汽車電磁兼容技術(shù)研究

宋濤

摘 ?要：隨著汽車電子設(shè)備的日益增多，電磁兼容性作為汽車電子系統(tǒng)可靠性參數(shù)日益受到重視?；诖?，本文對(duì)汽車電磁兼容技術(shù)進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：汽車;電磁兼容;技術(shù)分析

隨著汽車電子產(chǎn)品的不斷增多，越來越多的電子技術(shù)被用于提升汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性等方方面面當(dāng)中，尤其是在微電子技術(shù)的高速發(fā)展之下，通過將其與傳統(tǒng)機(jī)械進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使得汽車電子產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了全新發(fā)展。但與此同時(shí)，在受到電磁干擾之下汽車及其零部件無法正常工作的問題也引起了人們的重視。

一、汽車電磁環(huán)境分析

汽車行駛過程中，對(duì)其所在及附近空間內(nèi)的電磁場現(xiàn)象的總和稱之為電磁環(huán)境，對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生不利影響的電磁現(xiàn)象稱之為電磁干擾。

1.1內(nèi)部電磁干擾

內(nèi)部電磁干擾是指車輛內(nèi)部電子器件所產(chǎn)生的電磁場，在頻譜上的特征一般為雜波。汽車內(nèi)部電子器件產(chǎn)生的電磁干擾頻率一般在100kHz到1GHz之間。產(chǎn)生電磁干擾的主要部件有：雨刮器、發(fā)電機(jī)、分電器、喇叭、門鎖控制單元、電子燃油噴射控制單元、中央控制電路等。理論上任何電子器件在特定狀態(tài)下都有產(chǎn)生電磁干擾的可能。內(nèi)部電磁干擾隨著空間距離的增加，呈急劇衰減的特性。

1.2外部電磁干擾

來自外部的電磁干擾是指車輛外部的電磁干擾信號(hào)，包括宇宙射線、地磁場、雷電這樣的自然現(xiàn)象，也包括人造電子電氣設(shè)備如路燈、移動(dòng)通信基站、雷達(dá)、便攜通信設(shè)備、馬路周邊大型電氣設(shè)備、高壓輸電線路等。目前，外部電磁干擾對(duì)車輛影響最頻繁的器件是遙控鎖，遙控鎖通常使用國家無線電管理部門對(duì)開放的低功率業(yè)余頻段，符合相關(guān)要求低功率設(shè)備均可使用該頻段。因此對(duì)汽車遙控鎖同頻率干擾的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，使遙控鎖暫時(shí)性的“失靈”。

1.3國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國外對(duì)汽車電磁干擾現(xiàn)象及兼容性能極為重視，出臺(tái)了很多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策。我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在逐步完善過程中，目前現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要有：《車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車外接收機(jī)的限值和測量方法》（GB14023-2011）;《車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測量方法》（GB/T18655-2010）;《電動(dòng)車輛的電磁場發(fā)射強(qiáng)度的限值和測量方法，寬帶，9kHz～30MHz》（GB/T18387-2008）;《道路車輛—靜電放電產(chǎn)生的電騷擾試驗(yàn)方法》（GB/T19951-2005）;《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》（GB/T17619-1998）;《道路車輛由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾》（GB/T21437.3-2012）。

二、提高電磁兼容性能具體措施

提高汽車電磁兼容性可以從三個(gè)大方向著手：干擾源、耦合路徑和敏感源。干擾源就是產(chǎn)生電磁干擾的器件，耦合路徑是電磁干擾傳播途徑，敏感源是受到電磁干擾影響的器件。以上為電磁兼容性的三個(gè)要素。對(duì)應(yīng)這三要素的解決思路就是首先要將電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾降低，然后阻斷電磁干擾傳播路徑，最后是提高電子設(shè)備的抗干擾能力。

基于以上思路，我們可以在汽車電子設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中采取以下措施：

（1）模塊化設(shè)計(jì)，以執(zhí)行功能、功率、安裝位置加以區(qū)分，盡可能分別使用電源、接地，減少耦合路徑。

（2）在點(diǎn)火裝置中串聯(lián)阻尼電阻，衰減火花產(chǎn)生的電磁干擾雜波。

（3）在可能產(chǎn)生火花的位置并聯(lián)電容。

（4）在極易產(chǎn)生電磁干擾雜波的機(jī)械部件加裝金屬屏蔽外殼或屏蔽網(wǎng)，如發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、火花塞等。屏蔽外殼需要良好的接地，將干擾信號(hào)產(chǎn)生的能量導(dǎo)出。

（5）采用屏蔽線纜，如屏蔽雙絞線等，防止線纜產(chǎn)生電磁干擾泄露。同時(shí)，布線要合理，減小線路閉合面積，避免線路間電磁場互相干擾。

（6）電子器件接收信號(hào)端加裝合適的濾波器，過濾干擾雜波。同時(shí)，傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)時(shí)，輸出端加大信號(hào)強(qiáng)度，提升信噪比。

（7）電子設(shè)備在高溫工作環(huán)境中，抗擾能力會(huì)降低，因此車輛設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)，對(duì)散熱給予足夠的空間。

三、電磁兼容技術(shù)的發(fā)展趨勢

電動(dòng)汽車和車聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，這兩項(xiàng)技術(shù)都是依托于電子器件的，尤其是車聯(lián)網(wǎng)更是基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，因此?duì)電磁兼容性的要求更加嚴(yán)格。目前電磁兼容技術(shù)還不能完全解決車輛的電磁干擾問題，這需要對(duì)車輛電磁環(huán)境進(jìn)行精確的建模，并通過計(jì)算分析從整體上解決電磁干擾。建模的過程中，如何優(yōu)化算法，提高計(jì)算速度和精度也是需要不斷探索的問題。在實(shí)際測試中，還需要建立電波暗室，用于精確測量電磁環(huán)境

3.1電動(dòng)汽車對(duì)電磁兼容性能的要求

電動(dòng)汽車電磁干擾問題比較嚴(yán)重，電動(dòng)汽車的電子器件更多，還包括了大功率的電氣電動(dòng)設(shè)備，在速度控制系統(tǒng)中還需要變頻模塊。經(jīng)過實(shí)際測試，電動(dòng)汽車在行駛過程中經(jīng)常會(huì)對(duì)周圍空間內(nèi)的廣播電視頻段和通信頻段造成阻尼振蕩式干擾。因此，電動(dòng)汽車內(nèi)部需要更嚴(yán)格的對(duì)大功率電氣模塊及線纜進(jìn)行屏蔽處理。同時(shí)，外部來的電磁干擾也會(huì)導(dǎo)致車輛內(nèi)部某些電子模塊出現(xiàn)故障。

3.2車聯(lián)網(wǎng)對(duì)電磁兼容性能的要求

當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念是一個(gè)熱門話題，車聯(lián)網(wǎng)是由物聯(lián)網(wǎng)引申而來。隨著衛(wèi)星通信費(fèi)用的降低，公眾移動(dòng)通信技術(shù)的成熟，還有WIFI和藍(lán)牙等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這些通信手段為車聯(lián)網(wǎng)的大范圍實(shí)現(xiàn)提供了多種數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。在公眾移動(dòng)通信中4G技術(shù)已經(jīng)普及，5G技術(shù)已經(jīng)制定了國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。但以上通信手段都是依靠無線信號(hào)的傳輸，因此車輛的電磁兼容性顯得格外重要，一但通信頻率受到電磁干擾，必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率增加甚至通信阻斷。車聯(lián)網(wǎng)下的汽車不僅使用到公眾移動(dòng)通信技術(shù)，也會(huì)大范圍應(yīng)用藍(lán)牙和WIFI技術(shù)。但是藍(lán)牙和WIFI所使用的信道是有限的，這就需要合理的分配信道，滿足車輛內(nèi)部諸多電子通信模塊的需求。解決車內(nèi)電子設(shè)備電磁兼容問題的同時(shí)，也需要注意道路環(huán)境中外來電磁干擾，給車輛提供安全的駕駛環(huán)境。

四、結(jié)束語

汽車電磁兼容性已經(jīng)成為衡量汽車基本性能的重要標(biāo)志之一，影響車載電子系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，對(duì)于現(xiàn)代汽車而言，汽車電磁兼容技術(shù)與排放技術(shù)、安全技術(shù)同為汽車最為重要的幾大共性技術(shù)。研究電磁兼容性需要從電磁兼容技術(shù)基礎(chǔ)概念和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的分析入手，建立電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和管控流程，以提升電子零部件和整車的電磁兼容性能。

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