中重型載貨汽車電器系統感性負載測試及設計研究

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中，感性負載對整車電源及搭鐵系統的影響非常大。當感性負載斷電時，會產生幾百伏甚至上千伏的高電壓脈沖，高電壓脈沖通過電源網絡和搭鐵系統對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ISO 7637標準的測試驗證，但是為了提高整車電器系統的性能及可靠性，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計時必須充分考慮并設法減小脈沖電壓造成的危害。

汽車上常見的感性負載有繼電器、點火鑰匙、電磁閥、電機類等，電機類包括起動機、發電機、壓縮機、空調模式伺服電機、冷／暖伺服電機、新風伺服電機、鼓風機電機、水寒寶、駕駛室傾翻電機、刮水電機、洗滌電機等。本文以福田戴姆勒某一牽引車為測試環境，對感性負載進行了測試和設計研究，具體如下。

1 感性負載斷開瞬間產生的脈沖電壓測試

1.1 繼電器

繼電器在汽車上的應用比較廣泛，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用較多，少則幾個，多則十幾個二十幾個，功率較大的負載以及電機類的負載一般都由繼電器控制。繼電器的線圈端斷開時會產生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電阻或者二極管，對產生的反向電壓起到抑制作用，作者選取兩種繼電器樣本，分別進行測試，結果如圖1、圖2所示。

并聯電阻的繼電器在線圈斷電時產生的最大負向脈沖電壓為159 V，持續時間約為4.65 ms；并聯二極管的繼電器在線圈斷電時產生的最大負向脈沖電壓為19.20 V，持續時間約1.6 μs。因此，在繼電器線圈兩端并聯二極管能夠有效消除瞬時高壓，減少脈沖電壓對繼電器開關觸點的破壞，同時也減少了對同一電源網絡其它電器零部件的破壞。

1.2 壓縮機離合器

電磁離合器是空調壓縮機上的關鍵部件，用于控制壓縮機的工作。離合器的線圈斷開時會產生較大的反向脈沖，如圖3所示。

斷開電磁離合器線圈電源瞬間，負向脈沖電壓最大約為470 V，波動時間約為80 μs。壓縮機離合器斷開電源瞬間產生的反向電壓大，持續時間長，因此，在設計時盡量將壓縮機離合器單獨在一個電源網絡里，并且單獨搭鐵，搭鐵點與其他容易受影響的零部件搭鐵點保持一定距離。

1.3 鼓風電機

鼓風機是空調系統功率比較大的電機，鼓風電機斷開時也會產生較大的反向脈沖，如圖4所示。

斷開鼓風電機瞬間，負向脈沖電壓最大約為102V，波動時間約為100μs。

1.4 電磁閥

電磁閥在載貨汽車上的應用較多，通過電路控制氣路的通斷。電磁閥線圈的功率較小，線圈斷開時產生的反向電壓也較小，如圖5所示。

斷開開關瞬間，靠近電磁閥側有明顯的電壓波動變化，負向脈沖電壓最大約為44.8 V，持續時間約為8 ms，因此在設計時，無需特殊關注電磁閥對其他負載的影響。

2 感性類負載及整車電子電器系統設計原則

2.1 設計原則

通過上述的測試發現，感性負載在斷開時產生的反向脈沖較大，電子電器工程師在電器原理、線束設計時必須充分考慮到感性負載的影響，可通過優化設計電源系統和搭鐵系統來減小感性負載對其他電器零部件造成的危害。

1）電源系統設計

將整車的負載分類，汽車上的電源網絡一般有兩級:同一類型的負載在同一個、同一級電源網絡里；對于產生干擾較大的負載最好單獨在一個電源網絡里。

2）搭鐵系統設計

將整車的負載分類，如感性負載類、阻性負載類、控制器類、傳感器類等；將干擾等級分為嚴重、一般、較小，對于干擾較大的負載最好單獨搭鐵，以減小對其他零部件的干擾。

對于比較重要的負載，如控制器類負載也要單獨搭鐵或者直接接到蓄電池負極，避免受到其他零部件的干擾。

對于在同一個搭鐵點的負載，盡量減少或取消搭鐵線的釘接，比較重要的負載不與其他負載釘接之后搭鐵，而是搭鐵線需要直接到搭鐵點。

對干擾十分敏感的負載，如傳感器類的負載搭鐵線要接回控制器，這樣可以避免干擾對傳感器的數值產生較大的影響。

2.2 測試結果應用

1）壓縮機離合器設計

在感性負載測試中，壓縮機斷開時產生的反向電壓最大，其他感性負載較小。以壓縮機為例，在設計時優化電源系統和搭鐵系統，將壓縮機的電源網絡與其他電器零部件電源網絡分開，壓縮機的搭鐵點與其他零部件的搭鐵點距離大于1 m。分析斷開壓縮機瞬間對電源網絡其他電器零部件的影響，測試結果如圖6所示，圖6中1通道為儀表的電源電壓，測量點接近儀表；圖6中2通道為壓縮機離合器正極的電壓。

從圖6中可以看出，壓縮機離合器斷開時產生的反向電壓約為400 V，而儀表電源的波動電壓最大為12V，影響較小。這充分說明，通過優化電源網絡和搭鐵系統，可以減小壓縮機離合器對整車其他零部件的影響。

2）搭鐵點懸浮測試

以福田戴姆勒某一車為例，將整車主要搭鐵點進行分類，優化搭鐵系統設計，測試每一個搭鐵點相對于蓄電池負極的電壓，在測試過程中，逐漸接通和斷開整車主要電器負載，測試結果如圖7所示。

從圖7中可以看出，所有搭鐵點相對于蓄電池負極的最大電壓為0.047V，這充分說明優化搭鐵系統后，整車主要搭鐵點之間相對于蓄電池負極的懸浮電壓很小。

3 結束語

本文對中重型載貨汽車上常見的感性負載進行了測試和分析，針對整車電子電器系統設計，提出了減小感性負載對其他零部件影響的方法，并將該方法應用于實際的車輛設計中，通過測試，驗證了該方法的正確性和有效性。