汽車?yán)鹊碾姶膨}擾

熊禹，鮑宇

（東風(fēng)柳州汽車有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545000）

汽車?yán)鹊碾姶膨}擾

熊禹，鮑宇

（東風(fēng)柳州汽車有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545000）

汽車?yán)仁擒囕v安全行駛必不可缺少的器件，在喇叭工作時(shí)，會(huì)因?yàn)閯?dòng)靜觸點(diǎn)的反復(fù)閉合，產(chǎn)生各種頻率的干擾雜波。通過喇叭的正極和負(fù)極線，對(duì)車輛的電源和搭鐵造成干擾。針對(duì)實(shí)際中喇叭干擾產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析定位，提出在整車上可行的解決方案，并進(jìn)行整車上的驗(yàn)證試驗(yàn)。

汽車?yán)?；電磁騷擾；電壓波動(dòng)；傳導(dǎo)發(fā)射

隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，各整車廠設(shè)計(jì)出的車型形象各異，配在汽車上的零部件變化繁多，但主體結(jié)構(gòu)及其工作原理卻大同小異［1］。喇叭是汽車信號(hào)裝置中必不可少的一個(gè)零部件［2］，喇叭發(fā)出響聲，警告行人和過往車輛，以保障行車安全。電喇叭具有質(zhì)量小、裝配方便、聲音悅耳的優(yōu)點(diǎn)［3］。電喇叭按形狀主要分為盆形喇叭、蝸牛喇叭、筒形喇叭三大類［4］。本文主要針對(duì)盆形喇叭和蝸牛喇叭進(jìn)行研究。

我國對(duì)于電喇叭的設(shè)計(jì)有如下執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB 15742—2001《汽車電喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法》，GB 15740—2006《汽車防盜裝置性能要求》，GB／T 13914—2002《沖壓件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)》，QC／T 30—2004《汽車用電喇叭技術(shù)條件》，QC／T 413—002《汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件》，ECE 28《關(guān)于聲音警告裝置及聲音信號(hào)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》［5］。

由于缺少喇叭對(duì)于電磁兼容性的要求，因此中國現(xiàn)有的電喇叭存在各種各樣電磁騷擾的問題。中國某車輛在使用蝸牛喇叭時(shí)，全景影像畫面上出現(xiàn)雜質(zhì)橫條紋的問題。通過排查，懷疑蝸牛電喇叭本身引起的干擾通過線束耦合到全景影像控制器上。將車上2個(gè)電喇叭的片式插頭拔下，并找來2個(gè)插接口形式與喇叭相同的燈，將電喇叭分支線插到燈上，按動(dòng)喇叭開關(guān)，燈亮說明回路導(dǎo)通，全景影像顯示無橫條紋出現(xiàn)，故障排除。因此，主要問題是電喇叭在工作時(shí)，其某個(gè)特性干擾了全景影像控制器的正常工作。當(dāng)換上盆形電喇叭時(shí)，全景影像畫面上也沒有出現(xiàn)雜質(zhì)橫條紋的現(xiàn)象。因此，將其定位到蝸牛喇叭的特性上，首先需要重點(diǎn)對(duì)盆形喇叭和蝸牛喇叭之間的結(jié)構(gòu)工作差異進(jìn)行分析。

1 工作原理分析

1.1 盆形喇叭

盆形喇叭的膜片與共鳴板中間形成共振腔。膜片在往復(fù)振動(dòng)的過程中，共振腔周圍的空氣受迫振動(dòng)，傳遞到人的耳膜上，產(chǎn)生了聲音。能量集中在共鳴板正前方，指向性強(qiáng)，對(duì)安裝方向有一定的要求。因?yàn)槭亲矒舭l(fā)聲，音質(zhì)較尖銳，穿透性較強(qiáng)。

1.1.1 喇叭的結(jié)構(gòu)

盆形電磁式喇叭的結(jié)構(gòu)包括4個(gè)部分，如圖1所示。

1）磁路系統(tǒng)這是產(chǎn)生策動(dòng)力的部件。是由高強(qiáng)度漆包線匝繞在軟鐵上，當(dāng)線圈通以直流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

2）振動(dòng)系統(tǒng)包括銜鐵，振動(dòng)膜片，共振板。

3）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)它能使電路以一定的頻率開啟和關(guān)閉，從而把對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)所加的恒定力變成脈沖力，如：觸點(diǎn)臂等零件。

4）外殼系統(tǒng)它將各部件組合在一起，并且自己形成腔體，既能增強(qiáng)共振效果，又起組合保護(hù)作用。

1.1.2 工作原理

電源通過喇叭繼電器觸點(diǎn)接通喇叭線路，并經(jīng)過觸點(diǎn)給線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁力的作用下，動(dòng)銜鐵被吸引，動(dòng)銜鐵帶動(dòng)膜片、共鳴板向下運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，動(dòng)銜鐵也向下拉動(dòng)了觸點(diǎn)臂，使上、下觸點(diǎn)斷開，切斷了電路。線圈斷電后，電磁力消失，動(dòng)銜鐵釋放，膜片和觸點(diǎn)臂復(fù)位。此時(shí)上下觸點(diǎn)閉合，電源又經(jīng)過觸點(diǎn)給線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)。重復(fù)上述過程，振動(dòng)系統(tǒng)往復(fù)振動(dòng)空氣而發(fā)出聲音。

1.2 蝸牛喇叭

蝸牛喇叭的膜片與蓋板中間形成氣腔。膜片在往復(fù)振動(dòng)的過程中，使前方腔空氣體積產(chǎn)生周期變化，從而產(chǎn)生球狀的平面波。該平面波在蝸牛形聲道中沿一定規(guī)律擴(kuò)展，在喇叭口處輻射發(fā)聲。聲波能量在喇叭口前方發(fā)散較快，指向性較寬，而且音質(zhì)較柔和。

1.2.1 喇叭的結(jié)構(gòu)

蝸牛電磁式喇叭的結(jié)構(gòu)包括4個(gè)部分，如圖2所示。

1）磁路系統(tǒng)這是產(chǎn)生策動(dòng)力的部件。是由高強(qiáng)度漆包線匝繞在軟鐵上，當(dāng)線圈通以直流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

2）振動(dòng)系統(tǒng)包括銜鐵、振動(dòng)膜片、揚(yáng)聲筒。

3）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)它能使電路以一定的頻率開啟和關(guān)閉，從而把對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)所加的恒定力變成脈沖力，如：下觸點(diǎn)臂等零件。

4）外殼系統(tǒng)它將各部件組合在一起，并且自己形成腔體，既能增強(qiáng)共振效果，又起組合保護(hù)作用。

1.2.2 工作原理

電源通過喇叭繼電器觸點(diǎn)接通喇叭線路，并經(jīng)過觸點(diǎn)給線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁力的作用下，動(dòng)銜鐵被吸引，動(dòng)銜鐵帶動(dòng)膜片向下運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，動(dòng)銜鐵也向下拉動(dòng)了下觸點(diǎn)臂，使上、下觸點(diǎn)斷開，切斷了電路。線圈斷電后，電磁力消失，動(dòng)銜鐵釋放，膜片和下觸點(diǎn)臂復(fù)位。此時(shí)上下觸點(diǎn)閉合，電源又經(jīng)過觸點(diǎn)給線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)。重復(fù)上述過程，振動(dòng)系統(tǒng)往復(fù)振動(dòng)空氣并經(jīng)過揚(yáng)聲筒調(diào)制放大而發(fā)出悅耳的聲音［4］。

2 試驗(yàn)分析

通過上述結(jié)構(gòu)原理圖，可以看出盆形喇叭和蝸牛喇叭的工作原理相同，結(jié)構(gòu)上唯一的區(qū)別是蝸牛喇叭比盆形喇叭多出了一個(gè)47 μF的電容。對(duì)這2個(gè)喇叭分別在時(shí)域上測(cè)試其電壓和在頻域上測(cè)試其傳導(dǎo)發(fā)射。為了確認(rèn)干擾源，所有的試驗(yàn)均在整車上的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。

2.1 時(shí)域電壓試驗(yàn)

將一個(gè)電壓探頭的正極連接電喇叭的正極線，電壓探頭的負(fù)極連接整車蓄電池的負(fù)極柱，將另一個(gè)電壓探頭的正極連接電喇叭的負(fù)極線，電壓探頭的負(fù)極連接整車蓄電池的負(fù)極柱。分別對(duì)上述2種電喇叭進(jìn)行工作中的電壓波動(dòng)測(cè)試。

通過對(duì)2種喇叭電源線之間的電壓測(cè)試，發(fā)現(xiàn)加了電容的蝸牛喇叭電壓值波動(dòng)小于沒加電容的盆形喇叭。如圖3所示。

2.2 頻域傳導(dǎo)試驗(yàn)

將人工網(wǎng)絡(luò)按照電流的流向，分別串聯(lián)進(jìn)電喇叭的正極線和負(fù)極線，將人工網(wǎng)絡(luò)的地線與車輛蓄電池的負(fù)極相連，人工網(wǎng)絡(luò)的輸出端口與EMI接收機(jī)相連，分別對(duì)2個(gè)喇叭的電源線進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試。

通過傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)加了電容的蝸牛喇叭發(fā)射的能量值要高于沒加電容的盆形喇叭。尤其是在150 kHz～6.2 MHz的低頻段之間，相差較為明顯。如圖4所示。

2.3 整改試驗(yàn)

將蝸牛喇叭中的電容去掉后，發(fā)現(xiàn)對(duì)全景影像的干擾現(xiàn)象消失。通過測(cè)量電喇叭之間的電壓發(fā)現(xiàn)，電壓波動(dòng)明顯升高，與沒加電容的盆形喇叭幾乎一

致；通過傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)發(fā)射的能量明顯減小，與沒加電容的盆形喇叭幾乎一致。因此，判斷對(duì)全景影像畫面產(chǎn)生干擾的原因是由蝸牛喇叭中的47 μF電容引起的。如圖5所示。

2.4 問題分析

在蝸牛喇叭的正負(fù)極之間多出了一個(gè)47 μF的X電容。X電容可以濾除高頻差模的干擾信號(hào)，在觸點(diǎn)反復(fù)閉合的瞬間產(chǎn)生的電壓沖擊被形成的LC振蕩電路濾除，從而降低了電源線上電壓波動(dòng)的幅值，這樣做有利于提高喇叭的使用壽命。但此電容與線圈組成的LC振蕩電路的特性會(huì)產(chǎn)生交變的振蕩電流。由于線路中的非線性寄生參數(shù)的存在，導(dǎo)致特性阻抗的不匹配，會(huì)使流過的振蕩電流產(chǎn)生非常豐富的諧波成分。諧波主要表現(xiàn)在頻域測(cè)試結(jié)果中傳導(dǎo)發(fā)射的能量大小上。諧波成分越豐富，傳導(dǎo)發(fā)射的騷擾頻率覆蓋的范圍越廣，而47 μF的電容可以濾除高頻的噪聲，但對(duì)于低頻的噪聲，由于其阻抗較大，因此濾除低頻噪聲的效果并不好。由測(cè)試的結(jié)果也可以看出，主要是在150 kHz～6.2 MHz的頻率范圍內(nèi)傳導(dǎo)發(fā)射的能量較大。而對(duì)于這個(gè)較低頻率段的噪聲，主要是通過線束傳導(dǎo)和線束之間的耦合，對(duì)其他用電器產(chǎn)生不良EMC影響。具體到此次研究的全景影像受到的電磁干擾，主要就是通過整車電源網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)過來的噪聲造成的，豐富的諧波成分也使得線束之間產(chǎn)生耦合影響變得更加容易。

去掉電容后的蝸牛喇叭電源線正負(fù)極上的電壓波動(dòng)明顯增大，與盆形喇叭相差不大。由于去掉47 μF電容后的瞬態(tài)電壓波動(dòng)幅值增大，可能會(huì)降低蝸牛喇叭的使用壽命。蝸牛喇叭電源線正負(fù)極上的傳導(dǎo)發(fā)射明顯降低，與盆形喇叭相差不大。驗(yàn)證了對(duì)蝸牛喇叭中電容的推斷。

3 解決方案

通過試驗(yàn)，針對(duì)蝸牛喇叭影響全景影像的問題，提出以下有效的方案。

電容的容抗為：xc=1／2πfc。理論上，頻率越高，容抗越小，越容易通過高頻的信號(hào)，相反，對(duì)于低頻的噪聲信號(hào)，電容值越大，容抗越小，越容易濾除。因此，選用

較大的電容來濾除上述低頻的雜波信號(hào)。

在蝸牛喇叭（帶有47μF電容）的電源線之間連接一個(gè)大電容，如圖6所示。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試連接1 000 μF的電容，干擾波紋有所減少；連接2 000 μF的電容，干擾波紋消失。連接2 000 μF的大電容之后，進(jìn)行電壓波動(dòng)的測(cè)試，其喇叭正負(fù)極相對(duì)蓄電池負(fù)極的電壓波動(dòng)明顯減小，表明此大電容濾除了大部分干擾的波動(dòng)。如圖7所示。

4 結(jié)束語

對(duì)于整車的EMC環(huán)境來說，汽車上的電磁喇叭屬于騷擾源，汽車電磁喇叭的電磁騷擾會(huì)通過觸點(diǎn)的反復(fù)閉合產(chǎn)生較大的電壓沖擊。由于汽車上的寄生參數(shù)的不確定性，從而使電磁喇叭產(chǎn)生的電磁騷擾也帶有很大的不確定性。提高電磁喇叭的EMC品質(zhì)是降低喇叭騷擾的關(guān)鍵，其關(guān)鍵技術(shù)包括采用濾波處理、改善喇叭材質(zhì)，使得電磁喇叭獲得更好的電磁特性。

［1］路傳海.盆形電喇叭的設(shè)計(jì)分析與運(yùn)用維修［J］.汽車電器，2012（12）：45-49.

［2］郭繼峰，任萬濱，翟國富.汽車電喇叭的技術(shù)發(fā)展［J］.機(jī)電元件，2010（1）：39-46.

［3］李文順.電喇叭的工作原理、故障原因及改進(jìn)措施［J］.電子世界，2013（5）：89-91.

［4］陳小工，何文翔，張明珠.汽車盆形電喇叭零件的失效分析［J］.汽車工藝與材料，2002（10）：36-37，40.

［5］楊德新.汽車?yán)鹊慕Y(jié)構(gòu)與工作原理［J］.中小企業(yè)管理與科技（中旬刊）.2015（6）：236-238.

（編輯 楊景）

The Electromagnetic Disturbance Of Auto Horn

XIONG Yu，Bao Yu
（Dong Feng Liu Zhou Motor Co.Ltd）

As a important electrical component in driving car safely，the auto horn is absolutely necessary.It will produce interference noise by dynamic contact and static contact collide each other when auto horn on working. The noise will cause negative interference to the vehicle power supply and grounding by positive line and negative line from horn.Contrapose the issue generate by auto horn，that interference with other electrical component，through analyzing and positioning，put forward the feasible solution and carry out validation tests on the vehicle.

Auto Horn；Electromagnetic Disturbance；Voltage Fluctuation；Conducted Emission

U463.653

B

1003－8639（2016）04－000－0

2016-01-29

熊禹（1983-），女，湖北建始人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槠囯娮与娖骷靶履茉聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)；鮑宇（1989-），男，河北邯鄲人，碩士，工程師，，主要研究方向?yàn)槠囯姶偶嫒荨?/p>