汽車電子電氣設(shè)備的傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)方法的研究

楊廷樺 張勝龍

摘要：電子電器設(shè)備作為汽車的重要組成部分，能夠直接影響汽車運(yùn)行性能，但是在電子電器設(shè)備運(yùn)行過程中，會受到一定的干擾影響，所以必須明確汽車傳導(dǎo)干擾特征，進(jìn)而對其傳導(dǎo)抗干擾性能進(jìn)行優(yōu)化，能夠全面提高汽車運(yùn)行性能。因此，本文將對汽車電子電氣設(shè)備的傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)方法進(jìn)行深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進(jìn)一步促進(jìn)汽車電子電器設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量提高，促進(jìn)我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

Abstract： Electronic and electrical equipment， as an important part of the car， can directly affect the performance of the car. However， during the operation of the electronic and electrical equipment， it will be affected by a certain amount of interference. Therefore， the characteristics of the conduction interference of the car must be clarified， and then its conduction anti-interference performance Carrying out optimization can comprehensively improve the running performance of the car. Therefore， this article will conduct in-depth research and analysis on the conduction interference test methods of automotive electronic and electrical equipment， and put forward some reasonable opinions and measures， aiming to further improve the operation quality of automotive electronic and electrical equipment and promote the development of China's automotive industry.

關(guān)鍵詞：汽車;電子電器設(shè)備;傳導(dǎo)干擾;試驗(yàn)方法;優(yōu)化措施

Key words： automobiles;electronic and electrical equipment;conducted interference;test methods;optimization measures

中圖分類號：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0115-03

0 ?引言

當(dāng)前在我國出臺的汽車相關(guān)規(guī)定文件中，對于汽車的電磁兼容性已經(jīng)進(jìn)入汽車公告和強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證范圍內(nèi)，電磁兼容要求法規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化，所以對于汽車電磁兼容性能的檢測工作相繼開展。汽車電磁兼容性測試和試驗(yàn)工作具有重要意義，涉及到汽車的電子電器設(shè)備、系統(tǒng)電磁兼容建模、開發(fā)、檢驗(yàn)以及干擾等多個階段。本文依據(jù)國家規(guī)定向的汽車電子電器設(shè)備傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)方法規(guī)定，以汽車暖風(fēng)電機(jī)作為主要研究對象，全面分析其試驗(yàn)方法并得到相應(yīng)的結(jié)論。

1 ?汽車電子電器設(shè)備電磁兼容性分析

1.1 電子電器設(shè)備電磁兼容性

電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境重負(fù)荷要求運(yùn)行，不會對所應(yīng)用環(huán)節(jié)中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾能力，電磁兼容性主要包括兩個方面的要求，即設(shè)備在正常運(yùn)行期間對所處于環(huán)境中產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定限制，以及設(shè)備對所處環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抵抗能力，也就是電磁敏感性。在電子設(shè)備應(yīng)用之初，對于電磁兼容性的研究不夠深入，且大部分電子電器設(shè)施制造企業(yè)沒有考慮到電磁兼容性的問題，但是隨著使用的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備電信號電壓逐漸變低，且時鐘頻率逐漸提升，電磁兼容性所存在的問題逐漸暴露，為此關(guān)于該領(lǐng)域的研究不斷深入[1]。

電磁干擾主要由傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種不同類型，傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號，以導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線的方式發(fā)生互相干擾的問題;輻射干擾是指電子電氣設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合將干擾信號傳遞到其他電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備中。為了防止電子電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾影響其他設(shè)備工作，對于電子電氣設(shè)備在電磁兼容性方面的要求不斷提高，我國也相繼出臺了電子電氣設(shè)備的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 汽車電子電氣設(shè)備傳導(dǎo)干擾分析

汽車中含有大量的電子電氣設(shè)備，各電子電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中，如果電磁兼容性較差，會導(dǎo)致產(chǎn)生過大的電磁干擾，從而對其他電子電氣設(shè)備運(yùn)行造成影響，是影響汽車行駛性能以及安全性的重要因素，所以我國對于汽車電子電氣設(shè)備的電磁兼容性具有明確要求，制造廠商必須對電子電氣設(shè)備的電磁兼容性進(jìn)行檢測，保證各電子電氣設(shè)備和系統(tǒng)能夠有效應(yīng)對不同等級的電磁干擾。在汽車內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)行時，傳導(dǎo)干擾會通過各種設(shè)備連接的電源線傳遞，如果電子電氣設(shè)備的抗干擾能力較差，則會導(dǎo)致部分設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障。在汽車電子電氣設(shè)備的傳導(dǎo)干擾測量方面，主要是對被檢測設(shè)備利用電源線向外部發(fā)生的干擾進(jìn)行測試，所以測試對象主要是EUT的輸入電源線、互連線以及控制線等，測量頻率根據(jù)被檢測設(shè)備進(jìn)行確定，主要的測試方法為電流測試方法和電壓測試方法，測試方法選擇需要依據(jù)被檢測設(shè)備的頻段。如果需要測量的被檢測設(shè)備饋入到電源線中產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾電壓，則可以采用電壓測試方法中的電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)方法，將其應(yīng)用在電網(wǎng)和被檢測設(shè)備之間，將電源與被檢測設(shè)備進(jìn)行隔離，從而能夠獲得僅為被檢測設(shè)備所發(fā)射的干擾電壓，不會獲得饋入來自網(wǎng)絡(luò)的干擾，同時在規(guī)定頻率范圍之內(nèi)，對傳導(dǎo)干擾信號提供規(guī)定的穩(wěn)定阻抗，以便于能夠獲得較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，通過測量結(jié)果評價汽車電子電氣設(shè)備中的電磁兼容性情況，如果發(fā)現(xiàn)某電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾較大，或電子設(shè)備的抗干擾能力不足，則需要對其進(jìn)行調(diào)整，從而能夠有效提升汽車運(yùn)行整體性能。

2 ?ES傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)方法分析

2.1 瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)分析

瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射是指被檢測設(shè)備在接通、切斷的瞬間通過電源線所產(chǎn)生瞬態(tài)干擾信號，瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射是潛在的傳導(dǎo)干擾源，在試驗(yàn)過程中需要保證不能受到其他電磁因素的影響。這種試驗(yàn)方法所采用的示波器分辨率較高，主要是測量被檢測設(shè)備在斷開、閉合和其他工作模式下所產(chǎn)生的瞬間電壓，并對瞬間電壓的最大正負(fù)幅值、上升時間、下降時間以及脈沖等參數(shù)進(jìn)行記錄，要求最好記錄十個波形數(shù)值，記錄中含有最大正幅度波形和最小正幅度波形，之后按照相關(guān)規(guī)定對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從而能夠得到汽車電子電器設(shè)備的傳導(dǎo)干擾參數(shù)。

2.2 連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射方法分析

連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射方法是指通過接收機(jī)測量被檢測設(shè)備在運(yùn)行過程中，在電源線中形成的連續(xù)高頻干擾，為了確保汽車內(nèi)接收機(jī)不會受到干擾的影響，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)頻率范圍需要控制在0.15-105MHz之內(nèi)，并在該范圍內(nèi)劃分為五個不同等級。連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)方法可以分為電壓測量和電源探頭測量兩種不同模式，電壓測量主要用于電源線中的干擾，采用人工電源網(wǎng)絡(luò)將其與接收機(jī)連接;電源探頭測量則主要應(yīng)用與信號線和數(shù)據(jù)線中產(chǎn)生的干擾，將被測電源探頭與接收機(jī)相連。試驗(yàn)設(shè)計(jì)需要按照被檢測設(shè)備在車內(nèi)的安裝位置進(jìn)行確定，一般分為遠(yuǎn)端接地和近端接地兩種不同測量模式。

2.3 傳導(dǎo)抗干擾試驗(yàn)方法分析

傳導(dǎo)抗干擾試驗(yàn)主要是對ESA在不同信號干擾條件下是否能夠保持正常運(yùn)行狀態(tài)的一種測試方法，干擾信號一般含有繼電器開關(guān)運(yùn)行期間產(chǎn)生的快速脈沖群、交流和直流馬達(dá)運(yùn)行產(chǎn)生的高能量冒充、電源和感性負(fù)載斷開運(yùn)行時產(chǎn)生的瞬間脈沖、電源發(fā)生中斷導(dǎo)致的瞬間脈沖以及電源開關(guān)時間過程中出現(xiàn)的電源變化等。在該試驗(yàn)方法應(yīng)用過程中，首先需要對脈沖極性、幅度以及寬度進(jìn)行校準(zhǔn)，在調(diào)試驗(yàn)脈沖發(fā)生器調(diào)整完成后，根據(jù)實(shí)際情況對其施加脈沖，并根據(jù)測量結(jié)果對被檢測設(shè)備等性能參數(shù)進(jìn)行評價[2]。

3 ?ESA傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)平臺分析

3.1 瞬間傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)平臺

為了提高試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，必須構(gòu)建完善的瞬間傳導(dǎo)發(fā)射平臺，本文利用某企業(yè)開發(fā)的AES5500系統(tǒng)和高端示波器作為系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)，內(nèi)部系統(tǒng)包括示波器、電壓探頭、人工網(wǎng)絡(luò)、被檢測設(shè)備、接地平板、電源以及長度低于100mm的接地線。AES5500系統(tǒng)中含有人工電源網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、控制電源以及機(jī)械開關(guān)，本次試驗(yàn)系統(tǒng)中含有高壓差分探頭，試驗(yàn)電壓最大能夠達(dá)到1500V;該系統(tǒng)具有電子開關(guān)響應(yīng)速率較快、關(guān)聯(lián)電阻能夠調(diào)整以及示波器帶寬較高等多項(xiàng)特點(diǎn);在瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射器應(yīng)用過程中，必須明確被檢測設(shè)備為快速脈沖或慢速脈沖、明確通電過程的瞬態(tài)現(xiàn)象和斷電過程中的瞬態(tài)現(xiàn)象明顯程度，之后通多多次反復(fù)試驗(yàn)確定最具代表性的瞬態(tài)現(xiàn)象。圖1為瞬態(tài)傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺。

3.2 連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射平臺

本文所采用的連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)平臺為某企業(yè)生產(chǎn)的接收機(jī)和LISN以及其他設(shè)備，內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)成包括電源、人工網(wǎng)絡(luò)、被檢測設(shè)備、模擬負(fù)載、接地平板、電源線、低相關(guān)介電常數(shù)支撐設(shè)備、同軸電纜、檢測設(shè)備、屏蔽室、50Ω負(fù)載以及壁板連接器。電源正負(fù)極各采用一個LISN輸入端，輸出端分別連接被檢測設(shè)備的正負(fù)電極，電源正極對應(yīng)LISN1測試端的50Ω負(fù)載，電源負(fù)極對應(yīng)LISN2的測試端接收機(jī)。在采用該試驗(yàn)平臺時，被檢測設(shè)別的電源線需要控制在200mm之內(nèi)，如果超過200mm可能會出現(xiàn)衰減過大的問題，且在試驗(yàn)期間接收機(jī)的輸出端必須插入射頻衰減器，從而能夠防止因過壓問題導(dǎo)致接收機(jī)受損。

3.3 傳導(dǎo)抗干擾平臺

本文所采用的傳導(dǎo)抗干擾試驗(yàn)平臺主要包括示波器、電源探頭、電源內(nèi)阻為R的試驗(yàn)脈沖發(fā)生器、被檢測設(shè)備、接地平板、最大長度為100mm的接電線、任意電阻以及任意二極管橋;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中包括小型汽車瞬變模擬器UCS200N、拋負(fù)載模擬器LD200N、電壓跌落模擬器VDS200N50、軟件、附件以及電纜共同工程。每個信號發(fā)生器可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下安裝在機(jī)柜中同時運(yùn)行，利用UCS200N中的中央耦合矩陣開關(guān)輸出測試信號;該系統(tǒng)每個設(shè)備都安裝IEEE455口，能夠通過手動操作完成，也可以采用自動化技術(shù)完成，試驗(yàn)人員能夠按照自身需求選擇相應(yīng)的儀器設(shè)備，因?yàn)椴煌髽I(yè)對于測試的要求不同，可以在7638系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加微脈沖結(jié)構(gòu)，從而滿足試驗(yàn)人員的特殊脈沖需求;在脈沖注入系統(tǒng)前，需要通過示波器和高壓差分探頭對脈沖進(jìn)行調(diào)整，確保示波器中所顯示的參數(shù)能夠滿足試驗(yàn)要求。

因?yàn)槊}沖3a和3b的頻率較高，所以在校準(zhǔn)過程中需要接入衰減器，從而能夠提高測試結(jié)果準(zhǔn)確性。因?yàn)楸敬卧囼?yàn)平臺帶有直流電源，所以不需要為被檢測設(shè)備接入外部電源，平臺中含有耦合單元能夠?qū)⒏蓴_脈沖耦合在電源線中，在脈沖注入的過程中，需要從UCS200N前面板的插頭區(qū)域引出正負(fù)極，將其直接連接在被檢測設(shè)備的電源端子中，引出線長度需要控制在50cm左右，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，脈沖發(fā)生器端口和被檢測設(shè)備的連接導(dǎo)線長度為50cm±10cm，且在條件允許的情況下，需要減少被檢測設(shè)備電源線長度，同時將線束放置在絕緣材料中，確保試驗(yàn)安全，還能夠避免對試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性造成影響[3]。

4 ?試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)分析

本文以汽車的暖風(fēng)電機(jī)作為被檢測設(shè)備，通過電子開關(guān)對暖風(fēng)電機(jī)進(jìn)行通電和斷電，從而獲取典型電壓的瞬態(tài)波形。按照測試結(jié)果來看，因?yàn)榕L(fēng)電機(jī)為感性負(fù)載，當(dāng)發(fā)生供電被突然切斷的情況時，會出現(xiàn)反向瞬態(tài)高壓，線圈在開始階段的儲能越多，則對切斷的響應(yīng)速率越快，出現(xiàn)的瞬變電壓則越高。在本次試驗(yàn)中方向電壓最高達(dá)到600V，相比于其他相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果而言，本次試驗(yàn)中瞬變時間較快，已經(jīng)達(dá)到了納秒級別，在這種情況下，所產(chǎn)生的瞬間電壓較大，會對汽車電子電氣設(shè)備模塊運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，甚至?xí)?dǎo)致電子電器設(shè)備出現(xiàn)損壞。干擾能夠利用電源線傳導(dǎo)的方式，對汽車電子電器設(shè)備造成影響，同時黨無線電干擾頻率高出一定頻率后，線路會通過天線向外部發(fā)射無線電干擾，對汽車內(nèi)外的電子電器設(shè)備正常運(yùn)行造成很大影響。圖2為暖風(fēng)電機(jī)瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果。

4.2 連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)將汽車的暖風(fēng)電機(jī)作為被檢測設(shè)備，采用遠(yuǎn)端接地方式，利用電壓測量方式獲取被檢測設(shè)備的連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果中包括峰值掃描結(jié)構(gòu)和平均峰值掃描結(jié)果，限值包括零部件電源輸入端帶寬傳導(dǎo)干擾限值（峰值）、零部件電源輸入端帶寬傳導(dǎo)干擾限值（準(zhǔn)峰值）以及零部件電源輸入端窄帶寬傳導(dǎo)干擾限值。按照測試結(jié)果可以看出，暖風(fēng)電機(jī)的電源輸入端傳導(dǎo)發(fā)射超過規(guī)定中最寬松的傳導(dǎo)發(fā)射限制，尤其是在30MHz-105MHz中，整體頻段都超過了允許峰值，不含有控制電源的電機(jī)只會受到含有寬帶的干擾源影響，且為長時型干擾類型，所以需要采用濾波以及屏蔽等方式降低其干擾程度。

4.3 傳導(dǎo)抗干擾試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)方案以汽車暖風(fēng)電機(jī)作為被檢測設(shè)備，對電源線采用干擾脈沖，所得到的試驗(yàn)結(jié)果具體內(nèi)容如表1所示。

因?yàn)槠嚺L(fēng)電機(jī)中沒有微電子電路以及高頻元件，所以所產(chǎn)生的干擾不會造成永久性破壞。因?yàn)槊}沖5屬于能量較大的脈沖等級，所以除了能夠評價被檢測設(shè)備在脈沖5作用下的抗干擾能力之外，還能夠用于脈沖對電子電器設(shè)備破壞性的評價中。從上述表格中可以看出，脈沖1、脈沖2a與脈沖2b對汽車南風(fēng)電機(jī)的影響較小，所以建議汽車生產(chǎn)商需要充分考慮到汽車電子電器設(shè)備的抗干擾能力情況，可以通過利用二極管、齊納二級、變阻器、電容器、抑制濾波以及阻尼電阻等方式將其與可能會受到干擾的端子進(jìn)行連接。同時，必須保證安裝位置合理，從而能夠有效提高汽車電子電器設(shè)備的抗干擾能力。

在當(dāng)前的相關(guān)研究中，所提出的脈沖類型并不足以覆蓋全部汽車的瞬變情況，但是也綜合了許多方面的干擾對ESA進(jìn)行評價，包括高速低能量脈沖、低速高能量脈沖、速度與能量都為中等等級的脈沖以及直流電壓中斷等，所以綜合評價結(jié)果較為準(zhǔn)確，可以在安裝12V、24V系統(tǒng)的汽車、普通貨車等設(shè)備檢測評價中使用。

5 ?汽車電子電氣設(shè)備電磁兼容性提升有效策略

通過上文的分析可以明確，在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，電子電氣設(shè)備的電磁兼容性對其汽車性能和安全性會造成直接影響，且隨著電子電氣設(shè)備中微電腦逐漸增加，大量設(shè)備的使用使得汽車系統(tǒng)內(nèi)部電磁環(huán)境不斷復(fù)雜，逐漸增多的脈沖噪音、放射電磁場、經(jīng)典以及電壓變化等，會引起汽車電子電氣設(shè)備出現(xiàn)誤動甚至損壞的問題，所以需要提升汽車電子電氣設(shè)備的電磁兼容性，本文總結(jié)如下幾項(xiàng)策略：①電源方面。電源線兩端考慮采隔離接地，以免接地回路（Ground Loop）形成共同阻抗耦合（Common Impedance Coupling）將噪聲耦合至信號線;避免將電源與信號線接至同一接頭;開關(guān)式電源供應(yīng)器加裝隔離罩以防輻射性發(fā)射干擾，濾波器選用器選用π型或T型可抑制寬波段噪聲，陶鐵磁體（Ferrite）材質(zhì)可抑制射頻噪聲。②信號線方面。信號輸入線和輸出線盡量避免排在一起，從而能夠避免干擾問題發(fā)生;不同類型的信號線需要避免混雜接在一個接頭中，需要按照信號線類別安裝隔離;輸入信號線與輸出線盡量避免同在一個接頭上，如不能避免時應(yīng)將輸入與輸出信號錯開。③電路設(shè)計(jì)。具干擾性的回路，如時脈、驅(qū)動器、交換式電源的開關(guān)和閉合、振蕩器式控制信號，應(yīng)加隔離遮蔽。

6 ?結(jié)束語

綜上所述，本文全面闡述了汽車電子電氣設(shè)備電磁兼容新的基本內(nèi)涵，同時對電子電氣設(shè)備的傳導(dǎo)干擾檢測方法進(jìn)行分析，將其應(yīng)用在實(shí)踐檢測中，最后提出一些能夠強(qiáng)化汽車電子電氣設(shè)備抗干擾能力的方法，希望能夠?qū)ξ覈嚿a(chǎn)制造行業(yè)起到一定的借鑒和幫助作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋冬玲.電氣調(diào)試中電子電路的干擾問題研究[J].信息周刊，2019（35）：1.

[2]劉振東，鄧青青，陳黎君，季強(qiáng).基于整車道路耐久試驗(yàn)的電子功能檢查方法研究[J].上海汽車，2020，363（11）：28-31，47.

[3]許建雄.電氣調(diào)試中電子電路的干擾問題研究[J].中國高新科技，2019（008）：3.