重型汽車電磁兼容性問題分析

1.電磁兼容性的概念及意義

　　隨著重型汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)在現(xiàn)代重型汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，而這些新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)整個(gè)汽車電器系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，即各個(gè)電子裝置和電子控制系統(tǒng)必須相互適應(yīng)。這就要求我們必須重視汽車電器系統(tǒng)的電磁兼容性。

　　電磁兼容性（EMC）是指電器裝置或電氣系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾并工作在指定環(huán)境中的能力。汽車上的電子電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾也會(huì)給汽車本身裝備的電子控制系統(tǒng)及其它電子產(chǎn)品的正常工作帶來不利影響。因此，要保證諸如ABC、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電子控制等系統(tǒng)和其它電子設(shè)備的正?？煽抗ぷ?，就必須重視對(duì)電磁兼容性的研究和設(shè)計(jì)。

2.汽車電磁干擾產(chǎn)生的原因和危害

　　汽車電子設(shè)備和汽車電子產(chǎn)品中的許多到縣、線圈和帶熔點(diǎn)的電器具有不同的電容和電感，這些電容、電感構(gòu)成的閉合回路中會(huì)形成震蕩回路。在電路斷開和接通的瞬間，觸點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生火花或電弧。電火花和電弧本身就是一個(gè)發(fā)射高頻電磁的干擾源，其產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）會(huì)向四周的空間發(fā)射電磁波，影響其他通訊設(shè)備和電子設(shè)備的正常工作。因此，汽車行駛時(shí)這種干擾電磁波可能破壞大多數(shù)無線電設(shè)備的正常工作，還能擾亂軍用車輛上攜帶的導(dǎo)彈系統(tǒng)部分無線電、雷達(dá)和計(jì)算機(jī)電路控制系統(tǒng)的正常工作。此外，汽車產(chǎn)生的電磁干擾不但能影響外界的電子設(shè)備的正常的工作，而且也會(huì)影響汽車電器系統(tǒng)本身日益怎過的現(xiàn)代化汽車電子電器設(shè)備和汽車電子電器產(chǎn)品的正常工作，同時(shí)，外界的電磁干擾也會(huì)影響汽車上電子設(shè)備的正常工作。因此，為了防止電磁環(huán)境干擾對(duì)汽車電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響，避免汽車電子產(chǎn)品的性能，劣化或功能的喪失，保證大量汽車電子設(shè)備能在同一個(gè)電器系統(tǒng)中彼此互無影響并可靠工作，就必須確定一個(gè)合適的干擾極限，以保證電磁干擾(EMl)輻射和電磁靈敏度(EMS)極限之間存在足夠的安全容限。所以解。決汽車電器系統(tǒng)的電磁兼容性已成為一個(gè)重要課題。

3.國內(nèi)外電磁兼容性的研究概況

　　汽車技術(shù)比較先進(jìn)的國家都十分重視對(duì)汽車電磁兼容性的研究，紛紛制定了相應(yīng)法規(guī)；各大汽車生產(chǎn)商則投入資金建立相應(yīng)的汽車電磁兼容性研究中心，對(duì)其整車執(zhí)行測(cè)試認(rèn)可，對(duì)汽車電子產(chǎn)品零部件的批量生產(chǎn)進(jìn)行檢查，分析事故的賠償責(zé)任，對(duì)整車電磁環(huán)境的測(cè)試進(jìn)行分析和描述，從而提出整車電氣系統(tǒng)和汽車電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

　　目前，國內(nèi)相對(duì)實(shí)力較強(qiáng)的幾大汽車廠家亦認(rèn)識(shí)到電磁兼容性的重要性，并著手這方面的研究，但同先進(jìn)國家相比差距還是比較大的。

4.電磁兼容性設(shè)計(jì)的概念

　　隨著對(duì)汽車電磁兼容性研究和分析的深入，汽車電器系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)就成為一個(gè)重要的課題。電磁兼容性設(shè)計(jì)的概念是指在進(jìn)行汽車電氣線路整體設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)車輛具體的技術(shù)參數(shù)和車輛的實(shí)際適用環(huán)境，從分析各種干擾源的特性和技術(shù)參數(shù)人手，確定干擾的路徑和耦合方式，然后采取各種措施抑制干擾，消除干擾的耦合，增強(qiáng)被干擾對(duì)象的抗干擾能力，從而使汽車電子產(chǎn)品及設(shè)備正常工作。

5.電磁兼容性設(shè)計(jì)的內(nèi)容

　　電磁兼容性設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面，即切斷電磁輻射進(jìn)入電子產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生相互干擾的通路；提高對(duì)電磁效應(yīng)敏感器件的質(zhì)量；從汽車電器系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計(jì)方面采取措施對(duì)最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護(hù)。在此著重介紹汽車電器系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計(jì)。

　　5.1 電路設(shè)計(jì)

　　電路設(shè)計(jì)主要包括選擇電子元件和電路、識(shí)別臨界電路的步驟屏蔽、隔離臨界電路和采用抑制干擾技術(shù)的方案及確定連線和接地的原則等，重點(diǎn)在于了解采用元件的電磁敏感門限數(shù)據(jù)，制定出一個(gè)可行的整體電路設(shè)計(jì)方案。

　　5.2 布線和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　主要包括連線和接地的實(shí)施原則和元件、布線、不同電路的電磁屏蔽隔離，以及抗擾規(guī)劃、結(jié)構(gòu)類型、材料選用、材料接觸腐蝕、表面涂履等，重點(diǎn)是抓住屏蔽隔離的效能、對(duì)開口處的處理和結(jié)構(gòu)的綜合利用。

　　5.3 系統(tǒng)和總體設(shè)計(jì)

　　對(duì)系統(tǒng)所有的分系統(tǒng)、裝置、組件和元件應(yīng)規(guī)定各自的控制指標(biāo)及其間的協(xié)調(diào)，從總體的系統(tǒng)功能上制定出抗干擾的實(shí)施方案和采取的主要措施。

　　對(duì)上述的三個(gè)部分而言，電磁兼容性設(shè)計(jì)重點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)。但其中電子元器件的電磁敏感門限測(cè)試分析是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。

6 抑制干擾源的技術(shù)措施

　　一般來說電磁噪聲是難以消除的，但可采取各種措施，把電磁噪聲抑制到不致產(chǎn)生電磁干擾的程度。通常單用一種簡(jiǎn)單的辦法來解決電磁噪聲問題往往難以奏效，所以最好采用幾種不同的組合方法。

　　6.1 一般要求

　　汽車電磁噪聲的抑制，可以在接受器方面進(jìn)行，但由于接受頻率、干擾電波的傳播方式及其它種種實(shí)際情況，在接受器端采取措施是較為困難的。由于汽車電器設(shè)備的電磁噪聲能干擾其他通訊設(shè)備和各種電子設(shè)備，所以應(yīng)考慮抑制汽車電器設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁噪聲。汽車上各種電器產(chǎn)生的電磁干擾電波特性與電平是各不相同的，所以干擾的抑制辦法也應(yīng)符合其特性和電平。抑制干擾電波設(shè)計(jì)可采用阻尼、屏蔽、濾波和連接等基本措施，且必須滿足4個(gè)條件：①有良好的抑制效果。②不妨礙汽車電器設(shè)備本身的性能。③可靠性高，使用方便。④價(jià)格合理。

　　6.2 電磁噪聲抑制器

　　目前國內(nèi)外汽車使用的抑制器基本是由電阻體、電感、電容即所謂R、I、C單個(gè)或組裝而成，例如電阻體、屏蔽導(dǎo)線、電容器、抑制干擾電感線圈及抑制干擾濾波器等。

　　6.3 方法

　　6.3.1 屏蔽

　　屏蔽是在兩個(gè)區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法。

　　屏蔽的形式多種多樣，可以是隔板、盒式封閉體，也可以是電纜或連接器式的屏蔽。屏蔽的效能用屏蔽有效度表示，它不僅與屏蔽材料有關(guān)，而且與材料的厚度、應(yīng)用頻率、輻射源到屏蔽層的距離以及屏蔽層不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。

　　屏蔽有兩個(gè)主要目的：一是使輻射電磁能限制在特定區(qū)域之內(nèi)(稱主動(dòng)屏蔽)。主動(dòng)屏蔽是指干擾源處于內(nèi)部，并防止干擾波泄漏到外部空間的結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行接地，且接地電阻越小越好。二是防止輻射電磁能進(jìn)入特定區(qū)域(稱被動(dòng)屏蔽)。被動(dòng)屏蔽是指干擾源處于外部，并防止干擾波進(jìn)入屏蔽空間的結(jié)構(gòu)。

　　屏蔽設(shè)計(jì)的步驟是：①確定待屏蔽的干擾電平和能量密度；②估算屏蔽層另一側(cè)的允許信號(hào)電平；③結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外殼設(shè)計(jì)，選擇詳細(xì)的屏蔽設(shè)計(jì)方案。屏蔽的設(shè)計(jì)原則是：①高頻電場(chǎng)屏蔽應(yīng)用銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料，以得到最大的反射效率。②低頻磁場(chǎng)屏蔽應(yīng)用磁性材料，如鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金，以得到最大的吸收效率。③足夠厚度的屏蔽層可屏蔽任何頻率的電場(chǎng)，且有很高的屏蔽效能。④多層屏蔽(包括機(jī)殼與電纜)能在寬頻帶上提供高屏蔽有效度，但需考慮成本和其他性能要求(如電纜可撓度)。⑤用來密封縫隙的各種結(jié)合面必須清潔，不能有不導(dǎo)電的涂層。⑥為了保持外殼的屏蔽效能，對(duì)必不可少的穿線孔應(yīng)加導(dǎo)電襯層、彈簧墊圈、波導(dǎo)衰減器和柵網(wǎng)等。

　　6.3.2 連接

　　連接是在兩個(gè)金屬面之間建立低阻抗通路。這個(gè)通路可在接地基準(zhǔn)與元件、電路、屏蔽物和結(jié)構(gòu)件之間建立。連接的目的在于建立均勻的電氣結(jié)構(gòu)，即在結(jié)構(gòu)上設(shè)法使射頻電流的通路均勻，避免在金屬件間產(chǎn)生電位，從而造成干擾。

　　6.3.3 接地

　　接地就是在兩點(diǎn)之間建立導(dǎo)電通路，其中的一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的電氣元件，而另一點(diǎn)則是參考點(diǎn)。

　　一個(gè)接地系統(tǒng)的有效性取決于在多大程度上減小接地系統(tǒng)的電位差和減小地電流。

　　6.3.4 濾波

　　屏蔽主要是為了解決輻射干擾，而濾波則主要是解決通過傳導(dǎo)途徑造成的干擾。兩者均涉及連接和接地技術(shù)、電磁干擾濾波器的有效性在很大程度上受源阻抗和負(fù)載阻抗的影響。

　　6.4 抗電磁干擾設(shè)計(jì)的技術(shù)措施

　　有許多技術(shù)措施可以用來減小電子系統(tǒng)對(duì)電磁干擾的敏感性，如屏蔽、連接、濾波、接地、線路設(shè)計(jì)和元器件選擇等。屏蔽、連接、濾波、接地在前面已敘述，下面重點(diǎn)論述元器件選擇和電路設(shè)計(jì)。

　　元器件選擇和電路設(shè)計(jì)是抗電磁干擾和電磁兼容性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，通過選擇元件及抗擾篩選，以得到高抗干擾門限值的元件。這項(xiàng)措施可使系統(tǒng)的抗干擾性增加10-3dB。

　　使設(shè)計(jì)的電路具有高信號(hào)電平和低阻抗特性，可大大降低對(duì)干擾的靈敏度。一般采取的辦法是縮短元件和電路的連線，采用屏蔽的雙絞線作連線。

　　對(duì)電路來說，數(shù)字電路比線性、模擬電路抗擾性強(qiáng)，低速數(shù)字電路比高速數(shù)字電路有更低的電磁靈敏度。

　　在確定元件和電路時(shí)，除要注意其電磁干擾靈敏度之外，還應(yīng)注意一些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的元件和電路。它們也匯兌系統(tǒng)早晨股應(yīng)有的影響，或使信號(hào)發(fā)生畸變，或產(chǎn)生干擾電壓、干擾電流，或使系統(tǒng)造成工作失誤。在設(shè)計(jì)與測(cè)試時(shí)都應(yīng)給予注意。

　　6.5 電路布局原則

　　1. 正確布置元件的位置和方向。最敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離于擾源。

　　2. 布線要合理。不同用途不同電平的導(dǎo)線如輸入與輸出線、弱電與強(qiáng)電要遠(yuǎn)離，且不能平行；接地線長(zhǎng)度要盡量短，截面要盡量大。

　　3. 關(guān)鍵元件、電路和走線都要加屏蔽，屏蔽要合理接地。

7.結(jié)語

　　總之，汽車產(chǎn)生的電磁干擾不僅能影響外界電子電器設(shè)備的正常工作，而且也會(huì)影響汽車本身裝配的電子電器設(shè)備的工作。我們國家汽車電子產(chǎn)品在載貨汽車上的應(yīng)用程度同汽車技術(shù)發(fā)達(dá)國家載貨汽車存在較大的差距。例如，國外的載貨汽車一般攜帶著各種先進(jìn)的電子通訊裝置，為保證它們的正常工作，這些國家對(duì)載貨汽車的電磁兼容性要求也比較高；而我國一般載貨汽車對(duì)這方面的要求則相對(duì)較低，但隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，這些先進(jìn)的電子通訊設(shè)備也被逐漸應(yīng)用到載貨汽車上。因此，我們必須對(duì)汽車電磁兼容性的問題給予足夠的重視。

　　再次特別指出的事，我國的軍用越野汽車生產(chǎn)廠家應(yīng)該充分考慮軍用越野汽車的各種用途，特別是針對(duì)一些對(duì)電磁干擾要求比較高的軍用車輛或軍車底盤如裝載導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)或無線電雷達(dá)系統(tǒng)的特種用途的軍用車輛，在進(jìn)行電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮電磁干擾方面的特殊要求，盡量采取電磁兼容性設(shè)計(jì)的各種方法和原則，減少電磁干擾的產(chǎn)生和對(duì)車輛裝置或攜帶的無線電裝置的影響；而且，隨著部隊(duì)各種武器裝備的不斷發(fā)展，部隊(duì)對(duì)這方面的要求也在不斷地提高。因此，我們應(yīng)該分了解、重視并掌握電磁兼容性的設(shè)計(jì)方法，以滿足現(xiàn)在及將來汽車特別是軍用越野汽車對(duì)電磁干擾的各種要求，提高產(chǎn)品的可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力。