胡鵬博， 吳志軍， 朱祝陽， 熊想濤， 馮擎峰

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟大學汽車學院，上海 201804）

汽車音響娛樂系統(tǒng)是汽車電器不可或缺的重要組成部分，隨著人們對主觀感受的要求不斷提高，汽車除了作為傳統(tǒng)代步工具外，汽車制造商也日益重視車載音響娛樂系統(tǒng)，并且將其作為評價轎車舒適性的重要指標之一，車載收音機作為音響娛樂系統(tǒng)的重要成員也發(fā)揮著巨大作用。對車載收音機進行主觀性能評價也是整車達產(chǎn)審核重要性能評價項目之一，通過對車載收音機進行主觀性能評價 （測試），可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)匹配的潛在問題，世界上主流的汽車企業(yè)在車型研發(fā)的相關階段也對車載收音機進行主觀評價，并形成標準。

1 車載收音機主觀評價

車載收音機主觀評價是對整車信息娛樂系統(tǒng)主觀評價的重點項目之一。各車企對收音機主觀評價都大同小異，總結(jié)起來評價方法主要分為兩種，即靜態(tài)評價和動態(tài)評價。

1）靜態(tài)評價——考察系統(tǒng)匹配性 將整車行駛至廣播信號良好的開闊場地 （周圍30m處無建筑物或其它影響廣播信號接收的物體），開啟收音機，搜索到信號良好的廣播電臺 （調(diào)幅AM、調(diào)頻FM），記錄收音機分別在發(fā)動機停轉(zhuǎn)和怠速情況下開啟車載電器系統(tǒng)時的收音機效果，主要開啟系統(tǒng)見表1。

首先依次開啟表1中各電器系統(tǒng)，即開啟某一系統(tǒng)后，之前開啟的系統(tǒng)完全關閉。單個系統(tǒng)評測完成后，開啟其中2個及多個以上系統(tǒng)進行評測，最后按照表1序列順序依次開啟各系統(tǒng)，并保持上次開啟電器系統(tǒng)進行評測。評分及標準見表2。

2）動態(tài)評價——考察收音機的接收性能 將評測車輛行駛至典型的城市及鄉(xiāng)村區(qū)域，如廣播發(fā)射塔附近、高壓線變電站附近、密集住宅區(qū)域、高層建筑附近區(qū)域、停車場、廣場等，在這些典型區(qū)域附近低速行駛汽車，記錄每個典型區(qū)域不同廣播頻段的收音機接收效果。效果評分及標準如表2所示。

收音機主觀評價對評測者要求較高，電臺自身的信號品質(zhì)也對評價有所影響，所有與評價相關的客觀因素同時也需記錄在案。

2 收音機干擾及問題分析

某企業(yè)工程樣車性能驗收階段，評測專家組進行收音機主觀評價 （靜態(tài)）時，發(fā)動機停轉(zhuǎn)，按表1所示的系統(tǒng)進行評測，整個過程中收音機運行良好，評測分數(shù)為8分。發(fā)動機怠速，其它電器未開啟時，收音AM和FM頻段所有電臺存在嚴重 “噠噠”聲 （干擾）異響，收音效果不能接受，主觀評價分數(shù)為5分。對該問題進行排查分析如下。

表1 收音機主觀評價表

表2 收音機主觀評價評分標準

發(fā)動機停轉(zhuǎn)時，表1所示的系統(tǒng)依次開啟和全部開啟時收音機表現(xiàn)良好。關閉車輛，拆卸發(fā)電機皮帶，起動車輛 （怠速，整車電器處于關閉狀態(tài)），收音機異響仍無改善。僅關閉發(fā)動機，車載電器全部工作，異響完全消失。因此，可以判定收音機干擾主要由點火系統(tǒng)引起。干擾可能通過共同的線束（或電學意義上等效）或空間輻射及兩者兼而有之的方式加載至收音機，引發(fā)干擾。切斷收音機電源線束，收音機系統(tǒng) （含有源的天線放大器）單獨采用外接蓄電池供電，收音效果無明顯改善，仍存在嚴重干擾。起動發(fā)動機，在距評測車輛5 m使用普通家用收音機時，仍能同樣收到干擾，遠離車輛時干擾初步減小，距離車輛超過12m時，干擾基本消失。因此，可判定干擾信號并非由于共同的線束或車身搭鐵傳導至收音機，而是通過空間輻射的形式，通過天線接收，影響收音機效果。

在10m法半電波暗室中，按標準測試布置，將整車上電，整車長時 （能連續(xù)運行2min以上）工作電器全部開啟，發(fā)動機不運行 （即GB 14023、ECE R10.03窄帶測試模式），測得輻射干擾數(shù)據(jù) （測試限值為ECE R10.03限值，其限值比GB 14023嚴格）如圖1所示。

其它狀態(tài)不變，起動發(fā)動機 （即寬帶測試狀態(tài)），發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500r／min （GB 14023和ECE R10.03標準限定），測試結(jié)果明顯超出標準要求，如圖2所示。其中FM頻段的數(shù)據(jù)全頻段超出標準限值20dB左右。

在FM頻段，車載收音機的鎖臺靈敏度為（23±4）dBμV，根據(jù)天線的相關參數(shù)，圖2所測得的干擾值，通過計算分析，問題車輛收音機干擾輸入遠超其鎖臺靈敏度值，因此會對收音機造成干擾。通過測試可以進一步確定引起收音機異常的干擾為點火系統(tǒng)產(chǎn)生的，這些干擾通過輻射的形式加載至收音機系統(tǒng)，影響其性能。

3 點火系統(tǒng)干擾收音機機理

分析點火系統(tǒng)干擾收音機機理，必須先了解收音機及點火系統(tǒng)的工作原理。

1）收音機工作原理 收音機組成及工作簡圖如圖3所示。廣播信號由天線接收后，傳輸?shù)较到y(tǒng)中AM／FM的輸入端，之后分成兩路。其中一路經(jīng)過FM選頻電路選頻，將其中的FM信號送入下一級放大電路 （一般為低噪聲三極管）進行放大，放大后的FM信號經(jīng)放大器的阻抗匹配電路傳輸?shù)叫盘栞敵龆?；同時，另一路信號經(jīng)過AM選頻電路選頻，將其中AM信號送入下一級放大電路 （一般為低噪聲場效應管）進行放大，放大后的AM信號經(jīng)過阻抗匹配電路傳輸?shù)叫盘栞敵龆?，在此處AM和FM信號回合，經(jīng)過收音電路和解碼處理后，再經(jīng)音頻控制電路處理，經(jīng)過音頻功放輸出給揚聲器。

2）點火系統(tǒng)工作原理 點火系統(tǒng)主要由傳感器 （如水溫傳感器、燃油氧傳感器、爆震傳感器、發(fā)動機冷卻溫度傳感器、進氣壓力傳感器、相位傳感器等）、起動開關、發(fā)動機ECU、執(zhí)行器 （主要包括點火控制器、點火線圈、火花塞等）等構(gòu)成，如圖4所示。

各類傳感器將發(fā)動機每個狀態(tài)的轉(zhuǎn)速、負荷、水溫、節(jié)氣門狀況、是否發(fā)生爆震等信號傳輸給發(fā)動機ECU，ECU接收到這些數(shù)據(jù)后，根據(jù)系統(tǒng)算法，計算出與當前工況相對應的最佳點火提前角與電路導通時間，然后根據(jù)計算結(jié)果和點火基準信號，最后在最適合點火的時間向控制電路和點火線圈發(fā)出點火信號，通過初級線圈和次級線圈產(chǎn)生高壓電，點燃氣缸里面的混合氣體，信號產(chǎn)生動力驅(qū)動車輛。

3）點火系統(tǒng)干擾形成機理 由點火系統(tǒng)構(gòu)成得出點火系統(tǒng)的等效電路簡圖，如圖5所示。

發(fā)動機ECU控制功率三極管通斷，使初級線圈產(chǎn)生自感電動勢，通過點火線圈繞組互感轉(zhuǎn)換為次級線圈高壓電動勢，產(chǎn)生高壓以點燃混合氣。只要發(fā)動機持續(xù)運轉(zhuǎn)，功率三極管就不斷地通斷，使系統(tǒng)產(chǎn)生交變的電壓和電流，這些信號的頻率與三極管通斷時間相關。而由電學的基本原理可知，當導體上有交變的電流時，導體周圍就會產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場則會產(chǎn)生變化的電場，電場和磁場交替變化，產(chǎn)生電磁波，電磁波的形成及傳播如圖6所示。

點火系統(tǒng)的初級線圈和次級線圈形成的交變電場和磁場通過點火系統(tǒng)線束 （等效天線）發(fā)射出去，對車載電器系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。這些干擾會影響信號接收系統(tǒng)、車載音視頻系統(tǒng)等，由于收音機有廣播接收功能，同時又有音頻輸出，因此點火系統(tǒng)不合理的配置對車載收音機影響尤為明顯。點火系統(tǒng)對收音機干擾成因如圖7所示。

4 收音機干擾問題解決方法

發(fā)動機點火系統(tǒng)對收音機的干擾為電磁干擾，解決電磁干擾問題首先分析電磁干擾的三要素，即電磁干擾源、干擾傳輸通道［4］（即耦合路徑）、對電磁干擾信號敏感的設備，由圖7可知電磁干擾源為點火系統(tǒng)，傳輸通道為空間傳播 （無線），敏感設備為收音機系統(tǒng)?？稍邳c火系統(tǒng)、收音機、無線傳播這3個方面中一個或多個方面進行處理，抑制和減小電磁干擾。通過空間傳播的電磁干擾主要采取屏蔽的措施，由于點火系統(tǒng)涉及器件較多，線束較為復雜，不可能將整個系統(tǒng)屏蔽，針對此收音機干擾的問題，此方法不適用。收音機為敏感設備，其電路中已包含有選頻和濾波處理，因此對敏感設備收音機也一般不做處理。解決收音機干擾問題主要在點火系統(tǒng)上進行處理，減小其對收音機的干擾。

對點火系統(tǒng)的處理主要采取屏蔽、濾波和搭鐵3種方式，具體方式如下。

1）在點火線圈初級電路進行濾波處理，抑制高電壓給其它電器系統(tǒng)帶來的干擾。合理設計點火系統(tǒng)附加電阻的阻抗，阻抗越大，干擾抑制效果越好，但同時過大的阻抗會影響點火性能。合理設計火花塞阻值 （電阻型火花塞），其它參數(shù)不變時，電阻越大，次級電流越小，對外輻射干擾也相應變小。但火花塞電阻過大，會影響點火性能，除非有特殊要求，火花塞阻值范圍為3～12 kΩ。將問題車輛更換為阻值14～15kΩ定制火花塞 （評測車原為6～8kΩ）后，評測為6分，仍不能滿足要求。

2）收音機干擾主要由系統(tǒng)回路中的天線 （等效）效應引起。在不影響點火性能的條件下，合理設計次級回路中的高壓阻尼線圈可減小系統(tǒng)的輻射干擾，最終解決收音機干擾問題即為此方法。圖8為更換阻尼線圈前后的照片。換用后評測能達8分，同時在半電波暗室中測試能滿足ECE R10.03標準限值。

3）就近搭鐵。將點火干擾一部分能量導入車身搭鐵，減少輻射干擾。

4）對火花塞帽上進行屏蔽處理也能減少部分干擾。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實際工程應用案例，從收音機和點火系統(tǒng)工作原理出發(fā)，注重于分析和解決車載收音機電磁干擾問題。發(fā)動機點火系統(tǒng)為汽車電器中最為典型的干擾源，合理設計系統(tǒng)各元器件的參數(shù)能有效提高汽車電器的各項性能。在不影響汽車性能的前提下，采用合適的方法減少汽車系統(tǒng)的電磁干擾，這些對車載收音機性能和主觀評測提升的非常有必要。

［1］陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.吉林：吉林工業(yè)大學，2001：308-308.

［2］劉慶升.汽車點火系統(tǒng)的電磁騷擾抑制方法研究［D］.重慶：重慶大學，2010：16-16.

［3］Jin Au kong.電磁波理論［M］.吳季，譯.北京：電子工業(yè)版出版社，2003.

［4］楊克俊.電磁兼容原理與設計技術［M］.北京：人民郵電出版社，2007：2-7.