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用，而這些新技術(shù)的應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。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，紛紛制定了相應法規(guī)；各大汽車生產(chǎn)商則投入資金建立相應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高頻電場屏蔽應用銅、鋁和鎂等良導電材料，以得到最大的反射效率。②低頻磁場屏蔽應用磁性材料，如鐵和鎳鐵高導磁合金，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加導電襯層、彈簧墊圈、波導衰減器和柵網(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。最敏感元件應遠離于擾源。

　　2. 布線要合理。不同用途不同電平的導線如輸入與輸出線、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。