汽車電器電磁干擾及防護的探討

王俊杰+楊楠

摘 要：近十年來，我國汽車工業(yè)得到快速的發(fā)展，汽車已經(jīng)作為日常消費品走入尋常老百姓家中。汽車除了包括發(fā)動機、變速箱等機械傳動部件外，主要由眾多的電器產(chǎn)品夠成，而且電器產(chǎn)品占汽車整車成本的比率越來越大。要保證汽車上電器設備的正常工作，就不能忽略各個電器設備之間的相互干擾問題。本文首先對影響汽車電器正常工作的電磁干擾源進行了分析，其次列舉了防護電磁干擾的方法，防止和降低汽車電器的電磁干擾，對汽車行駛安全起著重要的作用.

關鍵詞：電磁兼容，汽車電器，EMC

前言

電子控制技術在汽車中應用越來越廣泛，其不僅提高了汽車的操控穩(wěn)定性，更簡化了車輛駕駛的流程，但汽車各電器系統(tǒng)間的電磁兼容性也是汽車的重大安全隱患之一。通常整車控制系統(tǒng)包含有發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、信息與通信系統(tǒng)與輔助電器系統(tǒng)等。在汽車狹小的空間內(nèi)，布置了眾多的電器設備，如果電器元件間的相互干擾問題得不到解決，會使整車電器系統(tǒng)癱瘓，甚至造成嚴重的安全問題。因此，汽車電器系統(tǒng)兼容性是影響汽車安全指標的重要因素之一，值得我們深入研究。

1干擾源分析

1.1供電系統(tǒng)干擾源

汽車發(fā)動機為啟動前，車輛電器系統(tǒng)依靠12V蓄電池進行供電；車輛啟動后，蓄電池輸出16V高電壓對汽車進行供電，蓄電池電壓的波動會對汽車電器性能和電路產(chǎn)生一定的干擾，其主要表現(xiàn)為兩種形式：

1.發(fā)動機負載瞬變

如圖1所示，發(fā)動機上產(chǎn)生的感應電壓為：

UL=（R1/R2）Ee-t/T

其中，τ 暫態(tài)的時間常數(shù)。汽車行駛過程中，瞬變電壓幅值可達75～125V，衰減時間100～200ms，對汽車電子產(chǎn)品產(chǎn)生很大的過流沖擊。

2.激磁衰減瞬變

當點火開關關閉時，電磁場衰竭產(chǎn)生瞬變過電壓達到130V左右的，衰減時間約200ms，使汽車上部分傳感器受到影響。

1.2點火系統(tǒng)電磁干擾源

當點火系統(tǒng)正常工作時，點火圈和火花塞等部件處會產(chǎn)生強磁場；當點火系統(tǒng)正常關閉時，點火線圈的一側會感應出高達到300V以上的電壓，為保證二次側的點火電壓足夠擊穿火花塞間隙，點火線圈二次側會感應出一個超過25kV的高壓，因此點火時在點火線圈周圍會產(chǎn)生強烈的電磁干擾。

1.3感性負載瞬變干擾源

汽車上使用的發(fā)電機、繼電器、電動雨刮和喇叭等都屬于感性負載設備，這些設備工作時會對其他電子設備產(chǎn)生一定的干擾。其中，汽車發(fā)電機產(chǎn)生了絕大部分的感性負載瞬變干擾，交流發(fā)電機在工作時會產(chǎn)生100V左右的瞬變電壓，電壓上升時間可持續(xù)100μs左右，衰減時間可持續(xù)100～200ms。這種瞬變過電壓對汽車其它電子器件會產(chǎn)生相當大的沖擊，導致設備工作失靈或是損壞。

1.4靜電干擾源

大量汽車電器設備失效案例表明，多數(shù)失效是由于靜電放電造成的，汽車靜電的防滑應該引起我們的重視。靜電是由兩種不同物質(zhì)相互摩擦，因物體表面間電子移動而產(chǎn)生的。汽車靜電主要由幾種方式產(chǎn)生：

1）元器件自身帶電，比如：發(fā)電機等；

2）感生電荷產(chǎn)生靜電；

3）元器件接觸帶靜電的物品；

其中，第3種是最主要的靜電產(chǎn)生方式，人在干燥環(huán)境中與物體間接觸摩擦，產(chǎn)生靜電傳導到元器件，靜電電壓可高達上萬伏，直接造成元器件失效。

1.5電磁耦合干擾源

汽車內(nèi)分布著各類功能各異的線束和電纜，通常為了布置方便，都以捆扎的形式布置在車內(nèi)。導線間的無屏蔽的配線及搭鐵阻抗會產(chǎn)生電感性耦合、電容性耦合干擾和阻性耦合干擾。

電磁耦合干擾產(chǎn)生的干擾強度可達到200V以上，持續(xù)的時間能達到300ms以上，線束內(nèi)既有電源導線也有控制信號導線，這樣的耦合干擾足以導致傳遞控制信號不準確或是錯誤。同時汽車采用多點搭鐵接地的方式，這種方式會形成共同的阻抗通道，不可避免產(chǎn)生阻性耦合干擾。

2電磁干擾抑制技術

制定干擾抑制方案之前要了解產(chǎn)生電磁干擾的條件，受到干擾的元器件通過發(fā)射電磁波，通過相關途徑傳遞電磁干擾，這樣就必定滋生電磁干擾。電磁干擾主要靠傳導和輻射來傳播。傳導包括電阻性、電感性及電容性耦合。電磁波的形式傳播輻射，對周圍設備裝置產(chǎn)生干擾。因此抑制騷擾源，解決電磁兼容問題通常是：一方面對干擾源采用濾波、屏蔽等手段，抑制干擾及切斷干擾傳播途徑，另一方面采用屏蔽、隔離、阻抗等措施，抑制干擾的傳導和輻射，同時要提高電器設備的抗干擾能力，以及降低電器元件的電磁敏感度。

2.1傳導干擾的抑制

整車上導線或公共電源線相互之間產(chǎn)生的干擾就是傳導干擾。傳導干擾是很容易解決的，通常增加電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù)并適當調(diào)整濾波器的參數(shù)，都能滿足要求

1）回路的有效面積必須限定；

2）屏蔽、減小電流回路面積，以及帶電導體的面積；

3）對變壓器進行磁屏蔽，減少電流回路的有效面積；

4）用錫箔屏蔽變壓器；

5）運用雙絞線傳輸和阻抗匹配；

6）杜絕多個回路串聯(lián)供電；

7）避免干擾信號在電路中產(chǎn)生諧振；

2.2輻射干擾的抑制

抑制主要的輻射源：電源輻射。首先是線路板中接地線部分的布線方式，這里要提醒雖然電源地線布置對輻射不會有很大影響，但不要把散熱線放在地線里一起布置。電源上的散熱板要求不能單端接地，地線要求盡可能寬并且短。第二點是直流輸出電壓。第三點是元器件選用。

抑制產(chǎn)生高頻輻射的主控板輻射輻射源。我們主要用幾種方法降低輻射，首先是主控板的布線，特別是地線，其次是元器件的使用，包括高速信號線上的零電阻的使用等，地線的布置也很關鍵，屏蔽板的運用等。主要對付高低頻磁場，通常使用良好的導體及鐵磁材料來實現(xiàn)屏蔽。設計線束布置時地線是很好的電場屏蔽工具，通常布置在電路外圍。

2.3可靠有效的接地系統(tǒng)

避免干擾是接地設計主要目的，既不要造成電磁耦合干擾，還要避免公共阻抗干擾。根據(jù)國家規(guī)定：汽車上的線路必須采用負極搭鐵，哪些地方在設計的時候就要十幾搭鐵呢？采用單線連接電源及用電設備，單點搭鐵電源、信號等回路，以及電纜、靜電屏蔽層。不同負載地線要分開，特別是大功率、小功率、數(shù)字信號以及模擬信號。接地點在滿足裝配要求的情況下還要保證接地性能良好?？梢赃x用導電性能良好的支架或者接地點一定要干燥避免布在整車濕區(qū)。有些特殊電器需要單獨接地，像安全氣囊等，為了確保該電器的正常安全使用。有些接地線需要用屏蔽線或雙絞線，特別是信號線。良好的接地能減小回路電流以及對元器件和線路的沖擊，并提供故障電流回路，與屏蔽及濾波一起抑制電磁干擾的效果

參考文獻：

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[3]戴焯等.汽車電系電磁兼容性研究.武漢工學院學報.1992（12）.P73-P78

作者簡介：

王俊杰，1982.12.15，男，漢族，神龍汽車有限公司，中級工程師，本科，汽車電器開發(fā)，從事技術工作endprint