車載零部件與整車輻射發(fā)射的電磁兼容性分析

摘要：伴隨越來越多的高科技汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，汽車電子設(shè)備的電磁兼容問題受到了廣泛的關(guān)注。加上近幾年電磁兼容要求法規(guī)化、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化，使得作為檢驗(yàn)設(shè)備電磁兼容性最重要的手段－檢測(cè)工作“熱”了起來。本文根據(jù)檢測(cè)工作積累的經(jīng)驗(yàn)，分析了汽車零部件與整車輻射發(fā)射測(cè)試的關(guān)系，討論了車載電子系統(tǒng)主要干擾源對(duì)汽車整車電磁兼容測(cè)試結(jié)果的影響，論述了通過控制零部件輻射發(fā)射來控制整車輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果的方法，并提出控制輻射發(fā)射的措施。

前言

隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，國(guó)內(nèi)許多汽車廠商開拓國(guó)外市場(chǎng)。伴隨著大量整車的出口，同時(shí)面臨通過電磁兼容性產(chǎn)品強(qiáng)制認(rèn)證的問題。國(guó)內(nèi)廠商往往不重視電磁兼容問題，隨便拿一輛整車就來測(cè)試，結(jié)果整車測(cè)試不滿足要求。導(dǎo)致回去整改的結(jié)果，即花費(fèi)了資金又耽誤了寶貴的時(shí)間。汽車零部件測(cè)試與整車測(cè)試有著緊密的關(guān)系，如果能正確認(rèn)識(shí)它們之間的關(guān)系并采取一定的技巧及措施，順利通過認(rèn)證并非難事。

1 零部件輻射發(fā)射測(cè)試對(duì)整車輻射發(fā)射測(cè)試產(chǎn)生的影響

1.1 汽車的零部件測(cè)試與整車測(cè)試的關(guān)系

大部分車輛出口都是以整車出口的行形式，電磁兼容性目擊認(rèn)證主要是考察整車電磁兼容測(cè)試結(jié)果。整車測(cè)試主要包括兩方面內(nèi)容，即輻射發(fā)射和輻射抗擾度。零部件測(cè)試位置及狀態(tài)的要求在這兩方面上與整車測(cè)試的要求略有不同?？紤]到整車測(cè)試時(shí)，車體表面距離天線10米距離，安裝在車中的零部件距離天線超過10米，并且還有車體屏蔽的影響?？梢哉f整車要求較零部件輻射發(fā)射限值要求略松；輻射抗擾度方面零部件要求嚴(yán)格于整車要求，同樣為30伏米場(chǎng)強(qiáng)，但整車測(cè)試距離更遠(yuǎn)。零部件測(cè)試內(nèi)容往往比整車測(cè)試項(xiàng)目豐富的多，包括瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度、靜電放電、輻射抗擾度、傳導(dǎo)抗擾度、輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射以及特殊波形的干擾等。一些項(xiàng)目試驗(yàn)多是模擬車上在特定狀態(tài)下容易出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象。例如：電源與感性負(fù)載斷開連接時(shí)所產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象、電流突然中斷引起的瞬態(tài)現(xiàn)象、直流電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)，點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)的瞬態(tài)現(xiàn)象等。而整車測(cè)試只重點(diǎn)考察輻射發(fā)射和輻射抗擾度，并且整車測(cè)試時(shí)的車輛狀態(tài)較穩(wěn)定，一般不會(huì)出現(xiàn)上述特定的情況。所以從測(cè)試角度來說，零部件只要控制好輻射發(fā)射、做好輻射抗繞度的抑制就可以通過整車測(cè)試。

1.2 零部件測(cè)試狀態(tài)的選擇對(duì)整車測(cè)試產(chǎn)生的影響

在零部件電磁兼容性測(cè)試時(shí)，特別要注意要盡量模擬實(shí)車使用的測(cè)試狀態(tài)。如果測(cè)試時(shí)的狀態(tài)完全不同于實(shí)車測(cè)試狀態(tài)，那么測(cè)得的數(shù)據(jù)是沒有說服力的。例如：在一次整車測(cè)試中出現(xiàn)窄帶測(cè)試結(jié)果超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)查證發(fā)現(xiàn)是車載收放機(jī)超標(biāo)。由于收放機(jī)FM調(diào)頻振蕩器能量較大，混頻后形成干擾通過空間、線纜耦合的方式進(jìn)入車載天線饋線，從天線端口輻射發(fā)射出來。解決辦法非常簡(jiǎn)單，只需將振蕩器的輸出信號(hào)線屏蔽并接地就可以濾除干擾。在進(jìn)行收放機(jī)零部件試驗(yàn)時(shí)，通常通過同軸電纜連接至天線端口輸入音頻信號(hào)。同軸電纜屏蔽效果遠(yuǎn)好于普通車載天線。所以振蕩器輻射的能量被屏蔽未被測(cè)到。試想如果在零部件試驗(yàn)時(shí)，加做一個(gè)連接實(shí)車天線的測(cè)試狀態(tài)就會(huì)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題。經(jīng)過整改后，整車試驗(yàn)就可以順利通過。

1.3 零部件測(cè)試的模擬負(fù)載對(duì)整車測(cè)試的影響

車上所有零部件電磁兼容測(cè)試都通過，進(jìn)行整車試驗(yàn)仍出現(xiàn)輻射超標(biāo)現(xiàn)象。經(jīng)查證發(fā)現(xiàn)是一些負(fù)載造成的，負(fù)載工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定波形的信號(hào)，在傳輸線纜較長(zhǎng)的情況下，就會(huì)造成輻射發(fā)射。在進(jìn)行零部件電磁兼容測(cè)試時(shí)，需要使用實(shí)車線纜和傳感器，保證產(chǎn)生的信號(hào)與車上實(shí)際的狀態(tài)一致，否則不能真正反映出問題。例如：組合儀表測(cè)試中需要傳感器提供方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)儀表工作。如果通過信號(hào)源提供的方波信號(hào)上升沿太陡就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射干擾。在進(jìn)行組合儀表的測(cè)試中，往往通過連接阻性負(fù)載來模擬信號(hào)，測(cè)試結(jié)果滿足要求。顯然試驗(yàn)中負(fù)載模擬的信號(hào)與實(shí)車信號(hào)不符。在實(shí)車狀態(tài)下，傳感器提供的方波信號(hào)有可能導(dǎo)致整車輻射發(fā)射測(cè)試超標(biāo)。如果在部件試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)此類問題，對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行處理，就會(huì)避免整車超標(biāo)的發(fā)生。

2 影響整車測(cè)試結(jié)果的干擾源

汽車中的電器設(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。它們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)輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。

測(cè)試分為寬、窄帶測(cè)試狀態(tài)。在窄帶測(cè)試中的干擾源主要是車載ECU、總線控制器、排放控制器等電控系統(tǒng)中微處理器的主頻及其高次諧波帶來的窄帶輻射干擾（圖1）。在寬帶測(cè)試中干擾源主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，其干擾來自點(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。傳統(tǒng)電器起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向閃光器、雨刮器電機(jī)、儀表系統(tǒng)、風(fēng)扇中的直流有刷電機(jī)、繼電器也都會(huì)產(chǎn)生寬帶輻射干擾

這些干擾電磁波具有脈沖特性且頻帶較寬，其頻率一般在0.15～1000MHz之間。汽車電器產(chǎn)生的干擾電磁波會(huì)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，或者通過天線（如點(diǎn)火系高壓線、設(shè)備中較長(zhǎng)的線纜、芯片管腳）輸入無線電設(shè)備內(nèi)部。同時(shí)，這些干擾會(huì)耦合在天線芯線上，從天線（如接收廣播的天線）輻射出去，造成輻射干擾。

3、控制整車輻射發(fā)射的基本措施

減小整車輻射發(fā)射最好的方法是消除干擾源，還可以采取措施將干擾信號(hào)屏蔽、濾波，堵住干擾傳播途徑。下面介紹幾種抑制電磁干擾的基本技術(shù)。

3.1、并聯(lián)電容

在可能產(chǎn)生火花的開關(guān)或觸點(diǎn)處并聯(lián)電容，如在水溫表和機(jī)油壓力表的傳感器觸點(diǎn)間并聯(lián)0.2μF的電容；在閃光繼電器的觸點(diǎn)處并聯(lián)0.5μF電容等。

3.2、 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。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。汽車電器中的有較大輻射的導(dǎo)線可以用密織的金屬網(wǎng)或金屬導(dǎo)管套起來，并將其搭鐵。

3.3、 濾波器

濾波器主要抑制通過電路通路直接進(jìn)出的干擾，提高信噪比。它是應(yīng)用最普遍的抑制輻射發(fā)射方法。

3.4、 在不影響數(shù)據(jù)正確性的基礎(chǔ)上減小信號(hào)幅值

即降低信噪比，對(duì)于過強(qiáng)的傳感器信號(hào)（如溫度信號(hào)、通訊信號(hào)等），采用調(diào)節(jié)衰減，減小信號(hào)幅度的方式減小輻射的干擾。

3.5、 盡量采用雙絞線

信號(hào)的往復(fù)兩條線的電性能（包括阻抗，分布電容等）相等時(shí)建議將兩條線雙絞。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，采用雙絞線有利于減小輻射發(fā)射。

4、結(jié)束語

本文圍繞著汽車電子設(shè)備輻射發(fā)射的電磁兼容性問題，從零部件和整車測(cè)試兩個(gè)方面，分析了零部件與整車之間的關(guān)系以及零部件測(cè)試中影響整車測(cè)試結(jié)果的因素。闡述了整車中主要影響輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果的干擾源，并提出了一些控制輻射發(fā)射的措施。本文的分析，對(duì)試驗(yàn)委托方正確認(rèn)識(shí)整車試驗(yàn)有一定的參考價(jià)值。能幫助測(cè)試人員提高對(duì)輻射發(fā)射試驗(yàn)的理解。