某车型高频电子异音分析及对策

[摘要]某车型在开发过程中，驾驶室内出现了明显高频异音现象，且异音频率与发动机转速呈阶次关系，其频率随着发动机转速的增加而变高。通过从辐射噪音和结构噪音两条路径，以及声源识别等方法进行调查分析，最终确定为由于电子干扰导致驾驶室内四门喇叭发出该高频电子异音。制定对策方案消除干扰信号后，该异音消失。

关键词：电磁干扰，电子异音，汽车音响

1 前言

随着汽车产业蓬勃发展，自主品牌汽车智能化程度越来越高，势必导致电控单元高度集成，对电磁兼容和电磁干扰、电子干扰等要求更加严格，整车音振评价面临着新的挑战。针对启辰车型，Display Audio（下文简称DA）实现显示、蓝牙电话、无线网络、GPS 导航、倒车影像、娱乐多媒体、车内设备控制等多种功能于一体的智能屏互联系统，解决其干扰问题也是一项具有挑战且意义重大的工作。

2 汽车音响噪音干扰

汽车音响是指在车厢内所形成的听音效果。它的主要有音源（主机）、音频处理器、功率放大器、扬声器系统、视频系统、电源及供电电路六个部分组成[1]。

汽车音响工作环境不同于一般家用电器，存在温度、湿度、发动机及汽车各电器部品多重因素耦合的极端工作条件。汽车音响系统在需要实现其基本功能的前提下，解决各种噪声干扰，保证产品的高稳定性和高品质性能。在开发周期不断压缩的前提下，要求开发人员具备快速解决噪声干扰问题。下面介绍几种常见的噪声干扰。

2.1 交流发电机

发动机运转过程中，会带动交流发电机工作产生电能为汽车电器部品供电以及蓄电池充电。交流发电机工作产生交流信号会叠加在蓄电池的直流信号上，这样蓄电池提供的就不是稳定的直流电压，而是带有交流成分的纹波很大的直流电压。汽车音响的功率放大器通常会由蓄电池直接供电，如果这样的交流成分没有被很好的过滤，波纹信号很容易通过喇叭播放出来[2]。

通常情况下，可以对蓄电池采取滤波处理减小噪声，如串联扼流圈，对地增大电解达到放电效果。但是滤波电路并不能完全消除该噪声，更改地线布置也能一定程度上起作用。

2.2 线束感应

汽车线束布置也很关键，受其他电气设备线束的感应，可以通过天线接收及线束感应等渠道进入汽车音响系统。通常都会将信号线和电源线尽量远离以减少干扰的可能性[3]。

2.3 电脉冲干扰

汽车内的发动机点火系统，交流发电机或者其他电器启动或断开时，产生的高压脉冲通过蓄电池侵入音响系统，不稳定的电压信号经放大后通过喇叭播放出来。过电压脉冲只能在电源输入端口处采取滤波电路被滤除。

2.4 调谐器的差拍噪声

汽车电子设备中的电感电容闭合回路形成的振荡电路，开关电源，背光灯电源高压电路，PWM（pulse width modulation，脉冲宽度变调电路）控制电路，通信信号等通过电源线、地线、信号线或者空间辐射干扰的方式，很可能产生差拍噪声。解决差拍噪声可以通过降低干扰源的辐射量，切断噪声传播的路径以及提高调谐器自身的抗干扰能力等方式[2]。

2.5 地线阻抗

汽车各部分电路之间可能由于接地不良等原因存在阻抗差，引起各地线之间存在电势差，导致音响系统产生噪声。保持良好的连接或加装接地连接线都可以有有效抑制噪声[3]。

3 某车型高频电子异音实例解析

3.1 课题背景

在某车型开发过程中，当发动机转速在1000rpm-2500rpm 时，室内会有很明显的高频异音，且随着转速的升高声音的频率也越来越高。





3.2 课题解析

3.2.1 声源调查

在机舱盖打开的情况下能隐约听到与驾驶室内相似的高频异音，并通过听诊器判断该异音的发声部品为发电机。发电机本体由于其定转子极对数决定了存在阶次电磁噪声，转换为发动机转速后正好与该异音吻合。初步认为是由发电机发声通过空气传播传递到驾驶室内，并展开验证调查。



3.2.2 传递路径调查

针对NG 车辆，再从结构传递路径方面进行调查。



3.2.3 声源锁定

根据最初的判断，从激励源和传递路径两方面均无法确定要因，猜测最初的判断出现了遗漏。基于前期的调查信息，重新梳理调查思路，最终确定了发声源为室内的四门上的扬声器。

断开发电机，异音消失。可判断高频异音与发电机关联部品有关（电&磁）；通过声学相机观测，声音最明显的位置在车门内扬声器周围，前期误认为是车门处漏音。



明确高频异音课题的发声源就是车门的4个扬声器。扬声器处于汽车音响系统的末端，信号经由信号处理器及功率放大器传递给扬声器。而信号处理器与功率放大器等都集成在DA（Display Audio），故判断根源在DA，并进行实车评价和定量测量验证明确了判断的正确性。



3.3 课题对策

3.3.1 机理分析

汽车DA 功能的集成度高，使得整个系统对于电磁兼容、电磁干扰及电子干扰等要求比较严格，如果信号源和放大器采用了不同的接地点，则地电位差对于差动放大器而言来说是一种共模干扰[4]，电位差的频率范围与信号频率范围相重叠，最终这种纹波通过DA 转化输出为噪声。

初步判断：车辆启动时，发电机纹波经过电源线传递至DA 内部，并耦合至扬声器输出端口，经扬声器由电信号转换为噪音输出。因此，当拔掉发电机的接插件时噪音消除、断开扬声器时噪音消除、或者断开DA 时噪音也会消除。



3.3.2 台架验证

1 ） 利用电磁兼容（ Electro MagneticCompatibility, 下文简称EMC）现有设备，搭建台上测试平台，如图7 所示，DA 主机通过单独的程控电源进行供电；

2）设置程控电源，输出14V（模拟发电机正常电压）至DA 主机，此时扬声器无噪音输出；

3）在14V 电源基础上，耦合叠加1KHz 干扰Surge(模拟发电机纹波），此时扬声器侧有噪音输出；

4）调节Surge 电压大小，200-300mV（PK）时可听到清晰噪声。



3.3.3 对策分析及验证

1）由于该车型DA 的信号处理器（DigitalSignal Processing, 下文简称DSP）和功放（PowerAmplifier, 下文简称AMP）不在同一块PCB（印刷电路板）上，且负载不同，导致DSP 和AMP的P-GND（电源地）之间存在落差，且很难用滤波的方法解决，克服这种地电位差噪声不利影响的有效办法是采用合适的接地技术或隔离技术[4]；

2）初始设计，DSP 和AMP 的S_GND（信号地）分别和各自的P_GND 相连，如图8 所示；由于P-GND 之间有落差，导致Audio 的S-GND有落差；

3）当实车电源电压有波动时，导致P-GND上有波动即S-GND 有波动，而S-GND 有落差，导致信号线进入AMP 时导入干扰噪音；

4）在AMP 侧断开P-GND 和S-GND 之间的连接，然后用跳线把AMP 的S-GND 连接到DSP 的S-GND；即DSP 和AMP 的S-GND 连接到同一根地线上，如图9 所示，可以消除Audio的S-GND 之间的落差，消除噪音。



5）台架验证和实车验证，对策效果OK。

4 总结

本文描述了汽车音响系统噪音干扰产生的几种常见类型，并以某车型为例，分析了高频电子异音的调查思路与对策方案，为音振性能开发在电子噪声方面提供一定的经验参考。面对日益繁复的汽车电子系统，我们会遇到越来越多的电磁与电子干扰噪声问题。传统音振课题的调查思路一定程度上局限了我们对问题现象本质把握的广度，涉及到电气相关部品需要我们同时具备电磁兼容、电磁干扰及高速电路等方面的知识，才能更加快速准确的把握根源解决问题。


作者：罗潇1，罗瀚1，罗云峰1
作者单位：东风日产乘用车公司
来源：2020 年第十七届汽车 NVH 控制技术国际研讨会论文集