李景伟 葛丽敏 曹勇勇 高利华
【摘 要】本文分析解决因开启雨刮等大功率用电器时，引起发动机转速传感器供电电压波动，导致转速传感器信号异常丢失，发动机存在工作异常。根据发动机运行原理进行排查分析，转速传感器作为转速控制闭环中的重要环节，其信号的可靠性、稳定性非常重要，其供电的稳定才能保证稳定工作，并对电子控制器件的搭铁点的周边环境一般要求进行规范布置。
【关键词】转速传感器;发动机抖动;线束布置
中图分类号：U463.62 文献标志码：A 文章编号：1003-8639（ 2023 ）05-0064-03
【Abstract】This paper analyzes and solves the problem that the power supply voltage of the engine speed sensor fluctuates when turning on the wiper and other high-power electrical appliances，which leads to the abnormal loss of the speed sensor signal and the abnormal operation of the engine. According to the engine operation principle，the investigation and analysis are carried out. As an important link in the speed control loop，the reliability and stability of the speed sensor signal are very important. Only the stability of its power supply can ensure the stable work.
【Key words】speed sensor;engine jitter;wiring harness arrangement
作者简介
李景伟，男，主要从事整车系统测试工作。
1 问题现象
车辆在怠速或行进过程中，仪表显示转速会下降100r/min左右，发动机有熄火迹象，但立刻又被拉起，车辆表现为顿挫感。经过多次路试，反复操作前照灯、雨刮、玻璃升降器、天窗、空调等大功率用电器件，发现在怠速时打开点动雨刮，当雨刮回落的时候，出现此问题的几率比较大。
2 故障数据采集
2.1 故障码读取
读取控制器内部故障码发现，多个控制器报发动机管理系统EMS信号无效，EMS报转速信号无效。
2.2 传感器信号采集
假设发动机转速传感器信号丢失，因为EMS控制器无法收到发动机真实的转速信号，判断发动机出现了严重故障，需要停止发动机，否则会出现严重的事故，因此停止点火喷油。出现车辆耸动的原因可能是发动机转速传感器信号异常中斷。用示波器对转速传感器输出信号采集正常工况和非正常工况的数据进行对比，如图1所示。
图1中黄色波形是EMS到转速传感器的5V电源线，绿色波形是转速传感器到EMS控制器的信号波形。黑色边框是正常工况下的5V电源和转速信号的波形，此时电压基本无较大波动，转速信号按照PWM波形有规律地输出。红色边框是有问题的波形，可以看出5V电源有一个较大的向下拉伸，最低电压2.8V，持续时间为28μs。从转速信号看，信号电压被干扰，导致PWM波的电压被拉高，图2为局部放大后。
3 异常信号原因分析
1）线束传导出现问题。首先排查线束，查看EMS到转速传感器的原理图以及线束图，发现EMS到转速传感器是导线直接连接，中间没有经过转接，如图3所示。从原理图来看应该用屏蔽线束，实际用的是双绞线，且双绞线已经经过大批量生产验证及市场验证均无问题，因此不是线束选型问题。
对双绞线的绞距、线径、端子镀层、与线束连接的压接、端子与护套配合松紧程度、是否退针等情况进行查看分析，结论为正常。
2）EMS控制器内部检测电路出现故障。对EMS控制器电路进行排查，EMS硬件采用平台化的硬件，只改动软件，从硬件电路来看不存在变更的可能性，因此判断EMS不会存在问题。
3）传感器问题。经排查发现，原使用的传感器为B公司的传感器，现车辆使用的传感器为A公司传感器。传感器存在不同供应商问题，下面对传感器进行测试分析。
3.1 传感器自身分析
先从理论上进行分析，据A公司反馈，当传感器的供电电压小于4V时，传感器的芯片就发生复位，相当于传感器重启，此时信号发送会出现异常。
从现象反复试验，在问题车中使用A公司传感器，经过多次测试，怠速开雨刮，大概运行20min有5～6次故障现象。更换多个A公司传感器，故障频度和现象基本一致。结合示波器采集到的数据来看，当故障时，测试传感器的电源电压，问题出现时，低于4V电压的时间约为18μs，30μs。A公司模拟此种电压波形（低于4V电压18μs），A公司20个传感器全部发生了重启。
使用同样的仿真电压波形验证B公司的传感器，2个出现了问题，然后在实车上更换B公司传感器反复测试，没有出现此故障现象。从抓取到的波形来看，低于4V的波形也有，但是问题没有出现，最大抓取过低于4V的电压26μs的电源波形也没有出现故障。
因此从传感器的鲁棒性上看出传感器的优劣，从设计上进行两款传感器的内部电路对比，发现存在如图4所示的差异，说明A公司传感器对电路中的电压稳定性稍差。
3.2 传感器供电电压异常原因分析
从理论上也能够解释为什么A公司传感器问题概率较大，而B公司传感器问题概率较小。同时又出现另外一个疑问，在此路线束中，电压波形为什么会变得如此大呢？另外，为什么开雨刮会加剧这个电压波形的变化呢？我们从电磁干扰以及线束布置的角度进行可能性分析。
3.2.1 线束布置
在整车布置上，雨刮的电源线、搭铁线等都在机舱线束上，发动机到转速传感器的3根连接线在发动机线束上，这两支線束并没有交集。从EMS的电源线、搭铁线以及雨刮电机的电源线和搭铁线来看并没有共用或者串联，但是在机舱线束的左前部分有包扎在一起。雨刮控制原理见图5，灯光控制原理见图6，线束走向布置见图7。
3.2.2 车辆验证
在实车进行验证之前，检查EMS的供电电源、搭铁线是否牢靠，检查雨刮的电源和搭铁线接触是否牢靠，以及线径是否一致。经排查，EMS的供电电源包括电池的接线柱，整个机舱电器盒及熔断丝继电器接线柱，驾驶室电器盒及熔断丝继电器、接线柱（包含雨刮的继电器和熔断丝），发电机的正极线接线柱都连接可靠、无松动。EMS的搭铁点、发动机壳体到车身壳体的两根搭铁线、雨刮电机的搭铁点都连接可靠，且搭铁螺栓为切削自攻螺栓。雨刮电机的电源线和搭铁线均为满足设计要求的线径材料。EMS的搭铁点和雨刮电机的搭铁点相距约20cm，一切正常。
制定以下4种方案，进行逐一验证。
1）原车线束，剥离出整车线束，发现问题频度减轻，但是问题还是存在。
2）独立线束，共同搭铁，问题可以解决，仍存在部分不规范波形。
3）剪短压接线束，问题也可以解决，但仍存在部分不规范波形。
4）整体搭铁线长减短至一定长度，再更改搭铁点位置，把雨刮搭铁点和EMS搭铁点距离增大，且把雨刮的搭铁点独立，问题解决，波形最好。
4 小结
在这个问题中，发动机转速信号对整车非常重要，在信号等级中属于等级较高的，因此要对重要信号保护，否则会引起较大的隐患。在整车布置设计、搭铁点分配，应充分考虑电磁干扰对重要信号的影响，同时在整车电磁兼容方面应重点关注大电流的感性负载器件的处理，降低干扰源的辐射强度，隔绝干扰路径，缩短距离等。
参考文献：
[1] ISO 11452-8-2015Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy Part 8：Immunity to magnetic fields[S].
[2] GB 8702—2014，电磁环境控制限值[S].
（编辑 杨 景）