发动机点火系统对车载收音机的电磁干扰研究

胡鹏博， 吴志军， 朱祝阳， 熊想涛， 冯擎峰

（1.吉利汽车研究院，浙江 杭州 311228；2.同济大学汽车学院，上海 201804）

汽车音响娱乐系统是汽车电器不可或缺的重要组成部分，随着人们对主观感受的要求不断提高，汽车除了作为传统代步工具外，汽车制造商也日益重视车载音响娱乐系统，并且将其作为评价轿车舒适性的重要指标之一，车载收音机作为音响娱乐系统的重要成员也发挥着巨大作用。对车载收音机进行主观性能评价也是整车达产审核重要性能评价项目之一，通过对车载收音机进行主观性能评价 （测试），可以及时发现系统匹配的潜在问题，世界上主流的汽车企业在车型研发的相关阶段也对车载收音机进行主观评价，并形成标准。

1 车载收音机主观评价

车载收音机主观评价是对整车信息娱乐系统主观评价的重点项目之一。各车企对收音机主观评价都大同小异，总结起来评价方法主要分为两种，即静态评价和动态评价。

1）静态评价——考察系统匹配性 将整车行驶至广播信号良好的开阔场地 （周围30m处无建筑物或其它影响广播信号接收的物体），开启收音机，搜索到信号良好的广播电台 （调幅AM、调频FM），记录收音机分别在发动机停转和怠速情况下开启车载电器系统时的收音机效果，主要开启系统见表1。

首先依次开启表1中各电器系统，即开启某一系统后，之前开启的系统完全关闭。单个系统评测完成后，开启其中2个及多个以上系统进行评测，最后按照表1序列顺序依次开启各系统，并保持上次开启电器系统进行评测。评分及标准见表2。

2）动态评价——考察收音机的接收性能 将评测车辆行驶至典型的城市及乡村区域，如广播发射塔附近、高压线变电站附近、密集住宅区域、高层建筑附近区域、停车场、广场等，在这些典型区域附近低速行驶汽车，记录每个典型区域不同广播频段的收音机接收效果。效果评分及标准如表2所示。

收音机主观评价对评测者要求较高，电台自身的信号品质也对评价有所影响，所有与评价相关的客观因素同时也需记录在案。

2 收音机干扰及问题分析

某企业工程样车性能验收阶段，评测专家组进行收音机主观评价 （静态）时，发动机停转，按表1所示的系统进行评测，整个过程中收音机运行良好，评测分数为8分。发动机怠速，其它电器未开启时，收音AM和FM频段所有电台存在严重 “哒哒”声 （干扰）异响，收音效果不能接受，主观评价分数为5分。对该问题进行排查分析如下。

表1 收音机主观评价表

表2 收音机主观评价评分标准

发动机停转时，表1所示的系统依次开启和全部开启时收音机表现良好。关闭车辆，拆卸发电机皮带，起动车辆 （怠速，整车电器处于关闭状态），收音机异响仍无改善。仅关闭发动机，车载电器全部工作，异响完全消失。因此，可以判定收音机干扰主要由点火系统引起。干扰可能通过共同的线束（或电学意义上等效）或空间辐射及两者兼而有之的方式加载至收音机，引发干扰。切断收音机电源线束，收音机系统 （含有源的天线放大器）单独采用外接蓄电池供电，收音效果无明显改善，仍存在严重干扰。起动发动机，在距评测车辆5 m使用普通家用收音机时，仍能同样收到干扰，远离车辆时干扰初步减小，距离车辆超过12m时，干扰基本消失。因此，可判定干扰信号并非由于共同的线束或车身搭铁传导至收音机，而是通过空间辐射的形式，通过天线接收，影响收音机效果。

在10m法半电波暗室中，按标准测试布置，将整车上电，整车长时 （能连续运行2min以上）工作电器全部开启，发动机不运行 （即GB 14023、ECE R10.03窄带测试模式），测得辐射干扰数据 （测试限值为ECE R10.03限值，其限值比GB 14023严格）如图1所示。

其它状态不变，起动发动机 （即宽带测试状态），发动机转速为1500r／min （GB 14023和ECE R10.03标准限定），测试结果明显超出标准要求，如图2所示。其中FM频段的数据全频段超出标准限值20dB左右。

在FM频段，车载收音机的锁台灵敏度为（23±4）dBμV，根据天线的相关参数，图2所测得的干扰值，通过计算分析，问题车辆收音机干扰输入远超其锁台灵敏度值，因此会对收音机造成干扰。通过测试可以进一步确定引起收音机异常的干扰为点火系统产生的，这些干扰通过辐射的形式加载至收音机系统，影响其性能。

3 点火系统干扰收音机机理

分析点火系统干扰收音机机理，必须先了解收音机及点火系统的工作原理。

1）收音机工作原理 收音机组成及工作简图如图3所示。广播信号由天线接收后，传输到系统中AM／FM的输入端，之后分成两路。其中一路经过FM选频电路选频，将其中的FM信号送入下一级放大电路 （一般为低噪声三极管）进行放大，放大后的FM信号经放大器的阻抗匹配电路传输到信号输出端；同时，另一路信号经过AM选频电路选频，将其中AM信号送入下一级放大电路 （一般为低噪声场效应管）进行放大，放大后的AM信号经过阻抗匹配电路传输到信号输出端，在此处AM和FM信号回合，经过收音电路和解码处理后，再经音频控制电路处理，经过音频功放输出给扬声器。

2）点火系统工作原理 点火系统主要由传感器 （如水温传感器、燃油氧传感器、爆震传感器、发动机冷却温度传感器、进气压力传感器、相位传感器等）、起动开关、发动机ECU、执行器 （主要包括点火控制器、点火线圈、火花塞等）等构成，如图4所示。

各类传感器将发动机每个状态的转速、负荷、水温、节气门状况、是否发生爆震等信号传输给发动机ECU，ECU接收到这些数据后，根据系统算法，计算出与当前工况相对应的最佳点火提前角与电路导通时间，然后根据计算结果和点火基准信号，最后在最适合点火的时间向控制电路和点火线圈发出点火信号，通过初级线圈和次级线圈产生高压电，点燃气缸里面的混合气体，信号产生动力驱动车辆。

3）点火系统干扰形成机理 由点火系统构成得出点火系统的等效电路简图，如图5所示。

发动机ECU控制功率三极管通断，使初级线圈产生自感电动势，通过点火线圈绕组互感转换为次级线圈高压电动势，产生高压以点燃混合气。只要发动机持续运转，功率三极管就不断地通断，使系统产生交变的电压和电流，这些信号的频率与三极管通断时间相关。而由电学的基本原理可知，当导体上有交变的电流时，导体周围就会产生变化的磁场，而变化的磁场则会产生变化的电场，电场和磁场交替变化，产生电磁波，电磁波的形成及传播如图6所示。

点火系统的初级线圈和次级线圈形成的交变电场和磁场通过点火系统线束 （等效天线）发射出去，对车载电器系统产生干扰。这些干扰会影响信号接收系统、车载音视频系统等，由于收音机有广播接收功能，同时又有音频输出，因此点火系统不合理的配置对车载收音机影响尤为明显。点火系统对收音机干扰成因如图7所示。

4 收音机干扰问题解决方法

发动机点火系统对收音机的干扰为电磁干扰，解决电磁干扰问题首先分析电磁干扰的三要素，即电磁干扰源、干扰传输通道［4］（即耦合路径）、对电磁干扰信号敏感的设备，由图7可知电磁干扰源为点火系统，传输通道为空间传播 （无线），敏感设备为收音机系统。可在点火系统、收音机、无线传播这3个方面中一个或多个方面进行处理，抑制和减小电磁干扰。通过空间传播的电磁干扰主要采取屏蔽的措施，由于点火系统涉及器件较多，线束较为复杂，不可能将整个系统屏蔽，针对此收音机干扰的问题，此方法不适用。收音机为敏感设备，其电路中已包含有选频和滤波处理，因此对敏感设备收音机也一般不做处理。解决收音机干扰问题主要在点火系统上进行处理，减小其对收音机的干扰。

对点火系统的处理主要采取屏蔽、滤波和搭铁3种方式，具体方式如下。

1）在点火线圈初级电路进行滤波处理，抑制高电压给其它电器系统带来的干扰。合理设计点火系统附加电阻的阻抗，阻抗越大，干扰抑制效果越好，但同时过大的阻抗会影响点火性能。合理设计火花塞阻值 （电阻型火花塞），其它参数不变时，电阻越大，次级电流越小，对外辐射干扰也相应变小。但火花塞电阻过大，会影响点火性能，除非有特殊要求，火花塞阻值范围为3～12 kΩ。将问题车辆更换为阻值14～15kΩ定制火花塞 （评测车原为6～8kΩ）后，评测为6分，仍不能满足要求。

2）收音机干扰主要由系统回路中的天线 （等效）效应引起。在不影响点火性能的条件下，合理设计次级回路中的高压阻尼线圈可减小系统的辐射干扰，最终解决收音机干扰问题即为此方法。图8为更换阻尼线圈前后的照片。换用后评测能达8分，同时在半电波暗室中测试能满足ECE R10.03标准限值。

3）就近搭铁。将点火干扰一部分能量导入车身搭铁，减少辐射干扰。

4）对火花塞帽上进行屏蔽处理也能减少部分干扰。

5 结论

本文结合实际工程应用案例，从收音机和点火系统工作原理出发，注重于分析和解决车载收音机电磁干扰问题。发动机点火系统为汽车电器中最为典型的干扰源，合理设计系统各元器件的参数能有效提高汽车电器的各项性能。在不影响汽车性能的前提下，采用合适的方法减少汽车系统的电磁干扰，这些对车载收音机性能和主观评测提升的非常有必要。

［1］陈家瑞.汽车构造［M］.吉林：吉林工业大学，2001：308-308.

［2］刘庆升.汽车点火系统的电磁骚扰抑制方法研究［D］.重庆：重庆大学，2010：16-16.

［3］Jin Au kong.电磁波理论［M］.吴季，译.北京：电子工业版出版社，2003.

［4］杨克俊.电磁兼容原理与设计技术［M］.北京：人民邮电出版社，2007：2-7.