胡鵬博， 吳志軍， 朱祝陽(yáng)， 熊想濤， 馮擎峰

（1.吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228；2.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)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(duì)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(píng)價(jià)轎車舒適性的重要指標(biāo)之一，車載收音機(jī)作為音響娛樂系統(tǒng)的重要成員也發(fā)揮著巨大作用。對(duì)車載收音機(jī)進(jìn)行主觀性能評(píng)價(jià)也是整車達(dá)產(chǎn)審核重要性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目之一，通過(guò)對(duì)車載收音機(jī)進(jìn)行主觀性能評(píng)價(jià) （測(cè)試），可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)匹配的潛在問(wèn)題，世界上主流的汽車企業(yè)在車型研發(fā)的相關(guān)階段也對(duì)車載收音機(jī)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，并形成標(biāo)準(zhǔn)。

1 車載收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)

車載收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)是對(duì)整車信息娛樂系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。各車企對(duì)收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)都大同小異，總結(jié)起來(lái)評(píng)價(jià)方法主要分為兩種，即靜態(tài)評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

1）靜態(tài)評(píng)價(jià)——考察系統(tǒng)匹配性 將整車行駛至廣播信號(hào)良好的開闊場(chǎng)地 （周圍30m處無(wú)建筑物或其它影響廣播信號(hào)接收的物體），開啟收音機(jī)，搜索到信號(hào)良好的廣播電臺(tái) （調(diào)幅AM、調(diào)頻FM），記錄收音機(jī)分別在發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)和怠速情況下開啟車載電器系統(tǒng)時(shí)的收音機(jī)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(guān)閉。單個(gè)系統(tǒng)評(píng)測(cè)完成后，開啟其中2個(gè)及多個(gè)以上系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，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(jìn)行評(píng)測(cè)。評(píng)分及標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2）動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)——考察收音機(jī)的接收性能 將評(píng)測(cè)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(chǎng)、廣場(chǎng)等，在這些典型區(qū)域附近低速行駛汽車，記錄每個(gè)典型區(qū)域不同廣播頻段的收音機(jī)接收效果。效果評(píng)分及標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)對(duì)評(píng)測(cè)者要求較高，電臺(tái)自身的信號(hào)品質(zhì)也對(duì)評(píng)價(jià)有所影響，所有與評(píng)價(jià)相關(guān)的客觀因素同時(shí)也需記錄在案。

2 收音機(jī)干擾及問(wèn)題分析

某企業(yè)工程樣車性能驗(yàn)收階段，評(píng)測(cè)專家組進(jìn)行收音機(jī)主觀評(píng)價(jià) （靜態(tài)）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，按表1所示的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，整個(gè)過(guò)程中收音機(jī)運(yùn)行良好，評(píng)測(cè)分?jǐn)?shù)為8分。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，其它電器未開啟時(shí)，收音AM和FM頻段所有電臺(tái)存在嚴(yán)重 “噠噠”聲 （干擾）異響，收音效果不能接受，主觀評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)為5分。對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行排查分析如下。

表1 收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)表

表2 收音機(jī)主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，表1所示的系統(tǒng)依次開啟和全部開啟時(shí)收音機(jī)表現(xiàn)良好。關(guān)閉車輛，拆卸發(fā)電機(jī)皮帶，起動(dòng)車輛 （怠速，整車電器處于關(guān)閉狀態(tài)），收音機(jī)異響仍無(wú)改善。僅關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，車載電器全部工作，異響完全消失。因此，可以判定收音機(jī)干擾主要由點(diǎn)火系統(tǒng)引起。干擾可能通過(guò)共同的線束（或電學(xué)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(jī)，引發(fā)干擾。切斷收音機(jī)電源線束，收音機(jī)系統(tǒng) （含有源的天線放大器）單獨(dú)采用外接蓄電池供電，收音效果無(wú)明顯改善，仍存在嚴(yán)重干擾。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在距評(píng)測(cè)車輛5 m使用普通家用收音機(jī)時(shí)，仍能同樣收到干擾，遠(yuǎn)離車輛時(shí)干擾初步減小，距離車輛超過(guò)12m時(shí)，干擾基本消失。因此，可判定干擾信號(hào)并非由于共同的線束或車身搭鐵傳導(dǎo)至收音機(jī)，而是通過(guò)空間輻射的形式，通過(guò)天線接收，影響收音機(jī)效果。

在10m法半電波暗室中，按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試布置，將整車上電，整車長(zhǎng)時(shí) （能連續(xù)運(yùn)行2min以上）工作電器全部開啟，發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行 （即GB 14023、ECE R10.03窄帶測(cè)試模式），測(cè)得輻射干擾數(shù)據(jù) （測(cè)試限值為ECE R10.03限值，其限值比GB 14023嚴(yán)格）如圖1所示。

其它狀態(tài)不變，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) （即寬帶測(cè)試狀態(tài)），發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r／min （GB 14023和ECE R10.03標(biāo)準(zhǔn)限定），測(cè)試結(jié)果明顯超出標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖2所示。其中FM頻段的數(shù)據(jù)全頻段超出標(biāo)準(zhǔn)限值20dB左右。

在FM頻段，車載收音機(jī)的鎖臺(tái)靈敏度為（23±4）dBμV，根據(jù)天線的相關(guān)參數(shù)，圖2所測(cè)得的干擾值，通過(guò)計(jì)算分析，問(wèn)題車輛收音機(jī)干擾輸入遠(yuǎn)超其鎖臺(tái)靈敏度值，因此會(huì)對(duì)收音機(jī)造成干擾。通過(guò)測(cè)試可以進(jìn)一步確定引起收音機(jī)異常的干擾為點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的，這些干擾通過(guò)輻射的形式加載至收音機(jī)系統(tǒng)，影響其性能。

3 點(diǎn)火系統(tǒng)干擾收音機(jī)機(jī)理

分析點(diǎn)火系統(tǒng)干擾收音機(jī)機(jī)理，必須先了解收音機(jī)及點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理。

1）收音機(jī)工作原理 收音機(jī)組成及工作簡(jiǎn)圖如圖3所示。廣播信號(hào)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(guò)FM選頻電路選頻，將其中的FM信號(hào)送入下一級(jí)放大電路 （一般為低噪聲三極管）進(jìn)行放大，放大后的FM信號(hào)經(jīng)放大器的阻抗匹配電路傳輸?shù)叫盘?hào)輸出端；同時(shí)，另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)AM選頻電路選頻，將其中AM信號(hào)送入下一級(jí)放大電路 （一般為低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管）進(jìn)行放大，放大后的AM信號(hào)經(jīng)過(guò)阻抗匹配電路傳輸?shù)叫盘?hào)輸出端，在此處AM和FM信號(hào)回合，經(jīng)過(guò)收音電路和解碼處理后，再經(jīng)音頻控制電路處理，經(jīng)過(guò)音頻功放輸出給揚(yáng)聲器。

2）點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理 點(diǎn)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(dòng)機(jī)冷卻溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、相位傳感器等）、起動(dòng)開關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、執(zhí)行器 （主要包括點(diǎn)火控制器、點(diǎn)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(dòng)機(jī)每個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、水溫、節(jié)氣門狀況、是否發(fā)生爆震等信號(hào)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，ECU接收到這些數(shù)據(jù)后，根據(jù)系統(tǒng)算法，計(jì)算出與當(dāng)前工況相對(duì)應(yīng)的最佳點(diǎn)火提前角與電路導(dǎo)通時(shí)間，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果和點(diǎn)火基準(zhǔn)信號(hào)，最后在最適合點(diǎn)火的時(shí)間向控制電路和點(diǎn)火線圈發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，通過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈產(chǎn)生高壓電，點(diǎn)燃?xì)飧桌锩娴幕旌蠚怏w，信號(hào)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛。

3）點(diǎn)火系統(tǒng)干擾形成機(jī)理 由點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)成得出點(diǎn)火系統(tǒng)的等效電路簡(jiǎn)圖，如圖5所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制功率三極管通斷，使初級(jí)線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)點(diǎn)火線圈繞組互感轉(zhuǎn)換為次級(jí)線圈高壓電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生高壓以點(diǎn)燃混合氣。只要發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)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(hào)的頻率與三極管通斷時(shí)間相關(guān)。而由電學(xué)的基本原理可知，當(dāng)導(dǎo)體上有交變的電流時(shí)，導(dǎo)體周圍就會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成的交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)通過(guò)點(diǎn)火系統(tǒng)線束 （等效天線）發(fā)射出去，對(duì)車載電器系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。這些干擾會(huì)影響信號(hào)接收系統(tǒng)、車載音視頻系統(tǒng)等，由于收音機(jī)有廣播接收功能，同時(shí)又有音頻輸出，因此點(diǎn)火系統(tǒng)不合理的配置對(duì)車載收音機(jī)影響尤為明顯。點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)收音機(jī)干擾成因如圖7所示。

4 收音機(jī)干擾問(wèn)題解決方法

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)收音機(jī)的干擾為電磁干擾，解決電磁干擾問(wèn)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(duì)電磁干擾信號(hào)敏感的設(shè)備，由圖7可知電磁干擾源為點(diǎn)火系統(tǒng)，傳輸通道為空間傳播 （無(wú)線），敏感設(shè)備為收音機(jī)系統(tǒng)。可在點(diǎn)火系統(tǒng)、收音機(jī)、無(wú)線傳播這3個(gè)方面中一個(gè)或多個(gè)方面進(jìn)行處理，抑制和減小電磁干擾。通過(guò)空間傳播的電磁干擾主要采取屏蔽的措施，由于點(diǎn)火系統(tǒng)涉及器件較多，線束較為復(fù)雜，不可能將整個(gè)系統(tǒng)屏蔽，針對(duì)此收音機(jī)干擾的問(wèn)題，此方法不適用。收音機(jī)為敏感設(shè)備，其電路中已包含有選頻和濾波處理，因此對(duì)敏感設(shè)備收音機(jī)也一般不做處理。解決收音機(jī)干擾問(wèn)題主要在點(diǎn)火系統(tǒng)上進(jìn)行處理，減小其對(duì)收音機(jī)的干擾。

對(duì)點(diǎn)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(diǎn)火線圈初級(jí)電路進(jìn)行濾波處理，抑制高電壓給其它電器系統(tǒng)帶來(lái)的干擾。合理設(shè)計(jì)點(diǎn)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(shí)過(guò)大的阻抗會(huì)影響點(diǎn)火性能。合理設(shè)計(jì)火花塞阻值 （電阻型火花塞），其它參數(shù)不變時(shí)，電阻越大，次級(jí)電流越小，對(duì)外輻射干擾也相應(yīng)變小。但火花塞電阻過(guò)大，會(huì)影響點(diǎn)火性能，除非有特殊要求，火花塞阻值范圍為3～12 kΩ。將問(wèn)題車輛更換為阻值14～15kΩ定制火花塞 （評(píng)測(cè)車原為6～8kΩ）后，評(píng)測(cè)為6分，仍不能滿足要求。

2）收音機(jī)干擾主要由系統(tǒng)回路中的天線 （等效）效應(yīng)引起。在不影響點(diǎn)火性能的條件下，合理設(shè)計(jì)次級(jí)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(jī)干擾問(wèn)題即為此方法。圖8為更換阻尼線圈前后的照片。換用后評(píng)測(cè)能達(dá)8分，同時(shí)在半電波暗室中測(cè)試能滿足ECE R10.03標(biāo)準(zhǔn)限值。

3）就近搭鐵。將點(diǎn)火干擾一部分能量導(dǎo)入車身搭鐵，減少輻射干擾。

4）對(duì)火花塞帽上進(jìn)行屏蔽處理也能減少部分干擾。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用案例，從收音機(jī)和點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理出發(fā)，注重于分析和解決車載收音機(jī)電磁干擾問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)為汽車電器中最為典型的干擾源，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)各元器件的參數(shù)能有效提高汽車電器的各項(xiàng)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(duì)車載收音機(jī)性能和主觀評(píng)測(cè)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(xué)，2001：308-308.

［2］劉慶升.汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾抑制方法研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，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(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2007：2-7.