劉 航，魏亞芳

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

在整車的電子電器系統(tǒng)中，感性負(fù)載對(duì)整車電源及搭鐵系統(tǒng)的影響非常大。當(dāng)感性負(fù)載斷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生幾百伏甚至上千伏的高電壓脈沖，高電壓脈沖通過(guò)電源網(wǎng)絡(luò)和搭鐵系統(tǒng)對(duì)車輛上的其他電器零部件造成危害。

雖然電器零部件需要通過(guò)ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試驗(yàn)證，但是為了提高整車電器系統(tǒng)的性能及可靠性，提高電器零部件的使用壽命，整車廠的電子電器工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮并設(shè)法減小脈沖電壓造成的危害。

汽車上常見(jiàn)的感性負(fù)載有繼電器、點(diǎn)火鑰匙、電磁閥、電機(jī)類等，電機(jī)類包括起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、空調(diào)模式伺服電機(jī)、冷／暖伺服電機(jī)、新風(fēng)伺服電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、水寒寶、駕駛室傾翻電機(jī)、刮水電機(jī)、洗滌電機(jī)等。本文以福田戴姆勒某一牽引車為測(cè)試環(huán)境，對(duì)感性負(fù)載進(jìn)行了測(cè)試和設(shè)計(jì)研究，具體如下。

1 感性負(fù)載斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生的脈沖電壓測(cè)試

1.1 繼電器

繼電器在汽車上的應(yīng)用比較廣泛，一般和熔斷絲一起布置在配電板上。載貨汽車上繼電器的應(yīng)用較多，少則幾個(gè)，多則十幾個(gè)二十幾個(gè)，功率較大的負(fù)載以及電機(jī)類的負(fù)載一般都由繼電器控制。繼電器的線圈端斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生300 V、400 V甚至更高的反向電壓，克服反向電壓的常用方法是在繼電器的線圈兩端并聯(lián)電阻或者二極管，對(duì)產(chǎn)生的反向電壓起到抑制作用，作者選取兩種繼電器樣本，分別進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1、圖2所示。

并聯(lián)電阻的繼電器在線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)向脈沖電壓為159 V，持續(xù)時(shí)間約為4.65 ms；并聯(lián)二極管的繼電器在線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)向脈沖電壓為19.20 V，持續(xù)時(shí)間約1.6 μs。因此，在繼電器線圈兩端并聯(lián)二極管能夠有效消除瞬時(shí)高壓，減少脈沖電壓對(duì)繼電器開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的破壞，同時(shí)也減少了對(duì)同一電源網(wǎng)絡(luò)其它電器零部件的破壞。

1.2 壓縮機(jī)離合器

電磁離合器是空調(diào)壓縮機(jī)上的關(guān)鍵部件，用于控制壓縮機(jī)的工作。離合器的線圈斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的反向脈沖，如圖3所示。

斷開(kāi)電磁離合器線圈電源瞬間，負(fù)向脈沖電壓最大約為470 V，波動(dòng)時(shí)間約為80 μs。壓縮機(jī)離合器斷開(kāi)電源瞬間產(chǎn)生的反向電壓大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量將壓縮機(jī)離合器單獨(dú)在一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)里，并且單獨(dú)搭鐵，搭鐵點(diǎn)與其他容易受影響的零部件搭鐵點(diǎn)保持一定距離。

1.3 鼓風(fēng)電機(jī)

鼓風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)功率比較大的電機(jī)，鼓風(fēng)電機(jī)斷開(kāi)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的反向脈沖，如圖4所示。

斷開(kāi)鼓風(fēng)電機(jī)瞬間，負(fù)向脈沖電壓最大約為102V，波動(dòng)時(shí)間約為100μs。

1.4 電磁閥

電磁閥在載貨汽車上的應(yīng)用較多，通過(guò)電路控制氣路的通斷。電磁閥線圈的功率較小，線圈斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的反向電壓也較小，如圖5所示。

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，靠近電磁閥側(cè)有明顯的電壓波動(dòng)變化，負(fù)向脈沖電壓最大約為44.8 V，持續(xù)時(shí)間約為8 ms，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需特殊關(guān)注電磁閥對(duì)其他負(fù)載的影響。

2 感性類負(fù)載及整車電子電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)原則

通過(guò)上述的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，感性負(fù)載在斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的反向脈沖較大，電子電器工程師在電器原理、線束設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮到感性負(fù)載的影響，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)和搭鐵系統(tǒng)來(lái)減小感性負(fù)載對(duì)其他電器零部件造成的危害。

1）電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將整車的負(fù)載分類，汽車上的電源網(wǎng)絡(luò)一般有兩級(jí):同一類型的負(fù)載在同一個(gè)、同一級(jí)電源網(wǎng)絡(luò)里；對(duì)于產(chǎn)生干擾較大的負(fù)載最好單獨(dú)在一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)里。

2）搭鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將整車的負(fù)載分類，如感性負(fù)載類、阻性負(fù)載類、控制器類、傳感器類等；將干擾等級(jí)分為嚴(yán)重、一般、較小，對(duì)于干擾較大的負(fù)載最好單獨(dú)搭鐵，以減小對(duì)其他零部件的干擾。

對(duì)于比較重要的負(fù)載，如控制器類負(fù)載也要單獨(dú)搭鐵或者直接接到蓄電池負(fù)極，避免受到其他零部件的干擾。

對(duì)于在同一個(gè)搭鐵點(diǎn)的負(fù)載，盡量減少或取消搭鐵線的釘接，比較重要的負(fù)載不與其他負(fù)載釘接之后搭鐵，而是搭鐵線需要直接到搭鐵點(diǎn)。

對(duì)干擾十分敏感的負(fù)載，如傳感器類的負(fù)載搭鐵線要接回控制器，這樣可以避免干擾對(duì)傳感器的數(shù)值產(chǎn)生較大的影響。

2.2 測(cè)試結(jié)果應(yīng)用

1）壓縮機(jī)離合器設(shè)計(jì)

在感性負(fù)載測(cè)試中，壓縮機(jī)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的反向電壓最大，其他感性負(fù)載較小。以壓縮機(jī)為例，在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化電源系統(tǒng)和搭鐵系統(tǒng)，將壓縮機(jī)的電源網(wǎng)絡(luò)與其他電器零部件電源網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，壓縮機(jī)的搭鐵點(diǎn)與其他零部件的搭鐵點(diǎn)距離大于1 m。分析斷開(kāi)壓縮機(jī)瞬間對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)其他電器零部件的影響，測(cè)試結(jié)果如圖6所示，圖6中1通道為儀表的電源電壓，測(cè)量點(diǎn)接近儀表；圖6中2通道為壓縮機(jī)離合器正極的電壓。

從圖6中可以看出，壓縮機(jī)離合器斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的反向電壓約為400 V，而儀表電源的波動(dòng)電壓最大為12V，影響較小。這充分說(shuō)明，通過(guò)優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)和搭鐵系統(tǒng)，可以減小壓縮機(jī)離合器對(duì)整車其他零部件的影響。

2）搭鐵點(diǎn)懸浮測(cè)試

以福田戴姆勒某一車為例，將整車主要搭鐵點(diǎn)進(jìn)行分類，優(yōu)化搭鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試每一個(gè)搭鐵點(diǎn)相對(duì)于蓄電池負(fù)極的電壓，在測(cè)試過(guò)程中，逐漸接通和斷開(kāi)整車主要電器負(fù)載，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，所有搭鐵點(diǎn)相對(duì)于蓄電池負(fù)極的最大電壓為0.047V，這充分說(shuō)明優(yōu)化搭鐵系統(tǒng)后，整車主要搭鐵點(diǎn)之間相對(duì)于蓄電池負(fù)極的懸浮電壓很小。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)中重型載貨汽車上常見(jiàn)的感性負(fù)載進(jìn)行了測(cè)試和分析，針對(duì)整車電子電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了減小感性負(fù)載對(duì)其他零部件影響的方法，并將該方法應(yīng)用于實(shí)際的車輛設(shè)計(jì)中，通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。