汽車電磁兼容研究概述

宋士鵬　陳寅輝

摘 要：介紹汽車電磁兼容的重要性及電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容研究的內(nèi)容包含整車級和零部件級，介紹數(shù)值仿真計算方法和實(shí)驗(yàn)測試方法，以及國內(nèi)外電磁兼容研究水平。

關(guān)鍵詞：電磁兼容;汽車;研究

0 引言

隨著汽車工業(yè)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品在汽車上應(yīng)用，目前汽車正在向智能化、信息化邁進(jìn)。隨著智能駕駛、自動泊車、車聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的運(yùn)用。車內(nèi)電磁環(huán)境日益嚴(yán)苛。解決汽車電子產(chǎn)品電磁兼容問題，保證汽車的可靠性、安全性，保證汽車行駛過程中電子產(chǎn)品不干擾外部設(shè)備且不被外部環(huán)境干擾，已經(jīng)成為了衡量汽車品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。電磁兼容（Electromagnetic Compatibility， EMC）是指在有限的空間、時間與頻譜資源等條件下，各種用電設(shè)備可以共存，并不致引起降級的一門科學(xué)。而國際電工技術(shù)委員會（IEC）認(rèn)為，電磁兼容性是設(shè)備的一種能力，它在其電磁環(huán)境中能完成它的功能，而不至于在其環(huán)境中產(chǎn)生不允許的干擾。汽車電磁兼容已經(jīng)成為汽車設(shè)計中必須考慮的問題。對于汽車使用者來說，良好的汽車電磁兼容性能是保證車內(nèi)設(shè)備正常工作的重要前提;而對于汽車制造商來說，進(jìn)行產(chǎn)品的電磁兼容前期設(shè)計，是縮短生產(chǎn)周期與降低成本的重要保證。

1 汽車電磁兼容研究的內(nèi)容

（1）整車級別的電磁兼容研究。汽車作為一個復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，在整車級別上的電磁兼容研究主要側(cè)重于輻射干擾的準(zhǔn)確預(yù)測。其中歐盟的GEMCAR項(xiàng)目組致力于開發(fā)一整套實(shí)用的汽車電磁兼容計算機(jī)建模的準(zhǔn)則。該團(tuán)隊(duì)對于整車級電磁兼容預(yù)測的主要內(nèi)容有：適合電磁全波計算的汽車車身有限元模型;汽車互聯(lián)系統(tǒng)的導(dǎo)線與線束的傳輸線模型;對各接地電子模塊的等效模型的建立，該模型主要是通過測量器件端口散射參數(shù)來得到等效電路模型。德國S.Frei團(tuán)隊(duì)結(jié)合了矩量法（MOM），傳輸線法（TML），有限元法（FEM）等算法對整車電磁兼容預(yù)測進(jìn)行了深入地研究，該團(tuán)隊(duì)將整車級電磁預(yù)測研究分為4個層次：車身模型，用網(wǎng)格處理技術(shù)得到合適的計算網(wǎng)格;汽車線束模型，利用傳輸線（MTL）對其建模;電子裝置與器件的模型，主要得到等效接地模型;天線模型。該團(tuán)隊(duì)除了對輻射的研究，還對整車系統(tǒng)的低頻電磁兼容問題以及其參數(shù)的提取做了深入地研究。AutoEMC研究工作組致力于開發(fā)一整套用于汽車電磁兼容仿真和預(yù)測的計算機(jī)分析方法。該工作組由歐洲兩大汽車制造商（寶馬和雷諾）、歐洲兩大軟件提供商（ESI和Analogy）、菲亞特技術(shù)研究中心，以及電磁兼容咨詢服務(wù)提供商Politecnico di Torino等組成。工作組研究的內(nèi)容主要是：CAD建模;確保計算機(jī)仿真科學(xué)性;確保計算機(jī)仿真的工業(yè)有效性;集成不同的仿真工具;確定電磁兼容計算機(jī)仿真的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）零部件級別的電磁兼容研究。研究表明，為了達(dá)到整車級別的電磁兼容性，車內(nèi)電器設(shè)備首先達(dá)到電磁兼容的要求是必要的前提條件。比如車內(nèi)電子控制芯片、電動機(jī)系統(tǒng)、電壓變換、蓄電池特性、電機(jī)驅(qū)動、模擬電路干擾、數(shù)控系統(tǒng)。因此對于汽車生產(chǎn)商來說，嚴(yán)格控制汽車內(nèi)部各電器元件的電磁兼容特性是整車能夠順利通過電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)的重要保證。

2 汽車電磁兼容的研究的方法

（1）數(shù)值仿真計算方法。隨著計算速度與能力的提高，計算機(jī)仿真技術(shù)在汽車電磁兼容預(yù)測研究領(lǐng)域中成為主要的手段。而現(xiàn)在的主流算法都是將成熟的算法進(jìn)行耦合對汽車電磁兼容進(jìn)行預(yù)測，具體的有：多導(dǎo)傳輸線與時域有限差分的耦合MTL/FDTD， 多導(dǎo)傳輸線與矩量法MTL/MOM， 多導(dǎo)傳輸線與有限元的耦合MTL/FEM。

（2）實(shí)驗(yàn)測試方法。實(shí)驗(yàn)測試在汽車電磁兼容中占有重要的地位。對于仿真預(yù)測的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是對仿真結(jié)果的驗(yàn)證;對于汽車生產(chǎn)商來說，任何一款新的汽車都必須通過嚴(yán)格的專業(yè)電磁兼容實(shí)驗(yàn)測試，才能上市銷售。在國內(nèi)外，在汽車的電磁兼容實(shí)驗(yàn)實(shí)測方面，已經(jīng)形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與測試方法。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際無線電干擾特別委員會（CISPR）、美國汽車工業(yè)協(xié)會（SAE）、德國標(biāo)準(zhǔn)局（DIN）、德國電氣工程師協(xié)會（VDE）等組織均在其文件中規(guī)定了抗干擾檢測的干擾類型及嚴(yán)格等級，在汽車發(fā)達(dá)國家?guī)缀跛械钠囍圃焐毯推囯娮赢a(chǎn)品的生產(chǎn)廠家均接受這些標(biāo)準(zhǔn)或把這些標(biāo)準(zhǔn)增補(bǔ)為自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國外在汽車電磁兼容測試方法上也進(jìn)行大量了研究。制定了一系列的測試標(biāo)準(zhǔn)，并研發(fā)出了相應(yīng)的測試系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)整車及零部件的傳導(dǎo)、輻射騷擾測試。國內(nèi)同時也出臺了汽車及其部件的電磁兼容技術(shù)規(guī)范。1992 年我國頒布了GB/14023-92《車輛、機(jī)動船和火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)驅(qū)動裝置無線電干擾特性的測試方法及允許值》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，對汽車向環(huán)境輻射的電磁波干擾作了限制，現(xiàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/34660-2017。 1998 年頒布了GB/17619-98《機(jī)動車電子電器組件的電磁輻射特性限值和測量方法》。2001年發(fā)布了GB/T 18387-2001《電動車輛的電磁場輻射強(qiáng)度的限值和測量方法寬帶9kHz-300MHz》。2002年頒布了GB/18655-2002《用于保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特性的限值和測量方法》。GB/18655-2002 等同采用國際電工委員會無線電干擾特別委員會IEC/CISPR 25：1995《用于保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特性的測量方法及限值》。新標(biāo)準(zhǔn)在舊標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上有部分內(nèi)容作了修改和補(bǔ)充。

3 總結(jié)

總的來說，由于長期的研究與技術(shù)積累，汽車電磁兼容在國際上已經(jīng)形成了比較成熟的體系，包括一定數(shù)量的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范與前期開發(fā)準(zhǔn)則。并且其硬件設(shè)備與軟件都比較齊全。近幾年，越來越多的研究人員進(jìn)入電動汽車以及混合動力汽車電氣系統(tǒng)的電磁兼容研究，因?yàn)檫@些新能源汽車相對于傳統(tǒng)燃油汽車電磁兼容問題更加突出。就整車電磁兼容研究來說，兩者思路與運(yùn)用的方法都非常相似。因此以前的研究成果可以很快地轉(zhuǎn)化到新型汽車的研發(fā)。中國自主品牌汽車只發(fā)展短短十幾年，以目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)條件很難從根本上解決電磁兼容問題。主要面臨兩個方面困難：在經(jīng)濟(jì)方面，以目前自主品牌的資金條件只能進(jìn)行消費(fèi)者比較關(guān)心的碰撞試驗(yàn)、排放試驗(yàn)等，還沒有能力在電磁兼容方面投入較大的資金。在技術(shù)方面，雖然自主品牌對電磁兼容技術(shù)一直潛心研究，但在技術(shù)攻關(guān)時存在許多瓶頸問題，目前仍沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。原因有兩個：一是軟件問題。由于國外企業(yè)封鎖關(guān)鍵技術(shù)，我國還沒有完全掌握整車系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)，處于摸索階段。二是硬件問題。汽車電磁兼容的測試分為零部件和整車測試，零部件通過了電磁兼容測試，并不能保證整車電磁兼容測試通過。受整車電磁兼容測試方面實(shí)驗(yàn)條件的限制，我國處理電磁兼容問題的經(jīng)驗(yàn)非常欠缺。同時，相對傳統(tǒng)汽車，電動車的電磁干擾問題更為嚴(yán)重。如果解決不好電磁兼容問題，一方面電動車會對周圍的廣播電視和通訊產(chǎn)生影響;另一方面，外部電磁干擾也會使電動汽車出現(xiàn)故障?？傊鄬τ趪?，國內(nèi)在此領(lǐng)域的研究主要面臨硬件設(shè)備落后、研究隊(duì)伍規(guī)模小、資金短缺以及缺乏與汽車制造商有效的合作等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭軍奇.EMC設(shè)計分析方法與風(fēng)險評估技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2020.5.

[2]賈晉.汽車點(diǎn)火系統(tǒng)電磁干擾預(yù)測方法的研究[D].重慶大學(xué)碩士論文，2010.5.