- 汽車的電磁環(huán)境
- 汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)說明
- 汽車防止電磁干擾的方法
- 消除干擾源
- 防止干擾信號(hào)的串入
汽車電子產(chǎn)品正朝著日益增多的趨勢(shì)趨勢(shì)，電子技術(shù)在解決汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性等方面起著非常重要的作用。越來越多的高科技汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，帶來了一個(gè)不容忽視的重要課題—— EMC性的分析。EMC性是指電氣裝置或電氣系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾，工作在指定環(huán)境中的能力。汽車電子電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁波將對(duì)周圍的環(huán)境帶來電磁污染，同時(shí)，外界的無線電干擾也會(huì)給汽車上的高科技電子產(chǎn)品的正常工作帶來不利干擾。因此，伴隨電子產(chǎn)品在汽車上的廣泛應(yīng)用，怎么解決汽車電子設(shè)備的EMC技術(shù)，提高汽車的可靠性和安全性，保證行駛的汽車不干擾周圍設(shè)備的正常工作，已成為一個(gè)非常重要和迫切的分析課題。
1 汽車的電磁環(huán)境
汽車的電磁環(huán)境是指汽車在行駛過程中，車上電子電氣設(shè)備承受來自車內(nèi)、車外各種各樣的電磁干擾，以及汽車電子設(shè)備向外界輻射的電磁干擾。
1．1 車載干擾源
車載干擾源是指車上各種電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。幾年中的電子電器設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾是由于汽車上使用的電子產(chǎn)品中有許多導(dǎo)線、線圈和帶有觸點(diǎn)的電器，都具有不同的電容和電感，而任何一個(gè)具有電感和電容的閉合回路都會(huì)形成振蕩回路。當(dāng)電器設(shè)備工作產(chǎn)生火花時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩并以電磁波形式發(fā)射到空中，對(duì)汽車上及周圍數(shù)百米范圍內(nèi)的收音機(jī)、電視機(jī)和其它無線電裝置的正常工作，產(chǎn)生不同程度的干擾。汽車產(chǎn)生的干擾不但會(huì)干擾外界的電子電器設(shè)備的正常工作，而且會(huì)干擾自身電子電器設(shè)備的正常工作，因此，電子環(huán)境干擾會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的干擾，甚至?xí)?dǎo)致其功能喪失。
汽車的無線電干擾源主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，其干擾波來自點(diǎn)火系統(tǒng)次級(jí)電壓的高頻振蕩。其次，在發(fā)電機(jī)負(fù)載電流突變和整流時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電磁波。起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、閃光器、觸點(diǎn)式電磁振動(dòng)電喇叭、雨刮器、儀表系統(tǒng)等也都會(huì)產(chǎn)生較小的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的電磁波。
汽車電器產(chǎn)生的干擾電磁波具有脈沖特點(diǎn)且頻帶較寬，其頻率一般在0．15～1 000 MHz之間。汽車電器產(chǎn)生的干擾電磁波，分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾電磁波，是通過汽車導(dǎo)線直接輸入無線電設(shè)備和電子設(shè)備內(nèi)部的，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線（如點(diǎn)火系高壓線就相當(dāng)于天線）輸入無線電設(shè)備內(nèi)部。
1．2 外部環(huán)境對(duì)汽車的電磁干擾
由自然現(xiàn)象、社會(huì)環(huán)境等引起的外部電磁干擾對(duì)汽車電子系統(tǒng)的干擾也較為嚴(yán)重，外部電磁干擾是指人為的各種電器設(shè)備，如：高壓輸電線、電車軌道附近、廣播電視設(shè)備及無線電通訊設(shè)備等所輻射出來的對(duì)汽車起干擾的電磁輻射及由雷電等自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。分析表明，ESD和雷電可能會(huì)產(chǎn)生很大的瞬變電壓和場(chǎng)強(qiáng)，如圖1和圖2所示
有實(shí)驗(yàn)表明：在500 kV輸電線下離地高2 i"13．的電磁干擾為60 Hz，至于在各種通訊設(shè)備附近的電磁干擾則更為突出，目前已引起有關(guān)方面的注意。 所有這些電磁干擾會(huì)通過線束、車身或由空中傳遞過來，干擾汽車的傳感器、ECU（電控單元）、執(zhí)行器等電子器件，從而使它們的工作性能難以發(fā)揮，由此干擾汽車行駛的安全性、可靠性及穩(wěn)定性等等。
2 汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)說明
汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)是汽車EMC設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)量的基礎(chǔ)，它就整車和零部件的抗干擾水平、干擾限值、測(cè)量方法、測(cè)量環(huán)境等作了規(guī)定。汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外對(duì)汽車的EMC技術(shù)非常重視，很早就開始了EMC性標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作，目前已經(jīng)形成了較為完善的汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)體系。國(guó)際上各大汽車公司都有自己的企業(yè)EMC標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)福特公司、通用公司，德國(guó)大眾、寶馬、梅塞德斯一奔馳公司，法國(guó)的標(biāo)致一雪鐵龍公司等，其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格很多。
我國(guó)吸收了發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，也已經(jīng)制訂了汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了測(cè)量方法及最大干擾的允許值。但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有待進(jìn)一步分析完善。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18655—2002（在保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特點(diǎn)的限值及測(cè)量方法》是汽車及其零部件的EMC性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，該標(biāo)準(zhǔn)于2002年2月22 日批準(zhǔn)發(fā)布，2003年3月1日開始實(shí)施，屬于國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，主要在考察汽車及其零部件產(chǎn)生的各種電磁干擾對(duì)車內(nèi)無線電接收機(jī)的干擾程度，并以干擾限值形式加以限制。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了0．15～1 000 MHz頻率范圍的無線電干擾限值和測(cè)量方法，適在任何車輛和大型裝置及其電子或電器零部件，其限值在保護(hù)車載接收機(jī)免受同車內(nèi)的零部件或電子模塊產(chǎn)生的電磁干擾。
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3 汽車防止電磁干擾的方法
無論是汽車內(nèi)部還是外部的電磁干擾對(duì)車用電子設(shè)備尤其是車用ECU（電控單元）干擾都很大，這些電磁干擾會(huì)嚴(yán)重干擾汽車電子設(shè)備的工作性能。眾所周知，半導(dǎo)體元件對(duì)脈動(dòng)電壓非常敏感，當(dāng)瞬變電壓值超過其電壓值時(shí)，半導(dǎo)體元件會(huì)被擊穿而損壞，而脈沖信號(hào)一旦被ECU（電控單元）誤認(rèn)為輸入信號(hào)便會(huì)使電子設(shè)備做出錯(cuò)誤的判斷，以至產(chǎn)生故障。因此，為了防止異?，F(xiàn)象發(fā)生且允許汽車電子設(shè)備在這種環(huán)境下正常工作，規(guī)則在現(xiàn)代汽車上采用一些防干擾方法，以保證車用電子設(shè)備的正常工作。
抗干擾的基本技術(shù)一是消除干擾源，二是防止干擾信號(hào)的串入。下面說明多種提高汽車電子設(shè)備抗干擾性能和抑制其產(chǎn)生電磁干擾的基本技術(shù)。
1）電路設(shè)計(jì)模塊化。在電路板設(shè)計(jì)中，根據(jù)電路在汽車上發(fā)揮的功能及位置的不同，將執(zhí)行器電路、傳感器電路、系統(tǒng)控制電路分開設(shè)計(jì)，形成不同的電路模塊，使不同模塊的電源、搭鐵（金屬車體）線分開，減少不應(yīng)有的耦合，提高絕緣阻抗。為避免干擾，應(yīng)先將電源（汽車在行駛過程中主要由發(fā)電機(jī)供電）傳輸?shù)礁鱾€(gè)模塊，而后分別進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓、供電。模塊中的數(shù)字搭鐵和模擬搭鐵分開，工作搭鐵和安全搭鐵一點(diǎn)連接。
2）阻尼電阻。在點(diǎn)火裝置的高壓電路中，串入阻尼電阻，削弱火花產(chǎn)生的干擾電磁波。阻尼電阻值越大，抑制效果越好。但阻尼電阻太大，又會(huì)減少火花塞電極間的火花能量。阻尼電阻一般用碳質(zhì)材料制成，電阻值約10-20 kll。阻尼電阻加在點(diǎn)火線圈端和火花塞接頭端。
3）{1并聯(lián)電容器。在可能產(chǎn)生火花處并聯(lián)電容器，如在調(diào)節(jié)器的“電池”接柱和“搭鐵”之間和發(fā)電機(jī)“電樞”接柱和“搭鐵”之間并聯(lián)0．2～0．8 的電容器；在水溫表和機(jī)油壓力表的傳感器觸點(diǎn)間并聯(lián)0．1～0．2 的電容器；在閃光繼電器和電喇叭的觸點(diǎn)處并聯(lián)0．5 F電容器等。
4）金屬屏蔽。發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、火花塞等電器設(shè)備產(chǎn)生的火花，都能產(chǎn)生電磁波。屏蔽是抑制電磁波干擾的有效方法。屏蔽電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，可選用銅、鋁、鋼等導(dǎo)電率高的材料作屏蔽體。當(dāng)屏蔽高頻磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)選購導(dǎo)電率高的鋼、鋁等材料；屏蔽低頻磁場(chǎng)時(shí)，選購導(dǎo)磁率高的磁鋼、鈹莫合金、鐵等材料。為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意屏蔽體的有效搭鐵。汽車電器中的導(dǎo)線也用密織的金屬網(wǎng)或金屬導(dǎo)管套起來，并將其搭鐵。這樣就使這些電器因工作火花而發(fā)射的電磁波，在金屬屏蔽內(nèi)感應(yīng)寄生電流，產(chǎn)生焦耳熱而耗散，從而起到防干擾的作用。這種方法有較好的防干擾效果，但裝置復(fù)雜，成本高，并且會(huì)增大高壓電路的分布電容，干擾點(diǎn)火性能。因此，一般只用在特殊需要的汽車上。
5）感抗型高壓阻尼線。目前國(guó)內(nèi)外多采用高壓阻尼線，其線心是用牽0．1 rnlTl的鎳鉻鉬絲繞成，相當(dāng)于電感、電容及電阻三者的復(fù)合體，抑制效果比集中電阻的效果更好。
6）采用濾波器。濾波器主要抑制通過電路通路直接進(jìn)入的干擾，它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法。根據(jù)信號(hào)和干擾信號(hào)之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號(hào)，提高信噪比。
7）采用平衡技術(shù)。平衡技術(shù)是說說消除串音干擾的有效方法。信號(hào)的往復(fù)兩條線的電性tt（包括阻抗，分布電容等）相等時(shí)叫平衡。在汽車電路中，檢測(cè)信號(hào)的輸入、控制信號(hào)的輸出，特別是在時(shí)序信號(hào)傳輸中，通常采用雙絞線作為平衡線，雙絞線的螺距要小，長(zhǎng)度要盡量短。
8）提高信號(hào)幅值。即提高信噪比，是抗干擾的重要方法。對(duì)于微弱的傳感器信號(hào)（如溫度信號(hào)、光電信號(hào)等），采用放大電路增大幅值，減小干擾的干擾。同時(shí)，為避免提高幅值的信號(hào)成為干擾源，應(yīng)采用平衡線傳輸。
本文圍繞著汽車電子設(shè)備的EMC技術(shù)，從車載干擾源和外部環(huán)境對(duì)汽車的電磁干擾兩個(gè)方面，分析了汽車的電磁環(huán)境和電磁干擾的危害，說明了汽車EMC性標(biāo)準(zhǔn)，主要說明了電路設(shè)計(jì)模塊化、加阻尼電阻、加并聯(lián)電容器、金屬屏蔽、感抗型高壓阻尼線、采用濾波器、采用平衡技術(shù)和提高信號(hào)幅值等防止電磁干擾的方法。本文的分析，對(duì)進(jìn)一步分析汽車電子設(shè)備的EMC技術(shù)有一定的參考價(jià)值，同時(shí)對(duì)今后進(jìn)行汽車電子設(shè)備的電磁干擾檢測(cè)分析奠定了一定的基礎(chǔ)。
