- 汽車的電磁環(huán)境
- 汽車EMC性標準說明
- 汽車防止電磁干擾的方法
- 消除干擾源
- 防止干擾信號的串入
汽車電子產(chǎn)品正朝著日益增多的趨勢趨勢，電子技術在解決汽車的經(jīng)濟性、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)和應用，帶來了一個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。汽車電子電器設備所產(chǎn)生的電磁波將對周圍的環(huán)境帶來電磁污染，同時，外界的無線電干擾也會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用，怎么解決汽車電子設備的EMC技術，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備的正常工作，已成為一個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)品中有許多導線、線圈和帶有觸點的電器，都具有不同的電容和電感，而任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路。當電器設備工作產(chǎn)生火花時，就會產(chǎn)生高頻振蕩并以電磁波形式發(fā)射到空中，對汽車上及周圍數(shù)百米范圍內(nèi)的收音機、電視機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)生的干擾不但會干擾外界的電子電器設備的正常工作，而且會干擾自身電子電器設備的正常工作，因此，電子環(huán)境干擾會對電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的干擾，甚至會導致其功能喪失。
汽車的無線電干擾源主要是發(fā)動機的點火系統(tǒng)，其干擾波來自點火系統(tǒng)次級電壓的高頻振蕩。其次，在發(fā)電機負載電流突變和整流時也會產(chǎn)生電磁波。起動機、發(fā)電機、閃光器、觸點式電磁振動電喇叭、雨刮器、儀表系統(tǒng)等也都會產(chǎn)生較小的傳導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，分傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾電磁波，是通過汽車導線直接輸入無線電設備和電子設備內(nèi)部的，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線（如點火系高壓線就相當于天線）輸入無線電設備內(nèi)部。
1．2 外部環(huán)境對汽車的電磁干擾
由自然現(xiàn)象、社會環(huán)境等引起的外部電磁干擾對汽車電子系統(tǒng)的干擾也較為嚴重，外部電磁干擾是指人為的各種電器設備，如：高壓輸電線、電車軌道附近、廣播電視設備及無線電通訊設備等所輻射出來的對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和雷電可能會產(chǎn)生很大的瞬變電壓和場強，如圖1和圖2所示
有實驗表明：在500 kV輸電線下離地高2 i"13．的電磁干擾為60 Hz，至于在各種通訊設備附近的電磁干擾則更為突出，目前已引起有關方面的注意。 所有這些電磁干擾會通過線束、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性標準說明
汽車EMC性標準是汽車EMC設計、仿真和測量的基礎，它就整車和零部件的抗干擾水平、干擾限值、測量方法、測量環(huán)境等作了規(guī)定。汽車EMC標準分為國際標準、國家標準和企業(yè)標準。國外對汽車的EMC技術非常重視，很早就開始了EMC性標準的制訂工作，目前已經(jīng)形成了較為完善的汽車EMC性標準體系。國際上各大汽車公司都有自己的企業(yè)EMC標準，如美國福特公司、通用公司，德國大眾、寶馬、梅塞德斯一奔馳公司，法國的標致一雪鐵龍公司等，其企業(yè)標準比國際上通用的標準要嚴格很多。
我國吸收了發(fā)達工業(yè)國家的經(jīng)驗，也已經(jīng)制訂了汽車EMC性標準，明確規(guī)定了測量方法及最大干擾的允許值。但和發(fā)達國家相比，還有待進一步分析完善。國家標準GB18655—2002（在保護車載接收機的無線電騷擾特點的限值及測量方法》是汽車及其零部件的EMC性技術標準之一，該標準于2002年2月22 日批準發(fā)布，2003年3月1日開始實施，屬于國家強制性標準，主要在考察汽車及其零部件產(chǎn)生的各種電磁干擾對車內(nèi)無線電接收機的干擾程度，并以干擾限值形式加以限制。該標準規(guī)定了0．15～1 000 MHz頻率范圍的無線電干擾限值和測量方法，適在任何車輛和大型裝置及其電子或電器零部件，其限值在保護車載接收機免受同車內(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車用電子設備尤其是車用ECU（電控單元）干擾都很大，這些電磁干擾會嚴重干擾汽車電子設備的工作性能。眾所周知，半導體元件對脈動電壓非常敏感，當瞬變電壓值超過其電壓值時，半導體元件會被擊穿而損壞，而脈沖信號一旦被ECU（電控單元）誤認為輸入信號便會使電子設備做出錯誤的判斷，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，以保證車用電子設備的正常工作。
抗干擾的基本技術一是消除干擾源，二是防止干擾信號的串入。下面說明多種提高汽車電子設備抗干擾性能和抑制其產(chǎn)生電磁干擾的基本技術。
1）電路設計模塊化。在電路板設計中，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)控制電路分開設計，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，減少不應有的耦合，提高絕緣阻抗。為避免干擾，應先將電源（汽車在行駛過程中主要由發(fā)電機供電）傳輸?shù)礁鱾€模塊，而后分別進行整流、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連接。
2）阻尼電阻。在點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“電樞”接柱和“搭鐵”之間并聯(lián)0．2～0．8 的電容器；在水溫表和機油壓力表的傳感器觸點間并聯(lián)0．1～0．2 的電容器；在閃光繼電器和電喇叭的觸點處并聯(lián)0．5 F電容器等。
4）金屬屏蔽。發(fā)電機、起動機、火花塞等電器設備產(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。屏蔽電場或磁場時，可選用銅、鋁、鋼等導電率高的材料作屏蔽體。當屏蔽高頻磁場時應選購導電率高的鋼、鋁等材料；屏蔽低頻磁場時，選購導磁率高的磁鋼、鈹莫合金、鐵等材料。為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應注意屏蔽體的有效搭鐵。汽車電器中的導線也用密織的金屬網(wǎng)或金屬導管套起來，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，但裝置復雜，成本高，并且會增大高壓電路的分布電容，干擾點火性能。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，相當于電感、電容及電阻三者的復合體，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入的干擾，它是應用最普遍的抗干擾方法。根據(jù)信號和干擾信號之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號，提高信噪比。
7）采用平衡技術。平衡技術是說說消除串音干擾的有效方法。信號的往復兩條線的電性tt（包括阻抗，分布電容等）相等時叫平衡。在汽車電路中，檢測信號的輸入、控制信號的輸出，特別是在時序信號傳輸中，通常采用雙絞線作為平衡線，雙絞線的螺距要小，長度要盡量短。
8）提高信號幅值。即提高信噪比，是抗干擾的重要方法。對于微弱的傳感器信號（如溫度信號、光電信號等），采用放大電路增大幅值，減小干擾的干擾。同時，為避免提高幅值的信號成為干擾源，應采用平衡線傳輸。
本文圍繞著汽車電子設備的EMC技術，從車載干擾源和外部環(huán)境對汽車的電磁干擾兩個方面，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性標準，主要說明了電路設計模塊化、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、采用平衡技術和提高信號幅值等防止電磁干擾的方法。本文的分析，對進一步分析汽車電子設備的EMC技術有一定的參考價值，同時對今后進行汽車電子設備的電磁干擾檢測分析奠定了一定的基礎。
