重型汽车电磁兼容（共8篇）
重型汽车电磁兼容 篇1
随着汽车电子产品的不断增多, 越来越多的电子技术被用于提升汽车的经济性、安全性与舒适性等方方面面当中, 尤其是在微电子技术的高速发展之下, 通过将其与传统机械进行有机结合, 使得汽车电子产品也实现了全新发展。但与此同时, 在受到电磁干扰之下汽车及其零部件无法正常工作的问题也引起了人们的重视。
一、电磁兼容的基本要素分析
汽车产生的电磁兼容问题也就是电磁干扰问题, 通常需要同时具备干扰源、敏感源以及耦合路径这三个条件, 其中干扰源指的就是产生干扰的电路或者设备;而敏感源则指的是受到电磁干扰的电路或是设备, 耦合路径则指的是用于向敏感源传递干扰源产生的干扰能量的具体路径。一般情况下, 只需要消除其中一项要素便能够彻底解决电磁兼容的问题, 因此在汽车电磁兼容技术当中也主要是围绕这三大要素进行研究。
二、汽车电磁兼容技术的分析
(一) 模块化设计电路
所谓的模块化设计电路, 具体指的是依据汽车上电路所发挥的不同功能以及所在不同位置, 在设计电路板的过程当中选择分开设计执行器、传感器以及系统控制电路, 从而使其能够形成完全不同的电路模块。通过此种方式彻底分开不同模块当中的电源、搭铁线即金属车体, 进而大大减少不必要的耦合, 从而有效提升汽车的绝缘抗阻性。同时为了帮助汽车有效规避各种干扰, 需要率先向各个模块当中传输电源之后, 再分别完成整流、滤波、稳压、供电等工作。
(二) 可串入阻尼电阻
通过串入阻尼电阻也能够有效解决汽车电磁兼容的问题, 具体而言即为将阻尼电阻串入至汽车点火装置的高压电路, 也就是点火线圈端与火花塞接头端当中, 通过此种方式有效减少因点火产生的火花对于电磁波的干扰。而且当阻尼电阻的值越大时, 其对于抑制电磁波干扰的作用效果也就越明显。但值得注意的是, 阻尼电阻值并非越大越好, 当阻尼电阻值过大时容易使得火花塞电极之间产生的火花能量大大降低。一般情况下, 阻尼电阻由碳制材料制成, 并且电阻值控制在10到20k之间。
(三) 需加并联电容器
加并联电容器也是汽车用于提高其电磁兼容性能的一个至关重要的方法, 也就是将电容器并联在可能会产生火花的地方。比如说将0.2到0.8的电容器并联在汽车调节器“电池”接柱与金属车体之间, 同时也将该电容器并联在汽车发电机的“电枢”接柱与金属车体之间;再比方说将0.1到0.2的电容器并联在汽车水温表以及机油压力表的传感器触点之间, 从而有效增加电阻值, 优化其抗电磁波干扰的性能。
(四) 金属屏蔽技术
在汽车的发电机、发动机以及火花塞等各种设备之间产生的火花, 均能够产生电磁波, 因此使用金属屏蔽技术能够有效抑制此类电磁波的干扰。在选择对电场或者是磁场进行屏蔽的过程当中, 可以选择使用导电率比较高的材料作为屏蔽体, 比方说铜、铝、钢等材料。尤其是在主要对高频磁场进行屏蔽时应当选用钢、铝等导电率比较高的材料;而在对低频磁场进行屏蔽时则应当选用磁钢、铁等导磁率比较高的材料。为了能够充分发挥出屏蔽体的屏蔽作用, 还需要格外注意屏蔽体的搭铁, 用密织的金属网、金属导管等套住汽车电器中的导线实现搭铁, 从而有效使得金属屏蔽体内的寄生电流能够感应到电器因工作火花产生的电磁波, 进而产生焦耳热消散掉以实现防止电磁波的干扰。
(五) 合理布局布线
合理的布局与布线也能够在一定程度上影响系统的电磁兼容性, 通常情况下, 远场辐射并不会对电路布局造成较大影响, 反而是近场感应会对电路布局产生直接影响。而在布线的过程当中需要尽可能减小电路导线的闭合面积, 同时对大限度地隔开电路, 并按照正确的方向布设导线, 从而实现对电流频率及上升时间的有效控制。
(六) 使用滤波器
滤波器也是当前在解决汽车电磁兼容问题当中最为普遍的一种方法, 也是应用最为广泛的一种方法。滤波器主要是实现对直接通过电路通路产生的电磁波干扰的控制, 而依据信号与干扰信号之间的频率差别, 可以使用不同性能的滤波器以有效提高信噪比, 实现对干扰信号的抑制。
(七) 使用平衡技术
在汽车用于消除串音干扰的过程当中往往会选择使用平衡技术, 在汽车电路中输入或输出检测信号、控制信号, 尤其是在传输时序信号的过程当中, 利用双绞线作为平衡线, 完成串音干扰的消除。但在此过程中需要注意双绞线的螺距应当较小, 并且长度不宜过长。
三、结语
总而言之, 本文通过简单介绍了电磁兼容中干扰源、敏感源以及耦合路径这三大基本要素, 提出通过将电气产生的电磁辐射控制到最小的方式解决汽车对电磁敏感度过高的问题, 并简单介绍了几种能够提升汽车电子设备抗电磁干扰技术, 希望能够为日后汽车电磁兼容技术的发展提供必要的参考帮助。
参考文献
[1]迟秋玲, 刘贺, 赵雨.汽车电磁兼容技术分析[J].黑龙江工程学院学报, 2016, 03:38-40.
[2]蓝波, 孙谊, 张琦.汽车电磁兼容技术的研究发展现状[J].信息技术, 2015, 08:210-212+215.
[3]张玲, 董芸芸, 阮方鸣.电磁兼容技术在汽车嵌总线中的应用研究[J].微波学报, 2015, 02:305-307.
重型汽车电磁兼容 篇2
汽车覆盖件电磁辅助快速成形技术是一种新型的板材加工技术.该技术利用磁场对磁性材料粉末有力的作用和磁场的光顺性,使磁性材料粉末在磁场力的作用下,将离散单元体之间的凹坑填平,使单元体与磁性材料粉末在强磁场的作用下成为一个整体,成为传统意义上的`实体模.该技术有效地消除了多点成形中存在的压痕缺陷,提高了板材的成形质量.
作 者：陈彬 靳宣强 CHEN Bin JIN Xuanqiang 作者单位：陈彬,CHEN Bin(济南铁道职业技术学院,济南,250104)
靳宣强,JIN Xuanqiang(山东省机械设计研究院,济南,250031)
汽车电磁兼容技术现状及发展趋势 篇3
当今, 汽车电子技术的应用程度已成为衡量汽车技术水平的一个重要标志。汽车电子技术分为两大类:一是汽车电子控制系统, 二是车载汽车电子装置, 包括提供重要的驾驶员信息、控制发动机、避撞监测和避碰、执行线控制动和转向、GPS导航、DVD等高级信息娱乐系统、对车内环境实施智能控制等。
从目前的情况看, 汽车行业中70%的创新来源于汽车电子, 或者与汽车电子密切关联。统计数据表明, 在国内生产的轿车中, 电子部件的成本已占整车总成本的20%~30%, 国外高档轿车的这个比例已达到30%~40%。在这种情况下, 保证多种电子设备在汽车中可靠地工作, 又不对车外设备造成干扰, 已成为汽车电气系统设计的一个重要课题。
汽车电磁兼容技术是解决汽车整车及其电子、电气部件电磁兼容性问题的一门技术, 它涉及汽车与环境、汽车与汽车、汽车内部的电磁兼容性问题。汽车电磁兼容技术是随着市场需求和技术进步形成的新技术门类。汽车电磁兼容对于现代汽车以及未来的汽车而言至关重要, 它关系到汽车的安全性、汽车排放控制的有效性、汽车节能的有效性、汽车智能控制的可靠性等等。因此, 汽车电磁兼容技术、汽车排放技术、汽车安全技术, 这三项技术同属于汽车的共性技术。
二、汽车电磁兼容性的概念
汽车的电磁兼容性 (EMC) 定义为:车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境中能令人满意地工作, 又不对该环境中任何事物造成不应有的电磁骚扰的能力。汽车的电磁兼容性也可理解为:在汽车及其周围的空间中, 在一定的时间内 (运行时间) , 在可用的频谱资源条件下, 汽车本身及其周围的用电设备可以共存, 不致引起性能 (功能) 降级或丧失。
电磁干扰包括干扰源、干扰源的传递途径和干扰敏感设备三个环节。
1. 干扰源
干扰源是多种多样的, 总的来说可以分为内部干扰源和外部干扰源两大类。
1) 内部干扰源
来自设备内部的干扰源分为两类, 一类为传统部件, 其中包括:雨刮器、冷却风扇电机、发电机、分电器、闪光器、电喇叭等;另一类为现代部件, 其中包括:中央门锁控制器、电子燃油喷射控制器、各种电子模块、各种电机、ECU、SOC等。
2) 外部干扰源
来自外部的干扰源有以下几种:来自大自然的干扰, 如雷电、宇宙射线、地磁辐射等;来自日光灯、电风扇的低频干扰;来自电钻、电喇叭、电源开关、电动机电刷的电火花干扰;来自雷达、高频发射机的高频干扰;高压电气设备、高压输电线等的电晕放电会产生宽带感应脉冲, 干扰与其临近的逻辑电路, 使其误动作。
2. 干扰源的传递途径
干扰源的传递有以下三个途径: (1) 通过公共阻抗引入干扰源, 公共阻抗可以为各种形式, 如公共电源、公共地线、信号线和阻抗不匹配等; (2) 当干扰源靠近某一电路时, 若两者的间距在λ/2π之内 (λ为干扰波长) , 则干扰将通过电容性或电感性耦合进入电路; (3) 当干扰源离开某一电路较远, 两者的距离大于λ/2π时, 则干扰将通过远场电磁波辐射方式耦合。
3. 干扰敏感设备
各种电子模块、ECU、安全气囊控制器、电子燃油喷射控制器、信号线缆等都是干扰敏感设备。
三、电磁兼容性设计
电磁兼容性设计一般可以从三个方面入手, 即:抑制干扰源、切断或减弱干扰的传递、提高电路或设备的抗干扰能力, 其中抑制干扰源最为重要。对设备内部的干扰源, 应确定必要的抑制指标, 设计时应分析干扰源产生干扰的原理, 采取必要措施加以抑制, 当采取措施后仍达不到规定的指标时, 再从切断或减弱干扰的传递途径及提高抗干扰能力方面采取措施。电磁兼容性设计的基本方法有以下几种。
1. 屏蔽
屏蔽是一种用来减小设备之间或设备内部各部分之间辐射干扰的去耦技术, 其目的主要有两点, 其一是将辐射能限制于规定的区域;其二是阻止辐射能进入规定的区域。凡是属于场的干扰, 都可以用屏蔽的方法来削弱, 以确保设备的正常工作。
2. 滤波
滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。无论是抑制干扰源, 消除干扰耦合, 还是增强接收电路的抗干扰能力, 都可以采用滤波技术。滤波器的种类很多, 通常有低通、高通、带通、带阻等几种类型。
3. 接地
接地是指建立两点之间的导电通路, 其中一点通常是系统的电气或电子单元, 另一点是参考点。接地是电子系统中的一个重要问题, 整个系统能否稳定工作, 与接地有很大关系。良好的基本接地平面或参考点, 是使系统工作可靠、不受干扰的基础。理想的接地平面是零电位、零阻抗的物体。然而, 由于接地材料的物理性能和特点, 决定了没有这样理想的接地平面。所以, 系统中两个接地点之间总是存在一些电位差。接地系统中电位差能否减至最小值, 以及接地电流所能下降的程度, 取决于该接地系统的效率。一个不良的接地系统, 不仅起不到应有的作用, 反而可能使已经妥善屏蔽的单元的屏蔽效果减弱, 或使滤波器无法发挥作用, 导致更加难以消除的电磁干扰。
4. 电路保护措施
为了抑制和防止干扰, 在电路设计时还经常设计一些其它保护性措施, 如平衡电路、接点保护网络、整形电路、积分电路、选通电路、阻尼电路及泄放电路等。
5. 合理的布局和布线
电路的布局和系统内部的布线, 会直接影响系统的电磁兼容性, 因此其布置需合理。一般来说, 远场辐射对电路布局影响不大, 而近场感应的大小与电路布局有着直接的关系。
近场感应的电感性耦合, 其互感随着导线间距的加大和靠近接地平面而减小, 故应减小电路导线的闭合面积, 最大可能地使电路隔开, 正确布设导线的方向, 限制电流的频率和上升时间, 利用屏蔽和接地等方法来减小电感性耦合的影响。近场感应的电容性耦合, 其减小电容性的方法与电感性耦合相同, 在实际应用上应使所有导线尽量接近地平面。
6. 搭接
搭接是在两金属表面间建立低阻抗通路, 这条通路可以建立在系统接地面的两点之间, 也可以建立在接地基准与组件、电路或结构单元之间。搭接的目的是避免在金属部件之间形成可能引起干扰的电位差。总而言之, 电磁兼容问题是一个系统的问题, 应将各种因素综合考虑才能作出好的设计。
7. 隔离
隔离包括隔离稳压、光电隔离、空间隔离等多种措施。隔离稳压就是通过隔离变压器使用电设备与汽车供电系统隔离, 通过稳压电路进一步抑制干扰;光电隔离就是使控制电路与被控电路的地线分开, 通过光电转换对被控设备进行控制;空间隔离就是使干扰源尽量远离易扰元件, 通过空间隔离抑制干扰。
8. 抗干扰软件设计
在很多场合中, 用简单的软件抗干扰设计, 就可以将一个微控制器的干扰抑制效果大大提高, 这样抗干扰的魅力在于实现的费用较低, 可以节省硬件成本。常用的软件抗干扰技术有软件陷阱、指令冗余、重复输入/输出、数字滤波等。
9. 热设计
一般电子设备或元件在高温时其抗干扰容限会恶化, 所以对电子设备的安装位置、散热进行合理设计, 也是提高设备抗干扰能力的有效措施。
从有利于散热的角度出发, 电子模块最好直立安装, 板与板之间的距离一般不应小于2cm。必要时, 如安装在发动机上的电子控制模块, 可以采取燃油冷却的方式。同一块电路板上的器件应尽可能按发热量的大小及散热程度分区排列, 发热量小或耐热性差的器件 (如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等) 放在冷却介质的入口处, 发热量大或耐热性好的器件 (如功率晶体管、大规模集成电路等) 放在冷却介质出口处。对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域, 千万不要将其放在发热器件的正上方。
四、EMC技术发展状况
1. 国内现状
国内目前应用的汽车电子产品几乎全部是国外品牌和产品, 汽车电子产品检测几乎为空白, 因国外检测费用昂贵, 国内企业一般检测不起。中外合资汽车公司的汽车电子部件都被要求送到国外去做EMC检测试验。
目前, 国内实力相对较强的几大汽车厂家已认识到电磁兼容性的重要性, 并开始着手这方面的研究, 但与先进国家相比差距还是比较大的。
2. 国外现状
汽车技术比较先进的国家都十分重视对汽车电磁兼容性的研究, 纷纷制定了相应法规。各大汽车生产商则投入大量资金建立相应的汽车电磁兼容性研究中心, 对其整车执行测试认可, 对批量生产的汽车电子产品零部件进行检查, 分析事故的赔偿责任, 对整车电磁环境的测试进行分析和描述, 从而提出整车电气系统和汽车电子产品的电磁兼容性设计的技术要求。
国外任何电子产品在应用到汽车上之前, 都必须经过性能试验和EMC试验;在商业化之前, 必须经过各项严格的匹配试验和最为关键的技术要求——EMC认证 (国内无此过程) 。对未经过严格试验的电子产品, 任何整车绝对不会采用, 这也是国内企业的产品难以进入国外汽车零部件供应链的关键所在。由于EMC涉及到整车的安全性、可靠性, 因此国外汽车整车企业不会轻易采用未经可靠性试验的零部件产品。
3. 国外汽车EMC认证情况
欧洲颁布了汽车EMC指令72/245/EEC, 于1995年11月修订为95/54/EC (等效ECE R10) , 1996年1月1日开始实施, 2002年10月1日全面强制实施。凡不符合该指令要求的新车拒绝登记、销售、进入市场。
2004年11月该指令再次修订为2004/104/EC, 增强了抗干扰性内容, 于2006年1月1日开始执行, 2009年1月1日全面执行。由此看到, 自技术指令出台到全面执行, 逐步实现强制执行、增加技术条款, 充分表明了EMC的特殊性。
日本2004年以前出口到欧洲的汽车执行ECE R10;2004年1月1日起, 在本土全面执行ECE R10。
4. 电磁兼容标准化组织
电磁兼容标准化组织分为基础类标准化组织和汽车类标准化组织两大类, 如表1、表2所示。
5. 汽车电磁兼容标准
国际标准主要有CISPR12Ed5.1:2005《车辆、机动船和内燃发动机驱动装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》;CISPR 25Ed.2:2002《用于保护用在车辆、机动船和设备上的车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》;ISO11451:2003《道路车辆-窄带辐射电磁能量产生的电气干扰-整车测试方法》;ISO 11452:2003《道路车辆-窄带辐射电磁能量产生的电气干扰-零部件测试方法》;ISO 7637:1990《道路车辆-由传导和耦合产生的电气干扰窄带辐射电磁能量产生的电气干扰》等。
地区标准有欧洲的ECE法规和EEC指令, 如:72/245/EEC、95/54/EC、2004/104/EC等。美国的国家标准有美国汽车工业协会的SAE J551:1990、SAE J1113:1987等。我国的国家标准主要有GB14023-2000《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》 (等效CISPR 12) 、GB18665-2002《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》 (等效CISPR 25) 、GB/T 17619-1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》等。国内、外汽车电磁兼容标准如表3所示。
6. 电磁兼容性试验
汽车EMC试验分为:整车骚扰, 即整车对外的骚扰;车内骚扰, 即车内电气部件间的相互干扰;整车的抗扰, 包括抗外界电磁骚扰、抗车内电磁骚扰;电气部件的骚扰;电子部件或电子控制系统的电磁抗扰。
汽车EMC问题排查应遵循以下技术步骤:安装于整车上的零部件应全部符合EMC技术规范要求;任何电气零部件应在整车上进行EMC匹配试验。
目前, 国内已经具备了完善的测试设备, 可以完成汽车电磁兼容方面的中国国家标准、CISPR出版物、ISO标准、ECE法规、SAE标准以及国外的一些企业标准的测试。
五、汽车电磁兼容研究的发展趋势
目前的EMC研究还不能完全提供有效的解决汽车EMC问题的方法, 还有待于进一步发展。在整车系统分析上, 逼近现实的建模和巨大的计算量之间的矛盾是要解决的关键问题, 需要模型精确性和算法效率;专家系统有待于在实际应用中不断完善;伴随着汽车技术发展出现的新问题也需要不断地发现和解决。
实践表明, 解决整车EMC问题应在产品开发设计阶段进行, 应从汽车的电子部件开始考虑, 这是节省费用、降低成本的关键, 如果在产品定型后再解决EMC问题, 难度相当大, 费用也会百倍甚至更高地增加。
重型汽车电磁兼容 篇4
通过中学所学的物理知识我们能够得知所有带电的物体周围存在着磁场, 变化的电场产生变化的磁场, 也就产生了电磁波。我们知道电磁波产生的过量电磁辐射能够阻碍到其他设备的正常运作。现在的车辆已经于最初的车辆有着很大的差异, 正逐步的从人工操作向人工智能方面发展。车上有了大量接收电磁波的设备, 例如卫星导航, 移动电话等。电磁的兼容是指电子设备能在电磁环境中正常运作不受影响, 也不干扰其他电子产品的工作。这就要求安装在汽车内部的电子设备对其他外在的电磁有一定的抗干扰能力, 还要求该汽车电器产生的电磁在一定限度内不能干扰其他设备, 使多个电子产品可以在同一空间中共存。
2 汽车的电磁干扰现象
电磁干扰具体来讲就是影响了电子设备的接受信号, 产生了噪音。汽车上的电子设备由总线控制, 各个设备间就能通过线路的连接产生干扰。现象一:当汽车在有高强度的电磁区域路过时, 汽车上的仪表会产生奇怪的摆动, 收音机中会发出“刺啦, 刺啦”的噪音。现象二:汽车在雨天, 启动雨刮器, 达到一定车速时, 汽车的发动机燃油点火电子控制系统失去作用。现象三:某一型号的客车在打转向灯时车门打开了。
这些都是由电磁作怪使车上的功能不能正常使用, 都是导致汽车发生事故的原因。这些干扰是怎么产生的和怎么能减少这些干扰保证行车安全是我们现在要解决的问题。
3 电磁干扰的来源
干扰来源主要有三种:第一种是外界或自然的干扰, 经过有高压电线输出设备、大功率的无线电发射基地、雷电辐射与太阳辐射的干扰;第二种是汽车在高速行驶与空气之间产生摩擦, 从而产生静电对汽车进行干扰;第三种是车载干扰, 汽车上的电子设备的电线捆绑在一起, 在车内狭小的空间内就容易产生电磁辐射干扰正常的工作。汽车的点火系统是这其中最主要的组成。以上所说的干扰中影响最大的是来自汽车内部的干扰。汽车内的供电系统的异常电压会在汽车内产生异常的电磁波, 在点火开关时电压的瞬间变化太大以至于会产生磁场的瞬间增加或衰减, 这一现象会对车内敏感的配件产生影响导致其损坏;汽车触点放电的干扰, 内部电器的线束、开关、线圈等都有电流通过, 在打开开关通电时线束、线圈产生的电磁也足以干扰其他设备的正常工作;汽车不仅会和外部空气之间产生静电, 在汽车内部只要有摩擦就可以产生静电, 车内空气与驾驶员之间的静电, 驾驶员衣物与座椅的摩擦, 虽然这些静电很小, 但是也要进行放电措施, 放电的电流就会产生电磁辐射进行干扰。
4 汽车电磁兼容性存在的问题与提高措施
4.1 电磁兼容存在的问题
解决汽车的电磁兼容性就必须要考虑这几个问题, 第一, 如何将电器产生的电磁控制减小到最小;第二, 汽车内部电压的瞬间变化是如何干扰汽车正常工作的电磁环境的;第三, 怎么降低电磁的敏感度。
4.2 怎样提高电磁兼容性
提高电磁的兼容性最主要的措施是降低电器的电磁强度, 首先要降低发电机中的电流, 其次早在车灯等会在瞬间产生电流的地方加上电弧抑制器, 最后在有电刷的地方加上换向器, 电容要很好的过滤电磁波。在降低了汽车内部的电磁干扰后还要考虑电磁的主要传播途径, 电磁干扰的传播一般分为传导干扰与辐射干扰这两种形式, 传导干扰是通过电流沿着电路进行传递, 传到汽车的敏感器件时就会产生干扰的现象;辐射干扰是通过空气或者其他介质以电磁波的形式向周围进行辐射, 以影响周围其他设备正常工作的磁场, 使设备受到干扰不能正常的运行, 汽车受到损害。
4.3 解决电磁干扰措施
第一种措施, 在进行汽车的设计时就应当做好应对高压电流产生的干扰磁场的措施, 单个电流产生的磁场是很微弱的, 用比较厚的绝缘效果好的材料包裹高压线路能有效的降低电磁辐射。在产生火花的地方采用金属遮盖, 让对电器产生干扰的电磁波传导不出去也无法向外面产生辐射, 但是这个措施会加大汽车的生产成本。第二种措施, 在点火开关等位置的高压电路中加入阻尼电阻, 大阻值的电阻能有效的抑制电磁的干扰, 但是过大阻值的阻尼电阻会导致点火开关不能正常使用。但是在一些特殊用途的车辆上, 阻尼电阻抑制的电磁波还不够, 我们可以试着在车上安装滤波器, 过滤电磁波减弱电磁的干扰。第三种措施, 使用电容器来吸收点火的火花, 来减弱点火瞬间产生的高频率的电磁波的辐射, 以达到减少干扰的作用。并且电容器的安装相较于加装金属覆盖物价格便宜, 经济合理, 电容器的应用技术也相对成熟, 会使汽车的安全指数增加。第四种措施, 合理布置汽车内部的各种线路, 大功率的电路远离敏感电器, 尽可能的将大功率的电路与小功率的电路分开, 减少线束间产生的电磁干扰。
5 结语
解决电磁波的干扰确实是一个很重要的任务。汽车的电子设备的兼容性研究在我国起步晚, 我们最开始一直是购买国外的技术, 近几年才进行研究。汽车作为现在交通的主要工具, 它的性能的安全受到所有民众的关注。电磁兼容性的研究提高了我国汽车产品的质量, 有了出口竞争力, 推动经济发展。
参考文献
汽车发电机电磁噪声改善实例 篇5
发电机是汽车的重要功能部件, 它负担着整个汽车电器系统和发动机电喷系统的用电。然而在对汽车发电机的考核指标中, 噪声是一个关键性的指标。发电机的噪声分为机械噪声、风噪和电磁噪声三类, 机械噪声主要以轴承和电刷噪声为主, 风噪主要受到散热风扇叶形、风扇和通风道及进出口结构的影响, 这两种噪声的来源清晰, 查找解决的方法也比较成熟。然而电磁噪声的来源比较丰富, 涉及到电磁学、声学、固体力学等方面的问题, 各种来源之间又互有依存性, 各种来源的声效结果很相近, 仅通过噪声表现很难判断噪声的确切来源, 并且噪声机理的理论也没有得到充分的发展。
在海马发动机研制过程中发电机的电磁噪声一度成为量产的严重困扰, 但是经过主机厂和配套厂家的共同努力, 终于克服了发电机的电磁噪声问题。最终发电机的噪声水平与日本同类电机相比, 在广泛的发动机转速范围内都与对方不相上下。
2 电磁噪声的来源分析
电磁噪声 (Electromagnetic Noise) 在《中华人民共和国机械行业标准 (JB/T 8429-96) 》中有明确的定义:在电动机和发电机中, 由交变磁场对定子和转子作用, 产生周期性的交变力所引起振动产生的辐射声。
一般认为电磁噪音主要为磁路的不平衡磁力及气隙的电磁力波产生的噪音、磁通密度饱和或气隙偏心引起的磁噪音[1]。总的来说, 主要是电机中周期变化的径向电磁力或不平衡的磁拉力使定子铁芯发生磁致伸缩和振动所引起。这类噪声与电机气隙内的谐波磁场及由此产生的电磁力波幅、频率和级数, 以及定子本身的振动特性, 如固有频率、阻尼、机械阻抗均有密切的关系, 还与定子的声学特性有很大的关系。从理论上研究电磁噪声的方法主要是着眼于研究定子表面的局部场和力密度的分布, 使用三维有限元方法计算力密度和磁通密度的局部时间特性, 进而对发电机的电磁噪声产生过程进行仿真:随时间变化的磁力是通过计算不同转子位置的静磁场近似获得的, 力的频谱分析是分析电磁噪声的关键, 通过求解不同转子位置的静磁场方程近似获得发电机的动态特性。有限元方法虽然有效, 但是需要很深厚的理论基础, 要对电磁学和振动理论有深刻的认识, 并且模拟计算需要大量的计算时间, 并且还会存在理论结论向实际问题转化的困难。作为国内的汽车发电机制造企业和主机厂很难涉及到用理论计算模拟的方法解决实际生产中出现的电磁噪声问题, 只能依据成型的电磁噪声理论分析, 结合生产中积累的经验处理相关的噪声问题。
参考国内外电磁噪声的研究成果, 结合实际生产中遇到的类似问题, 电机电磁噪声的形成的原因可以归为:
⑴由于制造和安装的原因, 造成转子外圆与定子内圆产生气隙偏心。这种偏心造成定子和转子之间的气隙不均匀, 气隙减小的一面气隙磁密增强, 气隙增大的一面气隙磁密减弱, 使定转子间产生偏心磁拉力, 偏心磁拉力会使定子铁芯发生径向变形。此变形的方向取决于制造装配的最终结果, 方向不随时间变化, 但是大小与发电机的转速大小相关, 随转速变化而铁芯变形量不断变化, 并引起周围空气振动, 产生噪声。
⑵转子的旋转中心与转子的物理中心不重合, 引起转子机械不平衡, 造成偏心气隙[2]。设无偏心时均匀气隙为ga, 偏心量为ge, 则相对偏心率ε=ge/ga, 按余弦规律气隙表达式为:
式中的ω为旋转角速度, 也等于磁式旋转角速度;α为机械角位移, 也等于电角度。则在直径两端的气隙可以分别表示为:
设g1处的磁通密度为B1, g2处的磁通密度为B2 (见图一) , 由每极磁势相等可近似的认为g1B1=g2B2, 可得B1=B[1+εcos (ωt-α) ], B2=[1-εcos (ωt-α) ], 式中B为气隙平均磁通密度。则不平衡磁拉力为:
由上式可以看出, 不平衡磁拉力F与气隙平均磁通密度成正比, 并以π/ω为周期随时间成周期性变化。而这种周期性的不平衡磁拉力, 会造成铁芯周期性的变形, 产生周期性振动。从而产生噪声。
⑶电磁参数匹配不佳也会对电磁噪声产生影响。发电机电磁参数的匹配会直接决定铁芯的固有频率, 而由 (*) 式可以看出, 不同的转速会导致不同的角速度ω, 而不同的ω会直接产生不同的不平衡磁拉力振荡周期 (频率) , 从而产生不同的磁变形周期 (频率) , 一旦当磁变形频率与铁芯固有频率接近或相等时, 就会引起“共振”。在这种情况下即使气隙偏心率ε很小, 气隙平均磁通密度B很小, 也会导致铁芯产生很大的振动, 从而产生较大的噪声。并且电磁参数的匹配会直接决定气隙平均磁通密度B, 而F与B成指数关系, 所以当B较大时, 即使其他因素数量级很小, 也会产生很大的铁芯变形, 从而产生较大的电磁噪声。
⑷均匀气隙的选定会对电磁噪声产生影响。由 (*) 式可以看出, 当电磁参数确定后, 均匀气隙 (铁芯直径等) 设定会直接影响气隙平均磁通密度B的大小, 从而对铁芯变形产生影响, 直接决定电磁噪声的大小。如果不考虑别的因素的影响, 可以认为均匀气隙越大, 电磁噪声越小。
⑸因为定、转子的定转子槽都是开口的, 气隙磁导在旋转时也是在变化和波动的 (所谓的电磁脉动) , 这种电磁脉动也会产生很多振动谐波。这样气隙磁场中出现了很多由于槽开口引入的谐波, 这些谐波也会使铁芯产生径向变形和周期振动, 产生噪声。此外这些谐波会与由于径向电磁力和不平衡磁拉力产生的振动谐波相互叠加, 一旦在某个转速下多种谐波中某两种或几种谐波的频率接近时就会产生“共振”效应, 这种情况下铁芯相当于一个声辐射器, 即使本身振动不大也会对外产生较大的电磁噪声。这样定子槽和爪极的形状会直接决定气隙中的磁通密度和引入谐波的频率和振幅范围, 从而决定产生“共振”的转速范围和强度。
⑹另外, 电磁噪声还与发电机的相数、定子形状等方面有关, 在参考文献[1]中有相关的分析, 但是对于我们遇到的问题中, 发电机的相数和定子形状都是很难改变的, 因此对这方面的影响不做探究。
对于电机的振动与噪声在国际上一直是电机界的重要问题, 以上的噪声来源分析是局限于线性振动与噪声的研究领域, 然而从理论与实验中发现了各种非线性电磁力, 进而把非线性振动与电机理论有机结合起来, 就开辟出了关于电磁噪声新的研究领域[3]。
3 电磁噪声问题处理过程
确认发电机产生的噪声为电磁噪声后, 我们对发电机进行了相关噪声测试 (测试试验台:加拿大DV100;噪音测试仪:台湾TES-1352A;测试工况为全负荷) , 测试数据如表一 (需要注意的是发电机与发动机的转速比为2.54) :
通过以上测试数据和人耳感觉, 发电机转速在2500-3500rpm (发动机转速在1000-1500rpm左右) 时噪音比较明显, 并有刺耳的啸叫声。断开负载后啸叫声消失, 因此可再次确定电磁噪音在电机的各种噪声中为主要因素。
同时我们在相同的条件下对同类型的日本某汽车发电机进行了噪音测试, 数据如表二:
通过表一和表二的数据对比, 可以看出日本电机的噪声水平在中低转速下低于海马电机, 而在3500rpm (发动机转速在1500rpm) 以上时日本电机的噪声水平则类似于海马发电机, 甚至在4000rpm时日本电机的噪声水平还高于海马电机。但是当发动机转速达到3000rpm以上时发动机本体的振动已经变得很大, 加之车辆行驶在此转速下的风噪等原因, 发电机噪声已经可以被遮盖, 人耳难以感知。然而汽车在启动和低速行驶时, 发动机本体噪声和风噪很小, 此时才是发电机电磁噪声的重要控制点。
根据基础理论分析和电机供应商的经验, 认为电磁噪声的解决方向大致如下所示:
3.1 首轮整改
基于理论分析, 我们把整改的方向放在比较容易实现的优化海马发电机励磁绕组参数上 (主要是线径和匝数) , 试图通过扩大电机气隙来减少电磁噪音。具体的操作是将激磁绕组由准0.83*377匝改为φ0.77*485匝, 转子外圆尺寸由准99.4改为准99.3, 这样从增大了定子内径、减小了转子外径, 从而增大了气隙厚度。
在此基础上生产10台样机, 通过噪声测试认为噪音分贝值相对于表一没有明显的改进, 但是人耳感觉有改善。通过装在整车上, 由质量和设计部门评审噪声效果, 认为不能够接受。
3.2 第二轮整改
通过首轮整改, 表明气隙厚度并不是此电磁噪声的主要来源。这次整改主要从优化电机部件的制造参数、配合公差和制造工艺着手, 试图提高转子的外径圆度和定、转子的同轴度, 从而保证气隙的均匀性从而降低电磁噪音。具体采取的措施就是:提高转子铁芯内孔和外圆的圆度、同轴度及其两端面平行度的工艺要求;采用4轴紧螺专机同时拧紧4贯穿螺栓, 以保证电机部件的装配精度。
随后对此次整改电机的噪音测试结果见表三 (测试条件同表一) :
单从噪声水平测试上来看已经有很大的进步, 但是装配在整车上进行试听是仍然能够听到明显的啸叫声, 此啸叫的响度并不是很大, 但是感觉频率很高, 特别在车启动、加速和电气负荷较大时很容易被人耳感知。
3.3 第三轮整改
在第二次整改的基础上进一步提高转子铁芯内孔和外径的圆度、两端面平行度, 优化定、转子的同轴度, 并且在定子铁芯装配前增加精整工序, 改善定子铁芯外表面状态, 试图略微改变定子的固有频率。从此次整改的电机中随机选取4件, 装配到整车上, 组织质量、试制和设计人员, 进行电磁噪声整改确认, 得到以下结论:
根据以上对比, 认为此次整改有了明显的效果, 抓住了电磁噪声的基本方向, 但是仍不能达到理想的效果, 需要进一步对问题进行分析。
3.4 第四轮整改
通过前三次的整改我们认识到仅从增大气隙、改善静态和动态气隙的均匀性方面已经很难对电磁噪声产生很大的改善;目前不具备用数值模拟的方法分析电机的力密度和磁通密度场的能力, 然而想改变定子的固有频率, 没有对电机电磁转矩谐波分布情况的详细分析是很难下手的。我们只好试图改进爪极形状设计的方向来减小电磁脉动, 从而减小电磁噪声。
在进一步优化零部件的制造和装配精度的基础上, 主要精力放在通过对爪极形状设计更改而获得合理的磁通密度以降低电磁噪音上, 制定了详细的整改计划, 分析修正极爪形状, 并将爪间距由7改为8.5。具体整改改步骤如下:
⑴更改爪极形状, 试做手工样件, 见图二;
⑵进行噪声比较试验;
⑶评审更改设计方案;
⑷进行整车搭载初步验证;
⑸重新开爪极模具;
⑹试制工装样件, 组织人员以试听打分的方式最终确认电机噪声整改情况。
经过噪声水平测试 (测试环境如表一) , 此次整改电机的噪声水平在中低速已经与日本样机基本一致, 详情见表四:
虽然噪声水平已经达到了整改目标, 但是从几次整改的验证历程可以看出, 仪器的测试结果固然是衡量电机噪音的关键因素, 但是由于噪音的音色、频率等因素对人耳的影响也同样不可忽略。所以在测量分贝值已经与同类型日本电机水平相当的情况下, 基于人耳感观的重要性, 装配5台此次整改电机的整车 (A类车) , 进行多部门综合评审。为建立一个评判标准和减少主观意向对评定的影响, 此次评定采用3台装配有同类型日本电机的整车 (B类车) 为标准, 设定几个典型工况, 组织人员对每台车打分, 进行对比。为此邀请了质量管理部、试制部相关人员, 对此5台A类车和3台B类车在之前认为电磁啸叫比较明显的启动、发动机转速1100rpm、1500rpm、2000rpm及2000rpm回落等五个状态, 置空挡, 在无电器负荷和有电器负荷两种情况下发电机噪声进行打分。打分以10分为满分, 6分为可以承受的心理界位, 噪声越大分值越小, 10分表示基本上没有噪声。为了保证结果的公正性, A类车和B类车外形一致, 参与打分人员不知道哪些是A类车, 哪些是B类车。
综合分析每人的打分情况, 对每台车的得分进行加权平均, 最终得到A类车和B类车的电机噪声综合得分情况, 如表五所示:
由以上得分情况可以看出:
⑴在测试的各状态下, A类车和B类车的电机噪声水平接近。
⑵A类车发电机在有电器负荷的情况下, 和高速 (2000rpm) 回落时的电磁噪声较大;其最低分值为6.74 (带电器负荷, 2000rpm回落) , 应可以接受 (6.74≥6) 。
4 收获
至此, 历时六个多月的海马发电机电磁噪声问题得到了解决。整个过程虽然漫长而曲折, 但是在解决问题的过程中我们逐步理清了解决电机电磁噪声的思路。虽然最终结论认为此次电磁噪声的主要原因是由于爪极设计不当造成的电磁脉动, 但是在整改过程中我们的工作内容覆盖了现有理论的很大部分。总结起来有以下几方面的收获:
⑴对于涉及到噪声的改善, 组织人员实地评估非常必要。从我们这次的改善经历来看, 在第二轮整改结束后, 海马发电机在低速的噪声水平测试甚至已经优于同类型的日本电机, 但是在启动和加速还是可以明显的听到响度不大但是很尖锐的啸叫。这充分说明噪声水平的测试值固然重要, 但是噪声的主要影响是针对驾驶者而言的, 而人对声音的感知除了大小强弱, 还有音色、音频等方面, 这些方面很难建立评测标准, 组织各方面人员进行实车现场评估就显得尤为重要。
⑵理论基础对于电磁噪声的解决有重要的指导作用。噪声的问题一般都会很复杂, 特别是涉及到电磁学和声学两方面的电磁噪声问题, 没有一定的理论认识很难找到解决问题的方向。当然作为制造企业, 我们较难深入理论分析, 并且一些艰涩的模拟分析与实际还有一定的差距, 这样会导致冗长的理论阶段带来的效果可能微乎其微。最好的办法是先抓住主流的、为同行业广泛认同的理论结果, 做以尝试。
⑶选择合适的改善路线。比如在第三轮整改后, 如果我们把精力放在改进定子铁芯固有频率上就很可能进入一个怪圈, 因为虽然理论上将这也是一个改善的方向, 但是这个过程涉及的问题太多。进行磁场数值模拟的难度很大不说, 有限元分析的结果还需要试验的证实, 否则可能会产生较大的误差, 并且不论是模拟还是对模拟的验证在时间上都是花费巨大的, 其结果很可能还很不如意。
⑷循序渐进的进行改善。我们的整个过程看起来是比较繁琐, 似乎第四轮的最终的结果与前面三轮没有直接的关系, 前面做了很多无用功。然而事实并非如此, 关乎声音的问题都是很难用线性理论解释的, 其影响因素也不是简单的单向选择。看似此次电磁噪声来源是由于爪极设计不当造成的电磁脉动, 但是如果没有前面对气隙厚度、励磁线圈参数、静动态气隙均匀性、零部件装配精度等方面的改进, 谁又能保证最终对爪极的设计变更就能够达到减小电磁噪声的效果。并且电机噪声的降低从试验数据上看也是逐步降低的过程。
参考文献
[1]王群京, 倪有源, 李丽国;爪极电机的结构、理论及应用;中国科技大学出版社, 2006.1。
[2]陈学杰, 杨薛亮;汽轮发电机转子工频振动的原因分析与诊断;电力设备, 第7卷, 第12期, 2006年12月。
浅谈汽车电器的电磁干扰问题 篇6
1 汽车电器电磁干扰概念及分类
1) 汽车电器电磁干扰:是指任何能中断、阻碍、降低或限制汽车电气、电子设备有效性能的电磁能量, 对有用电磁信号的接收产生不良影响, 导致设备、传输信道和系统性能劣化的电磁骚扰。根据电磁干扰所产生的特点, 将干扰源、传播途径和敏感设备称为电磁干扰三要素, 在汽车电磁干扰形成的过程中, 各种开关类部件、各种感性负载、各种电子控制单元以及各种灯具、高压点火系统、无线电设备等等的电磁干扰源, 是汽车启动或运行时电压瞬时变化较大的设备。电磁干扰途径主要分为传导干扰和辐射干扰, 如在汽车启动瞬间点火机构所产生的扰动为传导干扰, 而无线电干扰即为辐射干扰。敏感设备主要为汽车电子设备, 如发动机控制单元 (ECU) 、ABS、安全气囊及各种电子模块等。2) 汽车电子设备工作在行驶环境不断变化的汽车上, 以蓄电池和交流发电机为核心电源, 以车体为载体, 因而各部分线路都会通过电源和地线彼此传导和干扰;除此之外, 不相邻的两个导线也因天线效应而辐射干扰, 干扰组成较多。
2 对于汽车电磁干扰现象不同的干扰源, 笔者作如下分析
2.1 汽车内部的电磁电压干扰
所谓内部过电压干扰, 即在汽车电器系统工作的状态下, 若电器的开关接通 (断开) , 则负载的电流和电压发生变化的同时磁场也会变化, 此时易产生高频信号, 同时感性负载也会产生沿电源线传导的干扰。
2.1.1 负载突变过电压
正是由于汽车交流发电机和蓄电池工作时处于并联工作状态, 因此汽车在正常行驶过程中, 如果突然将交流发电机与蓄电池之间的连线断开, 将会立即产生负载突变过电压, 也就是脉冲电压。过电压产生并释放了十分巨大的能量, 车辆电子产品受到这种能量的影响。当蓄电池被过电压吸收的时候, 电路中的电压值一般不会发生波动, 如果将连线断开, 电子元件就会受到损毁和破坏, 在电子调节器中, 如果大功率管遭到损坏, 充电系统立刻会崩溃, 严重影响车辆的正常运行。
2.1.2 互耦式瞬态电压
我们不难看出汽车的电线遍及全车, 而这些电线往往是扎成线束的。这些配线是无屏蔽的, 它与搭铁阻抗会在汽车电系中产生准静态感性或容性耦合和阻性耦合。过线间的电感和电容产生耦合正是相邻导线中的电位有阶梯变化的缘故。当然对车内发动机控制单元或电子模块产生影响是因为电源线中的瞬变干扰会耦合到信号线或控制线中。
2.2 汽车外部的电磁干扰
所谓汽车外部的电磁干扰就是汽车行驶过程中各种外部电磁环境对其的干扰。使电子控制装置失控是由于车外收发两用机之类的无线电设备、雷达、广播电台等发射无线电波干扰汽车上的仪器。无论是何种因素激发出的电路中的振荡, 都会通过导线等以电磁波的形式发射出去, 它不但会干扰收音机、通信设备, 对车上具有高频响应特点的电子系统也会产生电磁干扰。
2.3 无线电干扰电压
汽车上无线电干扰电压来自车外干扰源和车内干扰源。由于汽车的高机动性, 导致它可能会处于像固定的短波发射站以及移动电话电磁干扰等类似的电磁场中。
2.4 静电放电干扰
车体静电干扰不仅与汽车有关, 外部环境对其也有影响。当汽车行驶时, 车体与空气高速摩擦, 在车体上会形成不均匀分布的静电。静电电压有时可高达上万伏。这种静电放电时, 在车体上形成干扰电流的同时还会产生高频辐射, 对汽车电子设备形成电磁干扰。
3 汽车电器电磁干扰抑制的措施
如上所述, 提高汽车电子设备的抗电磁干扰性能, 有以下三个要素, 一是削弱和减小设备发射电磁干扰的强度;二是阻止和抑制电磁干扰的传输;三是降低设备电磁敏感部件受到干扰的强度。实际设计及生产过程中, 汽车生产厂家也是通过多种方法来共同抑制汽车电器设备电磁干扰现象。
消除静电放电危害的措施:
抑制电磁干扰的主要措施之一是电器良好的接地。接地要牢靠和接地点正确是良好接地的表现。
首先创建完善的屏蔽系统, 通过金属外壳将静电荷释放到地面;其次金属壳和内部电路的连接可采用一点式搭铁的办法;再次增加一些像硅变电压吸收二极管之类的快速保护元件, 将高压电荷释放到地面;也可在电路板设计中增加环形保护带, 以最短的路径将手拔插线路板的电荷释放到地面。同时保持良好的接地与屏蔽。
4 结语
总体来讲, 汽车电磁干扰及其产生的影响是非常大的, 关系到汽车安全可靠性, 为了解决汽车电子设备的电磁干扰问题, 我们采取了不同的方法和措施, EMC最常规的4项有效措施分别是:滤波、屏蔽、优化布线和搭铁。在汽车电子设备应用日益普及的时期, 采用好的电磁兼容型设计也是一种行之有效的方法。
摘要：随着现代电子技术飞速发展, 越来越多电器设备应用到汽车上, 让汽车的整体性能有了很大的提升, 但同时也带来了一个新的问题, 大量采用电子设备会产生电磁干扰。为了解决这一问题, 本文总体介绍了汽车内部各种原因引起的电磁干扰, 并提出一些措施来防止电磁干扰。
关键词：汽车电器,电子设备,电磁干扰,抑制措施
参考文献
重型汽车电磁兼容 篇7
汽车发动机电磁气门驱动(Electromagnetic Valve Actuation,EVA)利用电磁铁产生的电磁力来驱动和控制气门运动。EVA简化了发动机结构,可实现对各气门正时依据不同的工况进行单独控制,从而可显著提高发动机的动力性和燃油经济性。采用双弹簧、双电磁铁的EVA方案见图1,它主要由两个相同的电磁铁、气门、衔铁和上下弹簧组成。上下两个电磁铁共用一个衔铁,衔铁通过推杆与气门相互作用,上电磁铁用于关闭气门,下电磁铁用于开启气门。弹簧用于储能,外部电源给线圈供电补充能量损失。
鉴于EVA具有很好的应用前景,国内外对电磁驱动气门研究较多,但大都仍处于实验研究阶段,距实用化还有较大距离。在发动机上采用EVA的难点之一是电磁驱动装置既要结构紧凑,能布置在每缸多气门的发动机气缸盖上,又要在发动机最高转速下能够正常开启和关闭。而这二者在实现上是有矛盾的。另一个难点在于气门落座的软着陆控制,其落座速度难以达到凸轮轴控制气门落座的速度那么小[1~5]。
为研究EVA气门落座的软着陆控制以及EVA进排气门启闭时序控制,在已有的三轮EVA装置设计和研究的基础上[6],进行新一轮EVA设计,称为EVA-TH4。
1 设计要求
EVA-TH4设计采用北京现代2.0 L直列四缸汽油机缸盖作为EVA的安装和支承基础。综合考虑设计要求和设计条件如下。
a.设计、加工驱动同一气缸一个进气门、一个排气门的EVA装置,满足布置空间和尺寸要求。发动机原进排气门组件不变,气门弹簧即为EVA下弹簧,EVA中的上弹簧亦采用该发动机气门弹簧。
b.气门升程约为7.8 mm,电磁机构中衔铁的过渡过程时间在10 ms以内。
c.需重新选择、购置位移、速度传感器,并在设计EVA时同时考虑传感器布置安装。
d.线圈的驱动电压为42 V。
此外,设EVA-TH4还应该易于加工、装配和调试,具有较高的配合精度。
2 结构设计
2.1 电磁铁
电磁铁铁芯选择E型结构,参考国外的设计经验,采用硅钢片堆叠而不用整块硅钢加工,这样可降低成本,并消除涡流对系统动态特性的影响。电磁铁铁芯采用成品E型硅钢片,其材料为宝钢公司生产的型号为B50A1300的硅钢钢带。硅钢片的厚度为0.5 mm。硅钢片中间设中心块,推杆从其中的孔中通过。硅钢片和电磁铁尺寸结构分别见图2、图3、图4。
在EVA机构中,衔铁采用硅钢,中心块材料分别采用45号钢和硅钢,将它们安装在EVA上进行试验,根据试验结果选出中心块最终使用材料。加工衔铁和中心块用的硅钢由北京钢铁研究总院提供,衔铁和中心块加工后亦由该机构进行退火处理以消除内应力,并测量出衔铁和中心块的电磁感应性能。
硅钢片窗口面积为19.5mm×7.7 mm,线圈内骨架的厚度为1.7 mm,励磁线圈的匝数为100,测量磁链所用探测线圈匝数为10,环绕极柱由下而上,均匀地排列。励磁线圈分五层绕在线圈骨架上,外面绕探测线圈见图5。为了避免因反复通电或者长时间通大电流而使线圈漆包线烧坏,而且还需要通过改变温度来研究温度对EVA系统中磁链、电阻的影响,在EVA-TH4线圈中的第一层和第三层布置了薄膜铂热电阻型温度传感器,用于测量线圈内温度。
2.2 安装底座
为便于安装和实验,确定用EVA驱动第二缸的一对进排气门。因所用气缸盖的顶面与底面不平行,进、排气门的气门杆与缸盖顶面均不垂直,所以EVA装置不能简单地安装在缸盖上,必须设计连接EVA装置和缸盖的安装平台。安装平台应该确保其上表面与气门杆垂直,以使EVA安装在其上;用缸盖上现有的凸轮轴颈座螺栓孔把安装平台固定气缸盖顶面。进排气门EVA安装平台见图8。
2.3 速度传感器
选用TRANS-TEK公司100系列的0100-0000型磁电式线速度传感器测量气门速度,其测量范围为0~12 mm,满足EVA-TH4的最大行程要求;而其灵敏度为5 m V/(mm·s-1)也满足气门的运动速度要求。它是根据磁电感应原理工作的,传感器安装在发动机缸盖的下部,见图6,当EVA处于工作状态时,气门带动一运动永磁棒与固定线圈产生相对运动,线圈输出与相对运动速度成正比的电压信号。
2.4 位移传感器
选用Bently公司的3300 XL 25 mm差胀式电涡流位移传感器测量气门及衔铁位移。传感器由独立的25 mm探头、延伸电缆和前置器组成。
由于同一气缸的进排气门布置得比较紧凑,没有足够的空间在缸盖下部安装两个位移传感器探头,故位移传感器只能布置在EVA上部。为此专门制作了铝圆盘作为位移被测面,用一根细长杆把圆盘与上推杆相连,这样就把衔铁的运动引出。此外,为电涡流位移传感器专门加工制作了固定套筒,见图6。
2.5 装配方案
在确定了电磁气门电磁铁的铁芯以及衔铁的形式和尺寸以后,设计EVA-TH4整个系统的零件和它们的装配关系见图6。
硅钢片是购买的成品,不能进行用螺栓穿过钢片夹紧等特殊的定位方式,因此设计了在三个方向上固定铁芯的上、下外壳。在垂直于纸面方向,铁芯由两块挡板来固定,见图7,上、下挡板通过螺钉分别与上、下外壳连接;横向上,铁芯由外壳两侧来固定;纵向上,铁芯由外壳的底面和分隔块的内边(图7的I 1和I 2所指处)来固定。上下外壳、档板和上下分隔块,分别和铁芯及线圈组成上、下电磁铁两个部分,两个部分的定位由销钉来保证,由长螺栓来紧固并安装在平台上。进、排气门EVA安装平台分别通过四个M6螺钉与缸盖上现有的螺纹孔固定在缸盖上表面。
为尽量减小衔铁在运动过程中发生歪斜,在设计和加工过程中,对上、下推杆和中心块的中心孔的轴孔配合尺寸精度要求较高。下推杆设有台阶轴,它和衔铁固定螺母的高度均为4 mm,而上、下中心块凹槽的高度都为3.9 mm,这样衔铁落座时就不会直接与铁芯极面碰撞。EVA由于机械加工产生的尺寸误差最后通过调整垫片厚度消除。图8为EVA-TH4在缸盖上的三维装配图。
3 试验与仿真
用图9所示试验装置对设计的EVA电磁铁进行了电磁力和磁链测量,并用法国CEDRAT公司开发的有限元软件FLUX进行了仿真[7]获得了电磁力、磁链等数据。
图10、图11分别为不同气隙下EVA电磁力、磁链的实测与仿真结果比较。可以看出,实测与仿真结果基本一致。但在电磁铁材料达到磁饱和之前,仿真的电磁力大于其相应的实测值,而仿真的磁链结果要小于实测值;当磁饱和后仿真的电磁力和磁链与实测值接近。这种情况可能是因为仿真时所用的硅钢片材料磁化特性曲线是根据几个给定参数拟合而成的,与实际值有一定的差别。
图12是中心块材料分别为45号钢和硅钢时EVA电磁力实测结果比较。在电磁铁材料达到磁饱和前,用硅钢为中心块的电磁铁电磁力大于以45号钢为中心块的电磁铁,并且衔铁与电磁铁之间的气隙越小时这种趋势越明显。
4 结论
a.完成了新的可变门驱动装置EVA-TH4的设计,确定了电磁铁材料、尺寸和装置结构总体方案、装配方案,确定了位移、速度传感器的安装布置结构;考虑了磁链和线圈温度测量方法。
b.对进、排气门EVA电磁铁的电磁力和磁链进行了测量试验和仿真,结果对比表明二者基本相符。
c.对两种不同中心块材料下EVA的电磁力和磁链进行了研究,结果表明宜采用以硅钢为中心块材料。
d.研制了一套EVA-TH4装置,为后续开展EVA控制策略研究提供了平台,奠定了必要基础。
参考文献
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[2]Yohji Okada,Yoshiaki Marumo,Mitsuru Konno.Electromagnetic Valve Actuator for Automobile Engines.SAE Paper,2004-01-1387.
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[4]Jinho Kima,Dennis K,Lieu.A New Electromagnetic Engine Valve Actuator with Less Energy Consumption for VariableValve Timing.Mechanical Science and Technology,2007,(21):602-606.
[5]P.K.Wong,K.W.Mok.Design and Modeling of a Novel Electromechanical Fully Variable Valve System.SAE Paper,2008-01-1733.
[6]陈似竹.发动机电磁气门驱动仿真和设计[D].北京:清华大学,2005.
重型汽车电磁兼容 篇8
1 汽车内的电子器件之间电磁干扰现象
汽车内的电子器件之间电磁是存在着相互干扰的现象的。比如:
(1)具有ABS系统的轿车,在模拟雨天的虚拟时,打开了雨刮器,当汽车达到了一定速度的时候ABS作用突然失灵。
(2)一种国产小汽车,发电机调节器总是出现损坏的例子,最后调查发现没当雨刷工作的时候,损坏更频繁的发生。
原因是断电的时候雨刷产生反向的电流,对电源的系统有干扰脉冲,造成部分的电子产品无法正常工作,更严重会造成直接损坏。
2 汽车电子设备中的EMI产生的危害
EMI:是电池干扰,或者电磁噪声。它与工业发展带来的污染是不同的,电磁噪声是看不见摸不着的,但是确实存在着,而且对人们的生活产生一定的危害和影响。不仅会使汽车上的零部件失灵,更会对我们的身体健康造成危害。汽车上不同的电子产品,其工作方式和原理不尽相同,当他们同时工作的时候,会产生彼此之间的干扰,当电子产品中的电路中电流产生震荡的时候,这种震荡会以电磁波的形式向四周辐射,会对收音机,手机等一些电子产品产生电磁干扰。同时广播电台发射产生的无线电波,会对汽车上的一些电子仪器产生电磁干扰,使其电子产品失去控制或者损坏。所以,现代的汽车都配置好的屏蔽装备。可以起到对电磁波的屏蔽。
3 车内电磁干扰传播方式特点
3.1 感性负载沿电源线传播
3.2 静电放电对车内电子产品产生的影响
和导电体相遇的时候释放电流。电流积累过多的时候,可以由空气放电,有时候遇到火花产生的现象,人体与火花接触的时候就会产生明显的触电感觉。我们平日里在用汽车的时候,经常遇到静放电过程。
3.3 辐射的干扰
电磁波形式的辐射,其频率在150k Hz~1000MHz。汽车的EMI干扰源:点火系统,主要的表现有规律的爆声或滴答声,且音调受擎速度的影响。一般的解决方法是安装有电阻火花塞。电阻火花塞可以减小早上的影响,多数噪声都是由于点火系统元件故障引起的。
4 无线电的干扰的原因和分类
无线电的干扰频率一般是在(9k Hz~3000GHz)范围内,无线电的干扰分类,可以根据干扰源分为:自然干扰和人为干扰两中干扰方式。其中人为的干扰方式又分为无线电的设备干扰和非无线电设备干扰。无线电设备干扰方式主要的有:
4.1 同频的干扰
信号源不同的信号但是频率相同的,可以进入收信机中频通带的我们叫做同频干扰。当两个不同的信号出现载频差的时候,就会存在干扰失真。干扰的信号越大,其信噪比就会越小。当干扰信号达到一定的程度的时候,就会出现接收的阻塞干扰。
4.2 带内产生的干扰,叫做邻频干扰
邻频干扰可以使收信机信噪比下降,灵敏度降低;信号强的时候也会出现阻塞干扰。
5 汽车电子产品减小无线电干扰的措施
抵抗车内的供电系统的干扰因素,常用的是用蓄电池作为阻抗、来吸收各种瞬变电压产生的干扰。现在多用蓄电池,对于减小干扰的措施。多采用下列的方法来防止这种干扰的产生:
5.1 安装减扰的电阻
其阻尼电阻的结构示意图见图1。
5.2 加装减扰电容器
5.3 用金属来屏蔽
对可以发射电磁波的电器和导体,用金属材料的网或者金属材料屏蔽罩包起来。屏蔽后的电磁波或高频电磁振荡会使产生的电磁感应在金属材料的屏蔽内产生一个涡流,涡流可以把电池波消耗殆尽,不再向外发射,进而减小了对无线电波的干扰。想要更好地避免干扰,必须遮掩完全。另外,可以将发动机体用铜丝编带和驾驶室的金属材料紧固的地连接在一起,用作金属屏蔽,来防止干扰。配备灵敏度比较好的无线电设备的防干扰装置见图2,配备有收音机的汽车防干扰系统见图3。
6 总结
汽车行业和电子行业的迅速发展,使得电子产品在汽车上的运用越来月广泛,但是不同电子产品之间会出现电磁干扰的问题,本文简单的谈论了目前汽车上的电子产品的一些相互之间干扰的现象,和危害,以及预防电磁干扰的方法和防范的方法。尽可能的降低电磁的干扰。目前大多数认为汽车的主要电磁干扰是其点火系统,实际上,在汽车上的所有的电子有关的产品都会产生电磁的干扰,这么电磁的干扰不仅仅是对车辆之外的一些无线的设备有影响,其也会造成车辆内部的不同的电子产品之间的相互影响。
参考文献
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[2]黄申,周志玉.国内外电磁兼容标准概况与测试手段简介[J].电子质量,2002(10):83-87.