汽車電子電磁兼容標準體系和應用

文/韓萌

電子設備在汽車中的廣泛應用，極大地提升了汽車的駕駛體驗感。隨著汽車電子設備類型及數(shù)量的不斷增加，內部電磁環(huán)境日益復雜，及時產(chǎn)生電子電磁干擾的情況，導致電子設備無法正常運轉。如何消除汽車電子電磁干擾，提升電子設備的兼容性就成為技術團隊與汽車制造企業(yè)共同關心的問題。

1 汽車電子電磁干擾類型

對汽車電子電磁干擾類型的全面梳理，形成對電子電磁干擾特點、機理的認知，為后續(xù)汽車電子電磁兼容標準體系的制定及兼容性提高工作的開展有著一定的指導意義。

從實際情況來看，現(xiàn)階段汽車電子電磁干擾大致可以劃分為車外電磁干擾、車內電磁干擾及車體經(jīng)靜電干擾等幾大類別。不同類型的汽車電子電磁干擾產(chǎn)生原因不同，作用特點各有差異，具體來看，車外電磁干擾是指汽車在行駛過程中，所受到的各類電磁環(huán)境干擾。這種誘發(fā)機理，導致持外電磁干擾只存在于特定的空間范圍內，例如高壓輸電線、高壓變電站等形成的磁場，對汽車形成干擾，造成電子設備短暫失靈。車內電磁干擾是指汽車內部各個電子設備在運行過程中，相互影響，相互作用的情況。例如在汽車點火環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的高頻輻射，對車內裝載的其他電子設備有著較強的擾動。車體靜電干擾的產(chǎn)生與外部環(huán)境因素有著密不可分的關系，車輛在行駛中與空氣發(fā)生劇烈的摩擦，導致車體外側形成靜電，受到車體結構的影響，靜電分布不均勻，在放電環(huán)節(jié)，在車體表面形成干擾電流，對汽車內置電子設備形成電磁干擾。對三類汽車電子電磁干擾產(chǎn)生原因、特點的梳理，幫助技術人員及汽車制造企業(yè)進一步明確電子電磁干擾基本情況，為后續(xù)兼容技術的應用及方案制定提供方向性引導。

2 汽車電子電磁兼容標準體系概述

2.1 汽車電子電磁兼容標準的分類

目前汽車電子電磁兼容標準可以劃分為國際、國家以及企業(yè)三類，分別用于指導相關設計與制造工作，以降低汽車電子電磁干擾，提升電子設備之間的兼容性。國際標準化組織、國際電工委員會等國際性組織，根據(jù)多年的技術論證，形成了一整套汽車電子電磁兼容標準。各個國家依據(jù)國際標準，結合自身的實際，推行國家標準，例如美國汽車工程協(xié)會、德國電氣工程師協(xié)會、英國標準協(xié)會等，都進行了汽車電子電磁兼容標準的本土化探討，制定具有本國特色的標準體系。一部分大型的跨國汽車制造企業(yè)，例如福特、通用、大眾等，考慮到企業(yè)的客戶對象多樣，標準體系存在一定的差異，因此也制定了企業(yè)級別的電子電磁兼容標準，同時企業(yè)級別的汽車電子電磁兼容標準相較于國際標準體系，也更為嚴格，通過嚴格的標準，確保汽車驗證、銷售的流暢性，防范化解企業(yè)面臨的風險。例如在現(xiàn)行的國際汽車電子電磁兼容標準體系下，要求汽車抗干擾度為24V/m，而多數(shù)企業(yè)在制定抗干擾度標準時，將其提高到100-200V/m。

圖1

2.2 汽車電子電磁兼容國際標準分析

國際標準化組織汽車電子電磁兼容標準大致上可以分為ISO 11451、ISO 11452兩個系列。ISO 11451標準由4個部分組成，為汽車制造企業(yè)以及研發(fā)人員提供了完整的抗窄帶電磁輻射干擾的測試方法，對電磁輻射干擾的來源、抗干擾測試的基本流程以及注意事項進行了細致說明。ISO 11452標準由11個部分組成，其提供了抗窄帶電磁輻射汽車零部件電磁干擾測試方法，實現(xiàn)了對ISO 11451標準的有益補充。隨著技術的發(fā)展，科研工作的持續(xù)深入，國際標準化組織，又提出了基于汽車電子設備常見瞬態(tài)干擾信號的測試以及評價標準，ISO 7637標準，用于指導相關汽車常見瞬態(tài)干擾信號的排查工作。國際電工委員會制定了CISPR 12標準、CISPR 25標準，兩大標準分別用于保護汽車電子設備不受動力裝置電磁干擾，并以此為基礎，形成一個完整的汽車內部電子設備電磁干擾限定以及測試方法。美國在相關國際標準之下，也制定了相應的電磁兼容標準，形成了完整的汽車電子電磁兼容標準體系，SAE J 551和SAE J 1113 兩大兼容標準體系，其中SAE J 551主要針對于整車，用于整車電子電磁兼容的檢測以及應對，SAE J 1113是對車輛零部件電子電磁兼容性能的檢測，以確保車輛各電子設備的有序運行，有效管控電磁干擾。

2.3 國內汽車電子電磁兼容標準

我國汽車電子電磁兼容標準建設尚處于起步階段，隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷壯大，政府主管部門以及相關企業(yè)開始認識到電子電磁兼容標準制定與執(zhí)行的必要性與緊迫性。在這一背景下，國內汽車電子電磁兼容標準將EMC作為藍本，結合我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際、技術能力，依據(jù)國際汽車電子電磁兼容標準進行了統(tǒng)一的規(guī)范，逐步形成GB 14023-2006、GB 18655-2002層一系列技術標準，用于對各類汽車電子設備設計、使用活動的規(guī)范，在很大程度上，提升了汽車整體的電子抗干擾能力，電磁兼容性得到提升。但是與歐美等國家相比，國內汽車電子電磁兼容標準沒有形成完整的體系，存在著漏洞，相關標準較低，因此在后續(xù)工作開展的過程之中，應當繼續(xù)做好汽車電子電磁兼容標準的完善工作，逐步形成完備的汽車電子電磁兼容標準，為我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成明確的指導，強化汽車生產(chǎn)能力。

3 汽車電子電磁兼容性提高方法

汽車電子電磁兼容性的提升，需要在相關技術標準框架下，采取相對應的技術手段，來應對各類電子電磁干擾問題，有效增強汽車各個電子設備之間的兼容性。在研究過往之中，以EMC標準體系為藍本，進行電子電磁兼容問題的探討以及應對。

3.1 汽車電子電磁兼容體系的健全

汽車電子電磁兼容體系健全的過程之中，應當著眼于實際，有效解決電磁干擾問題。在實際工作環(huán)節(jié)，工作人員可以從汽車元器件、零部件、汽車模塊、電子系統(tǒng)等幾個維度出發(fā)，在相關技術標準的指導下，有效開展相應的技術工作，以切實提升汽車電子電磁的兼容屬性，降低電磁干擾。在實際的處理環(huán)節(jié)，技術人員應當進行必要的思路梳理，如圖1所示。

為了降低工作難度，減輕工作成本，根據(jù)工作開展的難易程度，技術人員可以從設計層面出發(fā)，做好芯片選型以及電路板設計工作，以此為基礎上，不斷進行電磁干擾屏蔽以及濾波設計工作，進而確保各項電磁兼容方案的合理應用。在實際操作環(huán)節(jié)，應當根據(jù)兼容標準，明確各類技術參數(shù)，并將其進行細化，分配到各個元件之上，并采取必要的檢測手段，對設計結果進行仿真模擬。

3.2 減少電磁干擾強度

為了進一步增強汽車電子電磁兼容性，技術人員需要做好相應的方案，以有效降低電磁干擾強度，增強汽車各項電子設備的兼容性。在實踐環(huán)節(jié)，應當做好電氣結構的優(yōu)化工作，目前汽車電子設備使用環(huán)節(jié)，往往會設置閃光器，以確保繼電觸點結構的完整性以及抗干擾能力，同時考慮到部分汽車制造環(huán)節(jié)，對于汽車觸電結構可以使用電弧抑制器進行抗電磁干擾強化處理，進一步增強設備的電磁干擾能力。針對汽車行駛過程中，出現(xiàn)的電機感性負載的情況，技術人員可以借助于濾波電路進行電流降噪處理，確保汽車電機負載處于合理區(qū)間，避免電磁干擾的出現(xiàn)。對于汽車內部各個電子設備控制單元，在設計加工環(huán)節(jié)，應當做好布線優(yōu)化工作，通過這種方式，有效控制電磁發(fā)射水平，提升電磁兼容性。對于汽車之中使用的各類控制設備，可以采用低頻芯片，以此來降低輻射與干擾。

3.3 電磁干擾的傳輸抑制

電磁干擾傳輸抑制效能對于汽車電子電磁兼容有著最為直接的影響，在整個技術環(huán)節(jié)，技術人員需要做好相關線束工作，根據(jù)汽車的設計情況，針對于其中涉及到的主要電控單元，采取加裝屏蔽殼體的方式，進行封裝處理。汽車較長的線束，出于抑制電磁干擾的考慮，可以在線束上增設濾波，現(xiàn)階段，多數(shù)汽車制造企業(yè)使用鐵氧體磁環(huán)，既能夠實現(xiàn)對線束電磁干擾傳輸?shù)挠行б种疲帜軌蛱岣吖ぷ餍?，降低成本。除了采取上述，技術手段之外，技術人員還可以通過減少電子設備接收干擾面積以及擴大干擾源距離的方式來進行技術應對。

4 結語

為了切實提升汽車電子電磁兼容性，確保各類電子設備的正常運行，文章在分析汽車電子電磁干擾類型的基礎上，對國內外電子電磁兼容標準進行全面梳理，形成系統(tǒng)性認知。采取行之有效地應對策略，靈活應用各類技術手段，不斷提升汽車電子電磁兼容性，以充分發(fā)揮電子設備的技術優(yōu)勢。