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)用對整個汽車電器系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，即各個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)動機燃油電子控制等系統(tǒng)和其它電子設(shè)備的正?？煽抗ぷ?，就必須重視對電磁兼容性的研究和設(shè)計。

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)成的閉合回路中會形成震蕩回路。在電路斷開和接通的瞬間，觸點間會產(chǎn)生火花或電弧。電火花和電弧本身就是一個發(fā)射高頻電磁的干擾源，其產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）會向四周的空間發(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、雷達和計算機電路控制系統(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，外界的電磁干擾也會影響汽車上電子設(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)備能在同一個電器系統(tǒng)中彼此互無影響并可靠工作，就必須確定一個合適的干擾極限，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)比較先進的國家都十分重視對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，對其整車執(zhí)行測試認可，對汽車電子產(chǎn)品零部件的批量生產(chǎn)進行檢查，分析事故的賠償責(zé)任，對整車電磁環(huán)境的測試進行分析和描述，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)計的技術(shù)要求。

　　目前，國內(nèi)相對實力較強的幾大汽車廠家亦認識到電磁兼容性的重要性，并著手這方面的研究，但同先進國家相比差距還是比較大的。

4.電磁兼容性設(shè)計的概念

　　隨著對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)計就成為一個重要的課題。電磁兼容性設(shè)計的概念是指在進行汽車電氣線路整體設(shè)計時根據(jù)車輛具體的技術(shù)參數(shù)和車輛的實際適用環(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，增強被干擾對象的抗干擾能力，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)計的內(nèi)容

　　電磁兼容性設(shè)計內(nèi)容主要包括三個方面，即切斷電磁輻射進入電子產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生相互干擾的通路；提高對電磁效應(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)計方面采取措施對最敏感的器件和部位進行屏蔽保護。在此著重介紹汽車電器系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計。

　　5.1 電路設(shè)計

　　電路設(shè)計主要包括選擇電子元件和電路、識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，重點在于了解采用元件的電磁敏感門限數(shù)據(jù)，制定出一個可行的整體電路設(shè)計方案。

　　5.2 布線和結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　主要包括連線和接地的實施原則和元件、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，重點是抓住屏蔽隔離的效能、對開口處的處理和結(jié)構(gòu)的綜合利用。

　　5.3 系統(tǒng)和總體設(shè)計

　　對系統(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施方案和采取的主要措施。

　　對上述的三個部分而言，電磁兼容性設(shè)計重點是系統(tǒng)設(shè)計和電路設(shè)計。但其中電子元器件的電磁敏感門限測試分析是設(shè)計工作的基礎(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行，但由于接受頻率、干擾電波的傳播方式及其它種種實際情況，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)計可采用阻尼、屏蔽、濾波和連接等基本措施，且必須滿足4個條件：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

　　屏蔽是在兩個區(qū)域之間建立電磁屏障保護系統(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)(稱主動屏蔽)。主動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)，必須進行接地，且接地電阻越小越好。二是防止輻射電磁能進入特定區(qū)域(稱被動屏蔽)。被動屏蔽是指干擾源處于外部，并防止干擾波進入屏蔽空間的結(jié)構(gòu)。

　　屏蔽設(shè)計的步驟是：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)的允許信號電平；③結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外殼設(shè)計，選擇詳細的屏蔽設(shè)計方案。屏蔽的設(shè)計原則是：①高頻電場屏蔽應(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，且有很高的屏蔽效能。④多層屏蔽(包括機殼與電纜)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

　　連接是在兩個金屬面之間建立低阻抗通路。這個通路可在接地基準與元件、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

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

　　一個接地系統(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載阻抗的影響。

　　6.4 抗電磁干擾設(shè)計的技術(shù)措施

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

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

　　使設(shè)計的電路具有高信號電平和低阻抗特性，可大大降低對干擾的靈敏度。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。

　　對電路來說，數(shù)字電路比線性、模擬電路抗擾性強，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，除要注意其電磁干擾靈敏度之外，還應(yīng)注意一些會產(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)計與測試時都應(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、弱電與強電要遠離，且不能平行；接地線長度要盡量短，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的電子通訊裝置，為保證它們的正常工作，這些國家對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這方面的要求則相對較低，但隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這些先進的電子通訊設(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，特別是針對一些對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)或無線電雷達系統(tǒng)的特種用途的軍用車輛，在進行電器系統(tǒng)設(shè)計時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)計的各種方法和原則，減少電磁干擾的產(chǎn)生和對車輛裝置或攜帶的無線電裝置的影響；而且，隨著部隊各種武器裝備的不斷發(fā)展，部隊對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)計方法，以滿足現(xiàn)在及將來汽車特別是軍用越野汽車對電磁干擾的各種要求，提高產(chǎn)品的可靠性和競爭力。