淺談抑制汽車電磁干擾的方法

王飛 劉禎 王玉光 周亞偉

摘 要：在信息化戰(zhàn)爭背景下，對于高機動越野車輛，采用的電氣和電子設(shè)備數(shù)量大幅度增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，信息傳輸速率提高，靈敏度提高，連接各種設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)（CAN總線）也越來越復(fù)雜，所以要從整體設(shè)計、全面考慮各電控單元電磁兼容的設(shè)計參數(shù)，進而提升各電子單元的電磁抗干擾性，使整車完全滿足GJB1389A的陸軍地面要求的標準，保證設(shè)備在電磁環(huán)境下可靠工作，意義至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：高機動越野車輛;電磁兼容;電磁干擾;抑制措施

1 電磁干擾的背景概述

高機動越野車輛采用總線系統(tǒng)，控制涉及諸多電子控制單元，像TCU、ABS、EMS等控制單元，各電控單元的設(shè)計者往往只考慮產(chǎn)品的功能，而沒有將功能和電磁兼容性綜合考慮，因此產(chǎn)品在完成其功能的同時，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾，導(dǎo)致各電控單元產(chǎn)生的干擾源互相騷擾，影響整個系統(tǒng)的正常工作，或出現(xiàn)誤操作。

就如何提升整車系統(tǒng)各電控單元的電磁抗干擾性，進而提升整個電控系統(tǒng)的工作可靠性和電磁兼容性，必須從各電控單元硬件設(shè)計開始，采取合理有效的設(shè)計方法。實際設(shè)計原則是根據(jù)車輛具體的技術(shù)參數(shù)和車輛的實際使用環(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。

2 電磁干擾的抑制措施

2.1 控制單元設(shè)計

（1）控制單元和設(shè)備主體往往離得較遠，因此必須正確運用接地和屏蔽方法，防止構(gòu)成的環(huán)路和耦合無用信號。

（2）控制單元在整車上集中進行封閉。

（3）控制單元內(nèi)主要的無用信號源是那些能突然斷開控制信號通道的元件;各種產(chǎn)生無用信號的開關(guān)同感性負載一起運行時，就會產(chǎn)生嚴重的瞬變過程。如開關(guān)、繼電器、可控硅整流器、開關(guān)二極管等;盡量減少陡峭波前瞬態(tài)過程，應(yīng)限制接通和斷開時通過開關(guān)的浪涌電流。

（4）如果必要，可使用RC網(wǎng)絡(luò)或二極管來抑制開關(guān)瞬變。

（5）如有必要，則使用緩沖或減振器來減小繼電器觸點的振動。

2.2 接地設(shè)計

傳統(tǒng)汽車采用多單線制，以車體作為公用零線，使所有用電設(shè)備在車體上搭鐵，這樣所有電器的末端就形成了一個大的“電容”可有效減少靜電感應(yīng)所引起的干擾。因此，搭鐵線路是否良好，不僅影響到相關(guān)電器的工作狀況，同時還會影響汽車的抗電磁干擾能力。為了更好地解決干擾問題，高機動越野車應(yīng)該采用雙線制的電器越來越多，并對不同性質(zhì)的地線分開布置;根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成和信號系統(tǒng)，建立接地網(wǎng)絡(luò)，保證接地不但能夠為信號提供參考電位，同時不會將地干擾引入電路。

（1）低頻電路應(yīng)采取樹叉形放射式的單點接地，高頻電路應(yīng)采用平面式的多點接地。

（2）模擬電路、數(shù)字電路、功率電路等應(yīng)設(shè)置各自的地線，最后匯總到一個總的接地點。

（3）對屏蔽電纜，如連接低頻電路則屏蔽層單端接地，連接高頻電路則屏蔽層雙端接地。

（4）信號線、閥類、電機類接地線分開設(shè)計接地。

2.3 元器件選擇設(shè)計

對于高機動越野車控制，電路基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最后設(shè)備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因為是否能實現(xiàn)電磁兼容性往往是由遠離基頻的元件響應(yīng)特性來決定的。而許多情況，電路裝配又決定著帶外響應(yīng)（例如引線長度）和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規(guī)則是：

（1）在高頻時，和引線型電容器相比，應(yīng)優(yōu)先選用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波。

（2）鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應(yīng)該使用固體電容器。

（3）使用寄生電感和電容量小的電阻器，片狀電阻器可用于超高頻段。

（4）盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。

（5）設(shè)備內(nèi)部的互連信號線必須使用屏蔽線，以防它們之間的騷擾耦合。

（6）為使每個屏蔽體都與各自的插針相連，應(yīng)選用插針足夠多的插頭座。

2.4 底板和機殼設(shè)計

底板和機殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即結(jié)構(gòu)材料和裝配技術(shù)，常常能決定是否能同工作環(huán)境實現(xiàn)EMC。底板和機殼是為控制設(shè)備或功能單元中無用信號通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取決于結(jié)構(gòu)材料的選擇和裝配中所用的技術(shù)兩個方面，要設(shè)計接縫、開口、穿透和對底板及機殼的搭接等方面考慮。

（1）導(dǎo)電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或Monel線型襯墊將出現(xiàn)嚴重的電化學(xué)腐蝕。銀鍍鋁填料的導(dǎo)電橡膠是鹽霧環(huán)境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

（2）選擇襯墊時要考慮接合處所使用的頻率;同時選擇高導(dǎo)電率、彈性好、硬韌材料的襯墊，保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導(dǎo)電保護層。

（3）在接縫不平整的地方，在可移動的面板等處，必須使用導(dǎo)電襯墊或指形彈簧材料;保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應(yīng)力、沖擊、振動時保持表面接觸。

2.5 濾波設(shè)計

控制器輸入端口（信號、電源等端口）應(yīng)用濾波器對帶外電磁干擾耦合給予足夠的抑制，使傳導(dǎo)干擾遠低于控制器的傳導(dǎo)電磁干擾敏感度，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（1）機殼上下殼體接縫處必須盡量減少結(jié)構(gòu)的電不連續(xù)性，以便控制經(jīng)底板和機殼進出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結(jié)構(gòu)措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在接合面加入導(dǎo)電襯墊（在不加導(dǎo)電襯墊時，螺釘間距一般應(yīng)小于最高工作頻率的1%波長，至少不大于1/20波長），在接縫處涂上導(dǎo)電涂料，縮短螺釘間距;在底板和機殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好地搭接，最壞的電搭接處對殼體的屏蔽效能降低起決定性作用。

（2）電磁兼容濾波設(shè)計工作中主要使用適用于電源線和信號線的低通濾波器。

（3）電源線濾波器是電磁兼容最常用的濾波手段，多在電路設(shè)計中采用低通濾波器。

（4）電源線濾波器在使用過程中比較容易出現(xiàn)的問題是安裝方式錯誤，合理的安裝方式是：濾波器的輸入端輸入線很短，并且利用機箱將濾波器的輸入端和輸出端隔離，濾波器外殼與機殼緊密的連接（如圖1所示）。

（5）控制器元器件選用汽車電子級產(chǎn)品，提高整體可靠性;針對電源，各種驅(qū)動等傳導(dǎo)、輻射發(fā)射源頭增加共模濾波電路，降低控制器電磁發(fā)射水平。

2.6 屏蔽設(shè)計

利用產(chǎn)品金屬結(jié)構(gòu)和改進因功能設(shè)計需求而存在的非電磁密閉性結(jié)構(gòu)，使金屬結(jié)構(gòu)對輻射電磁干擾有足夠的衰減，使耦合至產(chǎn)品內(nèi)部的輻射電磁干擾強度遠低于設(shè)備的輻射電磁干擾敏感度。

（1）所有控制器的外殼盡量采用金屬材質(zhì)，安裝在駕駛室外部的控制器由于缺少駕駛室的本身電磁防護根據(jù)自身電磁屏蔽能力需增加金屬防護罩。

（2）屏蔽體必須是一個完整的電連續(xù)體;有完善的濾波措施。

（3）對于電屏蔽還要有良好地接地;控制盒殼體要和整車良好接地，必要時可以采取電纜連接到大梁的方式接地。

2.7 線束設(shè)計

設(shè)計內(nèi)部或外部電纜是重點電磁干擾防護對象，在設(shè)計準則中應(yīng)采用中的適用方法、措施和要求來控制布線電磁干擾耦合，保證布線間電磁干擾耦合和輻射電磁場對布線的電磁干擾耦合不會降低電磁兼容性，布線設(shè)計與屏蔽、接地和濾波設(shè)計結(jié)合應(yīng)用。

（1）控制器敏感信號及噪聲較大的驅(qū)動電纜選用帶屏蔽的雙絞線。

（2）采用屏蔽雙絞線，信號電流在兩根內(nèi)導(dǎo)線上流動，噪聲電流在屏蔽層里流動，因此消除了公共阻抗的耦合，而任何干擾將同時感應(yīng)到兩根導(dǎo)線上，使噪聲相消。

3 結(jié)論

從整車設(shè)計開始就必須全面考慮系統(tǒng)各個電控單元的電磁干擾源，合理、科學(xué)有效運用電磁干擾的抑制措施，提升整車系統(tǒng)各電控單元的電磁抗干擾性;進而提升整個電控系統(tǒng)的工作可靠性和電磁兼容性。

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