以为汽车电子电器系统抗干扰 设计提供有价值的参考依据。
图6 采用屏蔽方式2的效果
参考文献：
［1］ 上汽汽车标准化技术委员会． SMC 62011－2006 ／ MGR ES：
62．21．627．汽车电磁兼容性 （EMC）［S］．
关键词： 汽车点火系统； 曲轴信号； 电磁干扰； 屏蔽线 中图分类号： U463．68 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2009）02－0048－03
Application of Shielded Cable in Electromagnetic Interference Suppression for Automotive Crank Signals HU Chao-feng
从国际汽车业目前的变局看， 政府对困难企业的援手 必不可少。 因为从战略高度分析， 汽车业的稳定对保障就 业意义重大。 据统计， 通用、 福特和克莱斯勒在美国直接 雇 员 约 为23．9万 人 ， 间 接 相 关 就 业 人 数 高 达 250万 人 。 而 在德国， 七分之一的就业岗位与汽车业有关。 在当前的经 济环境下， 任由汽车业自生自灭是不负责任和危险的。
因此抑制曲轴信号电磁干扰是非常有必要的。 目前抑制点火系统对曲轴信号电磁干扰的措施有： ①改变电磁干扰源 （改变发动机点火方式）； ②屏 蔽点火系统对曲轴信号产生的干扰。 对于一个上市 车型， 如果采用方法①— ——主动降干扰， 所需的变 更周期和验证周期非常长， 不能满足市场的需求。 采 用 方 法 ②— ——被 动 抑 制 干 扰 ， 改 动 相 对 比 较 简 单， 且验证周期短， 满足短期的市场需求， 因此采 用方法②。 综合几种被动抑制干扰的方法， 发现屏 蔽线对抑制曲轴信号电磁干扰效果比较好。
汽车电子电器系统中， 存在着多种形式的电磁 干扰源， 电磁干扰通过传导和辐射对车载电子设备 产生不同程度的干扰。 发动机点火系统是汽车电子 电器系统中电磁干扰最强的干扰源。 曲轴传感器信 号是汽车发动机转速判断的重要依据， 过度的曲轴 信号干扰将导致发动机控制单元计数失效， 发动机 非正常熄火。 汽车内电磁干扰及其产生的影响是重 大的， 关系到汽车安全可靠性。 所以， 分析研究发 动机点火系统电磁干扰的形成机理， 采取切实有效 的措施抑制曲轴信号的干扰是尤为重要的。
与此相对应的是， 中国等新兴市场的活力。 虽然中国 汽车市场目前也受到一定影响， 但是中国比较稳定的经济 增长前景成为汽车市场稳健增长的保障。 在这种背景下， 中国汽车市场对全球汽车巨头的重要性不言而喻。 我们一 直说要以市场换技术， 下一步， 主管部门应当加大对落后 合资产能的淘汰力度， 逼迫汽车巨头拿来核心技术， 在技 术上真正重视中国市场。
电磁干扰 （Electromagnetic Interference） ， ［1－2］ 简 称EMI， 有传导干扰和辐射干扰2种。 传导干扰主要 是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电 源线互相产生干扰； 辐射干扰是指电子设备产生的 干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网 络或电子设备。 随着现代电子技术在汽车上的广泛 应用， 汽车上的电子产品越来越多， 它们的增加使 得汽车的电磁兼容问题日渐凸现出来。 汽车电磁兼 容性的研究就是为了防止汽车电子产品产生的电磁 干扰影响或破坏其它电子电器设备的正常工作。
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对比项
峰－峰值 ／ V 持续时间 ／ μs
表1 屏蔽方案数据对比
不带屏蔽
屏蔽方式1
高端 低端 8．7 9．04
高端 0．72
低端 0．84
4
2．5 0．35 0．4
屏蔽方式2 高端 低端 0．22 0．32 0．4 0．35
图5 采用屏蔽方式1的效果
4 结论 实 验 证 明 ， Roewe某 款 车 型 采 用 单 心 屏 蔽 的 曲
1 曲轴信号电磁干扰的形成 曲轴信号的干扰主要来自发动机点火系统， 点
火系统的电磁干扰主要来源于高压点火线、 火花塞 和点火线圈等几 个 部 件 ［3］。 当 次 级 线 圈 达 到 火 花 塞 间隙击穿电压时， 火花塞间隙被击穿， 储存于火花 塞分布电容中的能量迅速释放， 放电时间极短， 仅 数微秒， 但形成的放电电流则非常大， 可达几十安 培， 这个过程称为电容放电过程。 这一阶段的放电 使次级电路的电压和电流形成陡峭的脉冲形式， 这 种宽带脉冲通过裸露的高压点火线对外辐射电磁 波， 造成周围环境的电磁干扰。 随后， 另一部分储 存在次级线圈电感中的能量将维持放电， 其特点是 时间较长， 为几毫秒， 放电电流约几十毫安， 这一 过程称为电感放电 （火花尾）， 该电流使气缸内的 燃料得到充分燃烧， 以保证点火可靠。 可见需要抑 制的是第一阶段的电容放电电流， 该电流为宽带脉 冲电流， 带宽在0．15～1 000 MHz范围， 是30～300 MHz 甚至更高频无线电的主要干扰源。
由于火花塞高压放电引起的电磁干扰主要是通 过高压点火线向外辐射的， 因此高压点火线此时成
修改稿收稿日期： 2008－11－17 作者简介： 胡朝峰 （1979－）， 男， 硕士， 工程师， 研究方向为汽车电子电器系统集成测试。
48 《汽车电器》２００９ 年第 ２ 期
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