分析汽车电磁兼容技术设计

　　当以点火发动机驱动的汽车在公路上运行之时，汽油发动机的高压点火系统会产生强电磁波，干扰其周围的无线电广播和无线电通讯业务的正常运行，并且对电磁环境造成污染。自此人们将电磁污染列人到汽车造成的三大污染源之一（排放、噪声、电磁）。国际无线电组织开始对这种高能量脉冲形式的干扰源进行研究并提出了测量方法和限制要求。目前，这种电磁污染的控制要求已被列入到世界各国的技术法规中。经过多年的技术规范，市场上运行的汽车基本实现了点火脉冲电磁噪声的有效控制。

　　但随着汽车技术的不断进步和发展，汽车电子电器设备的大量应用，汽车电磁干扰的特点及其产生的影响也有了巨大的变化。汽车产生电磁干扰的源，不单纯是点火系统，大量应用于车辆上的各种电子电器设备也同样产生电磁干扰。

　　车辆产生的电磁干扰不但对车辆外界的无线电设备造成影响，而且也会对车辆内部的各种电子部件造成不良影响。早期人们普遍关心的是车辆电磁干扰对电磁环境的重大影响，随着有效的治理，这种影响已经得到了控制。近些年，汽车出现了许多由于车辆内部电磁干扰对车辆的正常运行及安全性和可靠性等产生重大影响的现象，引起了人们的特别关注。目前，人们开始研究车辆内部电磁干扰的产生和影响及其控制技术。

　　1 汽车的电磁环境

　　汽车的电磁环境是指汽车在行驶过程中，车上电子电气设备承受来自车内、车外各种各样的电磁干扰，以及汽车电子设备向外界辐射的电磁干扰。

　　汽车产生电磁干扰的源有：高压点火系统；各种感性负载（如电机类电器部件）；各种开关类部件（如闪光继电器）；各种电子控制单元ECU；甚至各种灯具，无线电设备等。这些部件产生的干扰会在汽车内部造成相互影响。下面列举一些实际发生的现象。

　　现象1：某种中次轿车，具有高性能ABS系统。样车在实况测试中遇到了雨天，启动雨刮器，在某一车速运行时，ABS突然失去了作用。

　　现象2：国内生产的某一型号微型汽车，其发电机调节器经常出现易被击穿损坏现象。经查，当雨刮器工作时，这种损坏现象就容易发生。

　　分析上述两个实例，造成这种现象的主要原因是雨刮器。雨刮器驱动电机作为感性负载，在切断电源时会产生反向电流并通过电源线传输到供电系统中，从而在电源系统中产生干扰脉冲，一些电子部件在这种干扰脉冲条件下，不能正常工作，甚至导致损坏。

　　现象3：一种国内开发生产的安全气囊，在汽车整车装配线上突然引爆。经对该安全气囊的电子引爆控制器进行试验检查，发现其不能承受较强的环境辐射电磁场，当有静电放电发生时，会有误动作。

　　1.1 车载干扰源

　　车载干扰源是指车上各种电子电气系统产生的电磁干扰。几年中的电子电器设备产生的电磁干扰是由于汽车上使用的电子产品中有许多导线、线圈和带有触点的电器，都具有不同的电容和电感，而任何一个具有电感和电容的闭合回路都会形成振荡回路。

　　汽车的无线电干扰源主要是发动机的点火系统，其干扰波来自点火系统次级电压的高频振荡。其次，在发电机负载电流突变和整流时也会产生电磁波。起动机、发电机、闪光器、触点式电磁振动电喇叭、雨刮器、仪表系统等也都会产生较小的传导干扰和辐射干扰的电磁波。

　　汽车电器产生的干扰电磁波具有脉冲特点且频带较宽，其频率一般在0.15～1 000 MHz之间。汽车电器产生的干扰电磁波，分传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰电磁波，是通过汽车导线直接输入无线电设备和电子设备内部的，而辐射干扰电磁波则是在空间传播，通过天线输入无线电设备内部。

　　1.2 外部环境对汽车的电磁干扰

　　由自然现象、社会环境等引起的外部电磁干扰对汽车电子系统的干扰也较为严重，外部电磁干扰是指人为的各种电器设备，如：高压输电线、电车轨道附近、广播电视设备及无线电通讯设备等所辐射出来的对汽车起干扰的电磁辐射及由雷电等自然现象引起的电磁干扰。分析表明，ESD和雷电可能会产生很大的瞬变电压和场强，如图1和图2所示

　　有实验表明：在500 kV输电线下离地高2 i"13.的电磁干扰为60 Hz，至于在各种通讯设备附近的电磁干扰则更为突出，目前已引起有关方面的注意。 所有这些电磁干扰会通过线束、车身或由空中传递过来，干扰汽车的传感器、ECU（电控单元）、执行器等电子器件，从而使它们的工作性能难以发挥，由此干扰汽车行驶的安全性、可靠性及稳定性等等。

　　2 汽车EMC性标准说明

　　汽车EMC性标准是汽车EMC设计、仿真和测量的基础，它就整车和零部件的抗干扰水平、干扰限值、测量方法、测量环境等作了规定。汽车EMC标准分为国际标准、国家标准和企业标准。国外对汽车的EMC技术非常重视，很早就开始了EMC性标准的制订工作，目前已经形成了较为完善的汽车EMC性标准体系。国际上各大汽车公司都有自己的企业EMC标准，如美国福特公司、通用公司，德国大众、宝马、梅塞德斯一奔驰公司，法国的标致一雪铁龙公司等，其企业标准比国际上通用的标准要严格很多。

　　EMC是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

　　我国吸收了发达工业国家的经验，也已经制订了汽车EMC性标准，明确规定了测量方法及干扰的允许值。但和发达国家相比，还有待进一步分析完善。国家标准GB18655—2002（在保护车载接收机的无线电骚扰特点的限值及测量方法》是汽车及其零部件的EMC性技术标准之一，该标准于2002年2月22 日批准发布，2003年3月1日开始实施，属于国家强制性标准，主要在考察汽车及其零部件产生的各种电磁干扰对车内无线电接收机的干扰程度，并以干扰限值形式加以限制。

　　3 汽车防止电磁干扰的方法

　　无论是汽车内部还是外部的电磁干扰对车用电子设备尤其是车用ECU（电控单元）干扰都很大，这些电磁干扰会严重干扰汽车电子设备的工作性能。众所周知，半导体元件对脉动电压非常敏感，当瞬变电压值超过其电压值时，半导体元件会被击穿而损坏，而脉冲信号一旦被ECU（电控单元）误认为输入信号便会使电子设备做出错误的判断，以至产生故障。电磁干扰源包括微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件，如机电式继电器、开关电源、雷电等。

　　汽车电子电器部件的干扰抑制方式，一般规定若干等级限值，不同部件根据其特点和使用方式的不同，选择一种合理的等级限值，以降低抑制成本。

　　对来自车内供电系统的干扰，一种简单而有效的方法是利用蓄电池作为一个极低阻抗、大容量的瞬变电压抑制器，吸收各种瞬变电压产生的干扰能量。的方式是保证蓄电池电缆接线良好。若负极搭铁，应保证搭铁电阻值。见图1和图3，应尽可能保证线路阻抗RO达值，甚至为零。

　　对于线缆间耦合引起的干扰、，一种节省成本的方法是在车内布线时充分考虑合理而有效地布置线缆。的方式为将ECU控制线或信号线与电源线分开布置，以减小因耦合而引起。的干扰信号侵入。此外，采用屏蔽电缆的方式，也是避免外界电磁干扰侵入控制线和信号线的好方法。

　　对于电感性负载引起的干扰，抑制方式可以采用并联一个适当数值的电容器，以消除反向过电压。总体讲，干扰抑制措施的方式有很多种，但归纳整理为：屏蔽、滤波、接地、阻尼。

　　抗干扰的基本技术一是消除干扰源，二是防止干扰信号的串入。下面说明多种提高汽车电子设备抗干扰性能和抑制其产生电磁干扰的基本技术。

　　1）电路设计模块化。在电路板设计中，根据电路在汽车上发挥的功能及位置的不同，将执行器电路、传感器电路、系统控制电路分开设计，提高绝缘阻抗。

　　2）阻尼电阻。在点火装置的高压电路中，串入阻尼电阻，削弱火花产生的干扰电磁波。阻尼电阻值越大，抑制效果越好。但阻尼电阻太大，又会减少火花塞电极间的火花能量。阻尼电阻一般用碳质材料制成，电阻值约10-20 kll。

　　3）{1并联电容器。在可能产生火花处并联电容器，如在调节器的“电池”接柱和“搭铁”之间和发电机“电枢”接柱和“搭铁”之间并联0.2～0.8 的电容器；在水温表和机油压力表的传感器触点间并联0.1～0.2 的电容器；在闪光继电器和电喇叭的触点处并联0.5 F电容器等。

　　4）金属屏蔽。发电机、起动机、火花塞等电器设备产生的火花，都能产生电磁波。屏蔽是抑制电磁波干扰的有效方法。屏蔽电场或磁场时，可选用铜、铝、钢等导电率高的材料作屏蔽体。这种方法有较好的防干扰效果，但装置复杂，成本高，并且会增大高压电路的分布电容，干扰点火性能。因此，一般只用在特殊需要的汽车上。

　　5）感抗型高压阻尼线。目前国内外多采用高压阻尼线，其线心是用牵0.1 rnlTl的镍铬钼丝绕成，相当于电感、电容及电阻三者的复合体，抑制效果比集中电阻的效果更好。

　　6）采用滤波器。滤波器主要抑制通过电路通路直接进入的干扰，它是应用普遍的抗干扰方法。根据信号和干扰信号之间的频率差别，可以采用不同性能的滤波器，抑制干扰信号，提高信噪比。

　　7）采用平衡技术。平衡技术是说说消除串音干扰的有效方法。信号的往复两条线的电性tt相等时叫平衡。在汽车电路中，检测信号的输入、控制信号的输出，特别是在时序信号传输中，通常采用双绞线作为平衡线，双绞线的螺距要小，长度要尽量短。

　　8）提高信号幅值。即提高信噪比，是抗干扰的重要方法。对于微弱的传感器信号，采用放大电路增大幅值，减小干扰的干扰。同时，为避免提高幅值的信号成为干扰源，应采用平衡线传输。

　　总之，汽车内电磁干扰及其产生的影响是重大的，关系到汽车安全可靠性。人们应该意识到现代电子化汽车中出现的许多新问题，在相当程度上与电磁干扰的影响有关。实际中，采取适当的干扰抑制措施，同时提高汽车电子电器部件的电磁抗扰特性，可以有效地提高汽车运行可靠性。