摘要：随着柴油发动机高压共轨技术的应用越来越普遍，对高压共轨系统的可靠性提出更高的要求，特别是电磁兼容性EMC问题变得更加复杂。本文对某越野车的高压共轨电控系统敏感度的典型案例进行分析。
    根据该型越野车的设计要求，需要提升其动力性及排放，最终决定使用效率更高、动力性更好的高压共轨电控系统。由于其军用的特性，必须满足GJB 151 A-97、GJB 152A-97及GJB 13 89A-2005中对电控系统电磁兼容性的要求。所谓电磁兼容性是指电器装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰并工作在指定环境中的能力。而电磁兼容中主要涉及到辐射发射、辐射及传导敏感度的问题，试验中电控系统对于敏感度问题则更加突出。本文着重介绍其高压共轨电控系统中敏感度的开发实例。

    1 高压共轨电控系统介绍
    该型越野车柴油发动机采用了高压共轨电控系统，该电控系统主要由电子控制单元ECU、传感器和执行器所组成，如图1所示。

    ECU根据驾驶员的需求，即加速踏板位置传感器的位置（输入到ECU中的油门电压信号），以及发动机和车辆当前的工况（发动机转速、冷却液温度、当前负载等），ECU根据程序及标定的控制策略和逻辑算法计算出驾驶员需要的喷油量、喷油时刻、喷油次数和喷油压力（喷油时的轨压），发出指令使轨压控制在需要值，发出指令让喷油器按计算结果喷油。

    2 电控系统敏感度分析
    该电控高压共轨系统中，有以下用于测定发动机实时运行状态的传感器：加速踏板位置传感器、轨压传感器、增压压力传感器、水温传感器、空气流量计传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器等。
    主要执行器包括喷油器电磁阀、油量计量单元、VGT阀、EGR阀、预热塞装置、电动燃油泵等。
    高压共轨干扰源主要分为辐射干扰和传导干扰，根据高压共轨电控系统的组成及相关特性，在整车电磁兼容抗干扰的试验中，由于电控单元金属壳体与车身安装搭铁良好，ECU本身的抗辐射干扰的能力很强，以及车身本体较好的屏蔽作用，抗辐射问题不大。而传导干扰的问题比较突出，高压共轨系统组成包含了传感器，这些传感器的信号通过A/D变换上传到控制单元，干扰信号可以通过线缆耦合及搭铁回路祸合的方式干扰正常信号，一旦信号电平受到干扰后的波动超过了阈值，将引起发动机的异常工作，严重时就会造成车辆熄火，从而丧失机动性。根据ECU端口分布特性，对集中在ECU的A插的传感器端的部件分析如表1所示。

    根据上述分析，影响发动机共轨电控系统而导致车辆熄火的问题在传导干扰，其主要干扰部件有轨压传感器和曲轴传感器。page_break]

    3 实例分析
    由于该型越野车其军用的特性，可能会处于各种天线发射产生的辐射电磁场内，这些辐射电磁场在线缆上的耦合效应将产生共模干扰，这些干扰通过线束传导至发动机电控系统的各个部分。而发动机电控系统属于安全性关键部件和分系统，对执行任务起关键作用，如出现电磁兼容性问题，可能导致系统受损、寿命缩短、任务中断或不可接受的效率下降，是不能接受的，根据设计要求，对发动机电控系统要求进行辐射及传导敏感度试验。
    3.1试验情况
    3.1.1辐射敏感度试验
    1）试验地点：电磁兼容实验室半电波暗室。
    2）试验环境：温度12℃，湿度12%RH。
    3）试验依据：依据《XXX越野车电磁兼容性试验检验规范》和《GJB 1389A-2005系统电磁兼容性要求》的相关要求。
    4）试验方法：由电场发生装置产生规定场强的电场，将该电场辐射至受试车辆，考核其设备和线缆是否由于外部辐射场的耦合形成干扰信号而使系统产生敏感现象。参考图2进行测试布置，其中发射天线的任意部分应离地至少0.25 m，天线应与水平面形成一定的角度θ以达到有效的照射范围。

    测试参数：①频率10 kHz～2 MHz，场强25 V/m ;②频率2 MHz～18 GHz，场强50 V/m。
    用PM调制方式，在车辆前侧进行测试，参数①、②的测试结果：整车系统和电子、电气设备工作正常，系统未出现功能特性的降低及任何故障，满足敏感度判据要求。
    3.1.2传导敏感度试验
    1）试验地点：电磁兼容实验室半电波暗室。
    2）试验环境：温度12℃，湿度16%RH。
    3）试验依据：依据《XXX越野车电磁兼容性试验检验规范》和《GJB 151 A-97军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》的相关要求。
    4）试验方法及配置：按照GJB 152A 97中CS116项试验方法及配置要求进行试验，如图3所示。

    测试参数：①试验频率：100 kHz ， 1 MHz.10 MHz， 30 MHz;②试验信号重复率10 pps ;③信号注入时间5 min;④极限值：陆军Imax=10 A。标准信号及极限值见图4。

    测试结果：在车辆发动机怠速运行系统处于正常工作状态的条件下，进行传导敏感度测试，使用电流卡钳在发动机舱内ECU端A插线束上施加阻尼正弦瞬变干扰信号。在1 MHz频点进行测试时，出现发动机转速变化熄火现象，且发动机无法再次启动，确定敏感度门限电平为350 V。
    综合辐射、传导敏感度试验，辐射敏感度满足要求，传导敏感度试验出现车辆熄火问题。
    3.2原因分析
    由于车辆熄火后无法再启动，根据上述分析，可以初步排除曲轴传感器失效的可能性；综合上述分析及ECU监控设备读出的故障代码，可以判断是由于轨压传感器受到干扰导致的。
    检测损坏的轨压传感器，故障件无信号输出；拆检发现，内部电子模块已损坏，见图5。最终得出结论：电磁兼容试验中，轨压传感器受到了电过载，电过载损坏了轨压传感器内部电子元件。
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    3.2.1干扰耦合路径分析
    由于轨压传感器为金属封装，与发动机主体的连接方式为金属螺纹固定。在外界辐射干扰场作用下，干扰能够通过车体搭铁回路形成涡流，在传感器的输入端或放大电路中就有可能抬高搭铁电位，导致信号输出存在问题；而且ECU和轨压传感器的线束大部分集中在车头部位，测试时，干扰也能够通过线缆耦合到信号中，可能导致控制单元作出错误的判断和动作。
    3.2.2轨压传感器分析
    根据对可能导致熄火现象的传感器进行时域信号的采集，发现轨压传感器输出信号异常，电压信号波形中有脉宽1s左右的阶跃信号，该信号会使ECU误动作导致熄火。经分析判断，该阶跃信号为干扰信号，被传感器放大器放大后输出。轨压传感器前端感应缸内压力电路与发动机壳体等效通过电容进行连接，高频干扰可以进入电路。当施加干扰时，干扰信号不可避免地会通过公共阻抗（车体搭铁）耦合到轨压传感器放大电路的前端，而输入信号极易祸合进干扰信号导致熄火。
    3.3整改验证及方案
    由于该型越野车其军用的特性，可能会处于各种天线发射产生的辐射电磁场内，这些辐射电磁场在线缆上的耦合效应将产生共模干扰。这其中就至少包含了本车可能安装的超短波通信电台，在其大功率发射时，在天线基座附近产生的场强可以达到7080 V/m，因此，即使从系统内兼容的角度考虑，这种干扰源也是必然存在的而且无法改变。同时，由于该越野车的车身设计不可能像装甲车辆一样做到良好的车体屏蔽，所以，为了解决传感器的敏感问题，如果从强化传感器抗干扰设计方面寻找解决方案，也无法保证祸合的信号通过线束直接传至ECU而导致误判断，只有彻底阻断干扰源的祸合路径，才可以达到保护传感器、隔绝祸合信号的目的。
    为了屏蔽电磁辐射干扰与传输信号的耦合途径，在验证试验之前，提前准备了两套线束方案供试验比对，分别为单层屏蔽电缆和双层屏蔽电缆，所谓双屏蔽电缆是指有两层屏蔽层、且两层屏蔽层之间必须有绝缘隔离的电缆，如两层屏蔽层之间不彼此绝缘（相互导电），只能视为一层屏蔽！屏蔽层应具有良好的搭铁。因为屏蔽层面积大，如果不搭铁，有很大的寄生分布电容，将产生寄生祸合干扰。经过试验验证，单层屏蔽线缆不能解决整车所有的电磁兼容性问题；而双层屏蔽线缆的电磁兼容效果良好。
    通过前期分析、改进及试验的充分验证，最终决定通过改进祸合路径的线束，增加双层屏蔽作为最终方案落实并工艺固化，试验复测后满足设计要求。

    4 结束语
    上述案例从系统设计要求、部件组成着手，提出了试验失效的分析，通过试验及测试最终确定了我们分析是正确的，并结合部件的安装及内部结构特性提出解决方案，最终通过试验。