[摘要]某車型在開發(fā)過程中，駕駛室內出現(xiàn)了明顯高頻異音現(xiàn)象，且異音頻率與發(fā)動機轉速呈階次關系，其頻率隨著發(fā)動機轉速的增加而變高。通過從輻射噪音和結構噪音兩條路徑，以及聲源識別等方法進行調查分析，最終確定為由于電子干擾導致駕駛室內四門喇叭發(fā)出該高頻電子異音。制定對策方案消除干擾信號后，該異音消失。

關鍵詞：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，勢必導致電控單元高度集成，對電磁兼容和電磁干擾、電子干擾等要求更加嚴格，整車音振評價面臨著新的挑戰(zhàn)。針對啟辰車型，Display Audio（下文簡稱DA）實現(xiàn)顯示、藍牙電話、無線網(wǎng)絡、GPS 導航、倒車影像、娛樂多媒體、車內設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所形成的聽音效果。它的主要有音源（主機）、音頻處理器、功率放大器、揚聲器系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、電源及供電電路六個部分組成[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)動機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

發(fā)動機運轉過程中，會帶動交流發(fā)電機工作產(chǎn)生電能為汽車電器部品供電以及蓄電池充電。交流發(fā)電機工作產(chǎn)生交流信號會疊加在蓄電池的直流信號上，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，波紋信號很容易通過喇叭播放出來[2]。

通常情況下，可以對蓄電池采取濾波處理減小噪聲，如串聯(lián)扼流圈，對地增大電解達到放電效果。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

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

2.3 電脈沖干擾

汽車內的發(fā)動機點火系統(tǒng)，交流發(fā)電機或者其他電器啟動或斷開時，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 調諧器的差拍噪聲

汽車電子設備中的電感電容閉合回路形成的振蕩電路，開關電源，背光燈電源高壓電路，PWM（pulse width modulation，脈沖寬度變調電路）控制電路，通信信號等通過電源線、地線、信號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差，導致音響系統(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例解析

3.1 課題背景

在某車型開發(fā)過程中，當發(fā)動機轉速在1000rpm-2500rpm 時，室內會有很明顯的高頻異音，且隨著轉速的升高聲音的頻率也越來越高。





3.2 課題解析

3.2.1 聲源調查

在機艙蓋打開的情況下能隱約聽到與駕駛室內相似的高頻異音，并通過聽診器判斷該異音的發(fā)聲部品為發(fā)電機。發(fā)電機本體由于其定轉子極對數(shù)決定了存在階次電磁噪聲，轉換為發(fā)動機轉速后正好與該異音吻合。初步認為是由發(fā)電機發(fā)聲通過空氣傳播傳遞到駕駛室內，并展開驗證調查。



3.2.2 傳遞路徑調查

針對NG 車輛，再從結構傳遞路徑方面進行調查。



3.2.3 聲源鎖定

根據(jù)最初的判斷，從激勵源和傳遞路徑兩方面均無法確定要因，猜測最初的判斷出現(xiàn)了遺漏。基于前期的調查信息，重新梳理調查思路，最終確定了發(fā)聲源為室內的四門上的揚聲器。

斷開發(fā)電機，異音消失?？膳袛喔哳l異音與發(fā)電機關聯(lián)部品有關（電&磁）；通過聲學相機觀測，聲音最明顯的位置在車門內揚聲器周圍，前期誤認為是車門處漏音。



明確高頻異音課題的發(fā)聲源就是車門的4個揚聲器。揚聲器處于汽車音響系統(tǒng)的末端，信號經(jīng)由信號處理器及功率放大器傳遞給揚聲器。而信號處理器與功率放大器等都集成在DA（Display Audio），故判斷根源在DA，并進行實車評價和定量測量驗證明確了判斷的正確性。



3.3 課題對策

3.3.1 機理分析

汽車DA 功能的集成度高，使得整個系統(tǒng)對于電磁兼容、電磁干擾及電子干擾等要求比較嚴格，如果信號源和放大器采用了不同的接地點，則地電位差對于差動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頻率范圍相重疊，最終這種紋波通過DA 轉化輸出為噪聲。

初步判斷：車輛啟動時，發(fā)電機紋波經(jīng)過電源線傳遞至DA 內部，并耦合至揚聲器輸出端口，經(jīng)揚聲器由電信號轉換為噪音輸出。因此，當拔掉發(fā)電機的接插件時噪音消除、斷開揚聲器時噪音消除、或者斷開DA 時噪音也會消除。



3.3.2 臺架驗證

1 ） 利用電磁兼容（ Electro MagneticCompatibility, 下文簡稱EMC）現(xiàn)有設備，搭建臺上測試平臺，如圖7 所示，DA 主機通過單獨的程控電源進行供電；

2）設置程控電源，輸出14V（模擬發(fā)電機正常電壓）至DA 主機，此時揚聲器無噪音輸出；

3）在14V 電源基礎上，耦合疊加1KHz 干擾Surge(模擬發(fā)電機紋波），此時揚聲器側有噪音輸出；

4）調節(jié)Surge 電壓大小，200-300mV（PK）時可聽到清晰噪聲。



3.3.3 對策分析及驗證

1）由于該車型DA 的信號處理器（DigitalSignal Processing, 下文簡稱DSP）和功放（PowerAmplifier, 下文簡稱AMP）不在同一塊PCB（印刷電路板）上，且負載不同，導致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或隔離技術[4]；

2）初始設計，DSP 和AMP 的S_GND（信號地）分別和各自的P_GND 相連，如圖8 所示；由于P-GND 之間有落差，導致Audio 的S-GND有落差；

3）當實車電源電壓有波動時，導致P-GND上有波動即S-GND 有波動，而S-GND 有落差，導致信號線進入AMP 時導入干擾噪音；

4）在AMP 側斷開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）臺架驗證和實車驗證，對策效果OK。

4 總結

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查思路與對策方案，為音振性能開發(fā)在電子噪聲方面提供一定的經(jīng)驗參考。面對日益繁復的汽車電子系統(tǒng)，我們會遇到越來越多的電磁與電子干擾噪聲問題。傳統(tǒng)音振課題的調查思路一定程度上局限了我們對問題現(xiàn)象本質把握的廣度，涉及到電氣相關部品需要我們同時具備電磁兼容、電磁干擾及高速電路等方面的知識，才能更加快速準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：東風日產(chǎn)乘用車公司
來源：2020 年第十七屆汽車 NVH 控制技術國際研討會論文集