[摘要]某車型在開發(fā)過程中，駕駛室內(nèi)出現(xiàn)了明顯高頻異音現(xiàn)象，且異音頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈階次關(guān)系，其頻率隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而變高。通過從輻射噪音和結(jié)構(gòu)噪音兩條路徑，以及聲源識(shí)別等方法進(jìn)行調(diào)查分析，最終確定為由于電子干擾導(dǎo)致駕駛室內(nèi)四門喇叭發(fā)出該高頻電子異音。制定對(duì)策方案消除干擾信號(hào)后，該異音消失。

關(guān)鍵詞：電磁干擾，電子異音，汽車音響

1 前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，自主品牌汽車智能化程度越來越高，勢(shì)必導(dǎo)致電控單元高度集成，對(duì)電磁兼容和電磁干擾、電子干擾等要求更加嚴(yán)格，整車音振評(píng)價(jià)面臨著新的挑戰(zhàn)。針對(duì)啟辰車型，Display Audio（下文簡(jiǎn)稱DA）實(shí)現(xiàn)顯示、藍(lán)牙電話、無線網(wǎng)絡(luò)、GPS 導(dǎo)航、倒車影像、娛樂多媒體、車內(nèi)設(shè)備控制等多種功能于一體的智能屏互聯(lián)系統(tǒng)，解決其干擾問題也是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)且意義重大的工作。

2 汽車音響噪音干擾

汽車音響是指在車廂內(nèi)所形成的聽音效果。它的主要有音源（主機(jī)）、音頻處理器、功率放大器、揚(yáng)聲器系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、電源及供電電路六個(gè)部分組成[1]。

汽車音響工作環(huán)境不同于一般家用電器，存在溫度、濕度、發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車各電器部品多重因素耦合的極端工作條件。汽車音響系統(tǒng)在需要實(shí)現(xiàn)其基本功能的前提下，解決各種噪聲干擾，保證產(chǎn)品的高穩(wěn)定性和高品質(zhì)性能。在開發(fā)周期不斷壓縮的前提下，要求開發(fā)人員具備快速解決噪聲干擾問題。下面介紹幾種常見的噪聲干擾。

2.1 交流發(fā)電機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生電能為汽車電器部品供電以及蓄電池充電。交流發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生交流信號(hào)會(huì)疊加在蓄電池的直流信號(hào)上，這樣蓄電池提供的就不是穩(wěn)定的直流電壓，而是帶有交流成分的紋波很大的直流電壓。汽車音響的功率放大器通常會(huì)由蓄電池直接供電，如果這樣的交流成分沒有被很好的過濾，波紋信號(hào)很容易通過喇叭播放出來[2]。

通常情況下，可以對(duì)蓄電池采取濾波處理減小噪聲，如串聯(lián)扼流圈，對(duì)地增大電解達(dá)到放電效果。但是濾波電路并不能完全消除該噪聲，更改地線布置也能一定程度上起作用。

2.2 線束感應(yīng)

汽車線束布置也很關(guān)鍵，受其他電氣設(shè)備線束的感應(yīng)，可以通過天線接收及線束感應(yīng)等渠道進(jìn)入汽車音響系統(tǒng)。通常都會(huì)將信號(hào)線和電源線盡量遠(yuǎn)離以減少干擾的可能性[3]。

2.3 電脈沖干擾

汽車內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，交流發(fā)電機(jī)或者其他電器啟動(dòng)或斷開時(shí)，產(chǎn)生的高壓脈沖通過蓄電池侵入音響系統(tǒng)，不穩(wěn)定的電壓信號(hào)經(jīng)放大后通過喇叭播放出來。過電壓脈沖只能在電源輸入端口處采取濾波電路被濾除。

2.4 調(diào)諧器的差拍噪聲

汽車電子設(shè)備中的電感電容閉合回路形成的振蕩電路，開關(guān)電源，背光燈電源高壓電路，PWM（pulse width modulation，脈沖寬度變調(diào)電路）控制電路，通信信號(hào)等通過電源線、地線、信號(hào)線或者空間輻射干擾的方式，很可能產(chǎn)生差拍噪聲。解決差拍噪聲可以通過降低干擾源的輻射量，切斷噪聲傳播的路徑以及提高調(diào)諧器自身的抗干擾能力等方式[2]。

2.5 地線阻抗

汽車各部分電路之間可能由于接地不良等原因存在阻抗差，引起各地線之間存在電勢(shì)差，導(dǎo)致音響系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲。保持良好的連接或加裝接地連接線都可以有有效抑制噪聲[3]。

3 某車型高頻電子異音實(shí)例解析

3.1 課題背景

在某車型開發(fā)過程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000rpm-2500rpm 時(shí)，室內(nèi)會(huì)有很明顯的高頻異音，且隨著轉(zhuǎn)速的升高聲音的頻率也越來越高。





3.2 課題解析

3.2.1 聲源調(diào)查

在機(jī)艙蓋打開的情況下能隱約聽到與駕駛室內(nèi)相似的高頻異音，并通過聽診器判斷該異音的發(fā)聲部品為發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)本體由于其定轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)決定了存在階次電磁噪聲，轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速后正好與該異音吻合。初步認(rèn)為是由發(fā)電機(jī)發(fā)聲通過空氣傳播傳遞到駕駛室內(nèi)，并展開驗(yàn)證調(diào)查。



3.2.2 傳遞路徑調(diào)查

針對(duì)NG 車輛，再從結(jié)構(gòu)傳遞路徑方面進(jìn)行調(diào)查。



3.2.3 聲源鎖定

根據(jù)最初的判斷，從激勵(lì)源和傳遞路徑兩方面均無法確定要因，猜測(cè)最初的判斷出現(xiàn)了遺漏?；谇捌诘恼{(diào)查信息，重新梳理調(diào)查思路，最終確定了發(fā)聲源為室內(nèi)的四門上的揚(yáng)聲器。

斷開發(fā)電機(jī)，異音消失?？膳袛喔哳l異音與發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)部品有關(guān)（電&磁）；通過聲學(xué)相機(jī)觀測(cè)，聲音最明顯的位置在車門內(nèi)揚(yáng)聲器周圍，前期誤認(rèn)為是車門處漏音。



明確高頻異音課題的發(fā)聲源就是車門的4個(gè)揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器處于汽車音響系統(tǒng)的末端，信號(hào)經(jīng)由信號(hào)處理器及功率放大器傳遞給揚(yáng)聲器。而信號(hào)處理器與功率放大器等都集成在DA（Display Audio），故判斷根源在DA，并進(jìn)行實(shí)車評(píng)價(jià)和定量測(cè)量驗(yàn)證明確了判斷的正確性。



3.3 課題對(duì)策

3.3.1 機(jī)理分析

汽車DA 功能的集成度高，使得整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于電磁兼容、電磁干擾及電子干擾等要求比較嚴(yán)格，如果信號(hào)源和放大器采用了不同的接地點(diǎn)，則地電位差對(duì)于差動(dòng)放大器而言來說是一種共模干擾[4]，電位差的頻率范圍與信號(hào)頻率范圍相重疊，最終這種紋波通過DA 轉(zhuǎn)化輸出為噪聲。

初步判斷：車輛啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)紋波經(jīng)過電源線傳遞至DA 內(nèi)部，并耦合至揚(yáng)聲器輸出端口，經(jīng)揚(yáng)聲器由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為噪音輸出。因此，當(dāng)拔掉發(fā)電機(jī)的接插件時(shí)噪音消除、斷開揚(yáng)聲器時(shí)噪音消除、或者斷開DA 時(shí)噪音也會(huì)消除。



3.3.2 臺(tái)架驗(yàn)證

1 ） 利用電磁兼容（ Electro MagneticCompatibility, 下文簡(jiǎn)稱EMC）現(xiàn)有設(shè)備，搭建臺(tái)上測(cè)試平臺(tái)，如圖7 所示，DA 主機(jī)通過單獨(dú)的程控電源進(jìn)行供電；

2）設(shè)置程控電源，輸出14V（模擬發(fā)電機(jī)正常電壓）至DA 主機(jī)，此時(shí)揚(yáng)聲器無噪音輸出；

3）在14V 電源基礎(chǔ)上，耦合疊加1KHz 干擾Surge(模擬發(fā)電機(jī)紋波），此時(shí)揚(yáng)聲器側(cè)有噪音輸出；

4）調(diào)節(jié)Surge 電壓大小，200-300mV（PK）時(shí)可聽到清晰噪聲。



3.3.3 對(duì)策分析及驗(yàn)證

1）由于該車型DA 的信號(hào)處理器（DigitalSignal Processing, 下文簡(jiǎn)稱DSP）和功放（PowerAmplifier, 下文簡(jiǎn)稱AMP）不在同一塊PCB（印刷電路板）上，且負(fù)載不同，導(dǎo)致DSP 和AMP的P-GND（電源地）之間存在落差，且很難用濾波的方法解決，克服這種地電位差噪聲不利影響的有效辦法是采用合適的接地技術(shù)或隔離技術(shù)[4]；

2）初始設(shè)計(jì)，DSP 和AMP 的S_GND（信號(hào)地）分別和各自的P_GND 相連，如圖8 所示；由于P-GND 之間有落差，導(dǎo)致Audio 的S-GND有落差；

3）當(dāng)實(shí)車電源電壓有波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致P-GND上有波動(dòng)即S-GND 有波動(dòng)，而S-GND 有落差，導(dǎo)致信號(hào)線進(jìn)入AMP 時(shí)導(dǎo)入干擾噪音；

4）在AMP 側(cè)斷開P-GND 和S-GND 之間的連接，然后用跳線把AMP 的S-GND 連接到DSP 的S-GND；即DSP 和AMP 的S-GND 連接到同一根地線上，如圖9 所示，可以消除Audio的S-GND 之間的落差，消除噪音。



5）臺(tái)架驗(yàn)證和實(shí)車驗(yàn)證，對(duì)策效果OK。

4 總結(jié)

本文描述了汽車音響系統(tǒng)噪音干擾產(chǎn)生的幾種常見類型，并以某車型為例，分析了高頻電子異音的調(diào)查思路與對(duì)策方案，為音振性能開發(fā)在電子噪聲方面提供一定的經(jīng)驗(yàn)參考。面對(duì)日益繁復(fù)的汽車電子系統(tǒng)，我們會(huì)遇到越來越多的電磁與電子干擾噪聲問題。傳統(tǒng)音振課題的調(diào)查思路一定程度上局限了我們對(duì)問題現(xiàn)象本質(zhì)把握的廣度，涉及到電氣相關(guān)部品需要我們同時(shí)具備電磁兼容、電磁干擾及高速電路等方面的知識(shí)，才能更加快速準(zhǔn)確的把握根源解決問題。


作者：羅瀟1，羅瀚1，羅云峰1
作者單位：東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司
來源：2020 年第十七屆汽車 NVH 控制技術(shù)國際研討會(huì)論文集