中重型载货汽车电器系统感性负载测试及设计研究

刘 航，魏亚芳

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京 101400）

在整车的电子电器系统中，感性负载对整车电源及搭铁系统的影响非常大。当感性负载断电时，会产生几百伏甚至上千伏的高电压脉冲，高电压脉冲通过电源网络和搭铁系统对车辆上的其他电器零部件造成危害。

虽然电器零部件需要通过ISO 7637标准的测试验证，但是为了提高整车电器系统的性能及可靠性，提高电器零部件的使用寿命，整车厂的电子电器工程师在设计时必须充分考虑并设法减小脉冲电压造成的危害。

汽车上常见的感性负载有继电器、点火钥匙、电磁阀、电机类等，电机类包括起动机、发电机、压缩机、空调模式伺服电机、冷／暖伺服电机、新风伺服电机、鼓风机电机、水寒宝、驾驶室倾翻电机、刮水电机、洗涤电机等。本文以福田戴姆勒某一牵引车为测试环境，对感性负载进行了测试和设计研究，具体如下。

1 感性负载断开瞬间产生的脉冲电压测试

1.1 继电器

继电器在汽车上的应用比较广泛，一般和熔断丝一起布置在配电板上。载货汽车上继电器的应用较多，少则几个，多则十几个二十几个，功率较大的负载以及电机类的负载一般都由继电器控制。继电器的线圈端断开时会产生300 V、400 V甚至更高的反向电压，克服反向电压的常用方法是在继电器的线圈两端并联电阻或者二极管，对产生的反向电压起到抑制作用，作者选取两种继电器样本，分别进行测试，结果如图1、图2所示。

并联电阻的继电器在线圈断电时产生的最大负向脉冲电压为159 V，持续时间约为4.65 ms；并联二极管的继电器在线圈断电时产生的最大负向脉冲电压为19.20 V，持续时间约1.6 μs。因此，在继电器线圈两端并联二极管能够有效消除瞬时高压，减少脉冲电压对继电器开关触点的破坏，同时也减少了对同一电源网络其它电器零部件的破坏。

1.2 压缩机离合器

电磁离合器是空调压缩机上的关键部件，用于控制压缩机的工作。离合器的线圈断开时会产生较大的反向脉冲，如图3所示。

断开电磁离合器线圈电源瞬间，负向脉冲电压最大约为470 V，波动时间约为80 μs。压缩机离合器断开电源瞬间产生的反向电压大，持续时间长，因此，在设计时尽量将压缩机离合器单独在一个电源网络里，并且单独搭铁，搭铁点与其他容易受影响的零部件搭铁点保持一定距离。

1.3 鼓风电机

鼓风机是空调系统功率比较大的电机，鼓风电机断开时也会产生较大的反向脉冲，如图4所示。

断开鼓风电机瞬间，负向脉冲电压最大约为102V，波动时间约为100μs。

1.4 电磁阀

电磁阀在载货汽车上的应用较多，通过电路控制气路的通断。电磁阀线圈的功率较小，线圈断开时产生的反向电压也较小，如图5所示。

断开开关瞬间，靠近电磁阀侧有明显的电压波动变化，负向脉冲电压最大约为44.8 V，持续时间约为8 ms，因此在设计时，无需特殊关注电磁阀对其他负载的影响。

2 感性类负载及整车电子电器系统设计原则

2.1 设计原则

通过上述的测试发现，感性负载在断开时产生的反向脉冲较大，电子电器工程师在电器原理、线束设计时必须充分考虑到感性负载的影响，可通过优化设计电源系统和搭铁系统来减小感性负载对其他电器零部件造成的危害。

1）电源系统设计

将整车的负载分类，汽车上的电源网络一般有两级:同一类型的负载在同一个、同一级电源网络里；对于产生干扰较大的负载最好单独在一个电源网络里。

2）搭铁系统设计

将整车的负载分类，如感性负载类、阻性负载类、控制器类、传感器类等；将干扰等级分为严重、一般、较小，对于干扰较大的负载最好单独搭铁，以减小对其他零部件的干扰。

对于比较重要的负载，如控制器类负载也要单独搭铁或者直接接到蓄电池负极，避免受到其他零部件的干扰。

对于在同一个搭铁点的负载，尽量减少或取消搭铁线的钉接，比较重要的负载不与其他负载钉接之后搭铁，而是搭铁线需要直接到搭铁点。

对干扰十分敏感的负载，如传感器类的负载搭铁线要接回控制器，这样可以避免干扰对传感器的数值产生较大的影响。

2.2 测试结果应用

1）压缩机离合器设计

在感性负载测试中，压缩机断开时产生的反向电压最大，其他感性负载较小。以压缩机为例，在设计时优化电源系统和搭铁系统，将压缩机的电源网络与其他电器零部件电源网络分开，压缩机的搭铁点与其他零部件的搭铁点距离大于1 m。分析断开压缩机瞬间对电源网络其他电器零部件的影响，测试结果如图6所示，图6中1通道为仪表的电源电压，测量点接近仪表；图6中2通道为压缩机离合器正极的电压。

从图6中可以看出，压缩机离合器断开时产生的反向电压约为400 V，而仪表电源的波动电压最大为12V，影响较小。这充分说明，通过优化电源网络和搭铁系统，可以减小压缩机离合器对整车其他零部件的影响。

2）搭铁点悬浮测试

以福田戴姆勒某一车为例，将整车主要搭铁点进行分类，优化搭铁系统设计，测试每一个搭铁点相对于蓄电池负极的电压，在测试过程中，逐渐接通和断开整车主要电器负载，测试结果如图7所示。

从图7中可以看出，所有搭铁点相对于蓄电池负极的最大电压为0.047V，这充分说明优化搭铁系统后，整车主要搭铁点之间相对于蓄电池负极的悬浮电压很小。

3 结束语

本文对中重型载货汽车上常见的感性负载进行了测试和分析，针对整车电子电器系统设计，提出了减小感性负载对其他零部件影响的方法，并将该方法应用于实际的车辆设计中，通过测试，验证了该方法的正确性和有效性。