汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計問題及改進(jìn)措施

摘 要：對于汽車電子系統(tǒng)以及周圍電子系統(tǒng)運作的安全性來說汽車電磁兼容技術(shù)至關(guān)重要，其最終對汽車整體可靠性造成了嚴(yán)重影響。因此，要想確保EMC的良好性能，必須完善汽車電氣系統(tǒng)的EMC設(shè)計。本文主要分析了汽車電磁兼容定義，汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計存在的問題，汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計為題的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：汽車電氣系統(tǒng)；電磁兼容；改進(jìn)措施

中圖分類號：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、汽車電磁兼容概述

（一）電磁兼容定義

國家標(biāo)準(zhǔn)定義的電磁兼容是：設(shè)備系統(tǒng)在電磁環(huán)境中可以正常進(jìn)行操作，同時對存在于環(huán)境中的所有事物不會形成超出其承受能力之外的電磁干擾力。

從文字上分析，設(shè)備電磁兼容性的含義包括：第一，在電磁環(huán)境中設(shè)備由于具備一定的抗干擾能力可以正常開展工作；第二，應(yīng)當(dāng)在一定水平下對設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的電磁干擾積極抑制，在同處于一個電磁環(huán)境中不會對任何事物造成無法承受的電磁干擾。

（二）汽車電磁兼容定義

最新EEC指定對汽車電磁兼容的定義是在電磁環(huán)境中車輛、零部件或者單獨技術(shù)單元能夠開展令人滿意的工作，又不會使任何事物在該環(huán)境中產(chǎn)生不應(yīng)出現(xiàn)的電磁干擾能力。也就是汽車自身以及附近的用電設(shè)備，在汽車及其附近空間中，在一定的運行時間內(nèi)，在可用的頻譜資源環(huán)境下能夠共存卻不會造成降級。

可見，汽車對對外產(chǎn)生的輻射干擾，汽車內(nèi)部發(fā)生的耦合、干擾和傳導(dǎo)，汽車電子部件形成的抗干擾，各個電子部件之間的兼容性，汽車整體電磁環(huán)境等與汽車電磁兼容關(guān)系密切。

二、汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計存在的問題

（一）汽車電子設(shè)備線束干擾

（1）可以將等效天線看作通電的導(dǎo)線和電纜，汽車電子設(shè)備的線束造成的輻射干擾非常嚴(yán)重；（2）線束中的導(dǎo)線由于較近的距離促使其彼此平行，極大的寄生電容與電感存在于導(dǎo)線之間，這些都是產(chǎn)生串?dāng)_的重要原因；（3）設(shè)備搭鐵通過線束連接產(chǎn)生了不同的電位，極有可能通過線束的屏蔽層對搭鐵線干擾積極引入。

（二）印制線路板產(chǎn)生的電磁兼容問題

公共阻抗、線間串?dāng)_、高頻截流導(dǎo)線通過耦合形成的電磁輻射，對高頻輻射印制線路板產(chǎn)生的感應(yīng)以及在長線傳輸中波形發(fā)生的畸變等都屬于印制電路板上的電磁兼容問題。

（三）車內(nèi)電磁干擾

汽車電子設(shè)備開始工作時內(nèi)部產(chǎn)生的干擾便是車內(nèi)電磁干擾，具體是指電子元器件出現(xiàn)的電子噪聲，換向電刷以及各種開關(guān)在電機(jī)運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾和放電干擾，其中汽車點火系統(tǒng)出現(xiàn)的高頻輻射最為嚴(yán)重，出現(xiàn)了最大的干擾能量。

（四）很難確保電磁兼容

伴隨著各種車輛逐漸增多的開發(fā)功能，很多重點和非重點的車載電器電子模塊被車輛應(yīng)用，例如汽車制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制、車內(nèi)娛樂系統(tǒng)、電子轉(zhuǎn)向動力功能、控制冷暖轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及各種車載信息通訊系統(tǒng)等。由于電氣電子部件裝配種類逐漸增多，設(shè)計和測試這些部件的領(lǐng)域又體現(xiàn)出高度的專業(yè)化，因此對這些部件汽車廠商通過外包的方式實施生產(chǎn)研究，并且大多數(shù)是由不同的公司承擔(dān)不同的部件。還有一些汽車廠商直接采用集成拼湊普通電氣電子部件的方法達(dá)到功能要求，因此，汽車電氣電子系統(tǒng)采用的拼裝集成式很難保證電磁兼容性。

三、汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計為題的改進(jìn)措施

（一）減小導(dǎo)線之間的互相干擾

當(dāng)導(dǎo)線之間出現(xiàn)串?dāng)_問題時，一根導(dǎo)線上的信號會與另一根信號線進(jìn)行耦合，干擾了由這根信號線所連接的電路，在導(dǎo)線平行之間經(jīng)常出現(xiàn)這一現(xiàn)象。在布線過程中，特別關(guān)注傳輸?shù)碗娖侥M信號問題，系統(tǒng)性能降低的重要原因是周圍導(dǎo)線對其產(chǎn)生的串?dāng)_。因此在設(shè)計布線過程中，應(yīng)當(dāng)盡量減少彎曲電纜布線的次數(shù)、穿通孔數(shù)量、線路長度等；盡可能分開數(shù)字地與模擬地，盡量使它們之間的干擾減少；把屏蔽線與保護(hù)線添加至重要線，通過電氣隔離和空氣分離處理輸入線和輸出線；憑借分離最大化空間確定安裝的無線電以及其他信息設(shè)備，盡可能減少可能發(fā)生的串?dāng)_問題。

（二）設(shè)計線路板的重要規(guī)律

在印制板布線過程中首先在板上明確元器件的具體位置，之后對搭鐵線和電源線進(jìn)行布置，再組織設(shè)計高速信號線，最終對低速信號線進(jìn)行考慮。根據(jù)電源電壓、數(shù)字模擬電路、高低速度、大小電力以對元器件的位置積極分組，避免產(chǎn)生干擾。印制線路板上需安排連接器的各個引腳應(yīng)根據(jù)元器件的位置積極確定。在一側(cè)印制電路板安排全部連接器，盡可能不要從兩側(cè)電纜引出，以便有效降低共模輻射。

（三）干擾限制電動機(jī)等部件

高壓電路是點火系統(tǒng)的一個潛在干擾源，嚴(yán)重影響了傳感器與無線電接收。當(dāng)前解決的方法是使用能夠?qū)﹄娮柽M(jìn)行抑制的火花塞和電纜插座。但是在抑制電阻使用過程中，應(yīng)當(dāng)對點火能量與電平干擾抑制整體考慮，爭取二者實現(xiàn)平衡。可以選擇從電動機(jī)自身著手抑制電動機(jī)產(chǎn)生干擾，由于接觸部分的不良反應(yīng)、不夠干凈的電刷等都會出現(xiàn)相當(dāng)于正常運轉(zhuǎn)若干倍的干擾情況。為了降低干擾情況，需要保證具有可靠的接觸，正常的開合動作，同時保持均勻的觸頭壓力，對于電動機(jī)換流時碳刷火花出現(xiàn)的干擾，可以選擇適合的抑制元件對這一干擾有效限制。

執(zhí)行電磁機(jī)構(gòu)通斷形成的電壓脈沖，可以將線圈中的電阻、電容與二極管等進(jìn)行并聯(lián)實現(xiàn)對干擾進(jìn)行抑制的目的。要想獲得良好的抑制效果，應(yīng)當(dāng)選擇科學(xué)的元器件參數(shù)。

（四）ECU的干擾限制

所有ECU中，CPU時鐘頻率的科學(xué)選擇是EMC的首要要求，需要盡量使用較低的頻率。當(dāng)前產(chǎn)生了一個錯誤現(xiàn)象，CPU時鐘頻率的選擇在逐漸提高，同時還在盡可能保證平滑的信號過渡曲線。另外，全部有可能出現(xiàn)敏感和產(chǎn)生干擾的元器件，都無法耦合連接線束，應(yīng)盡可能將接插件遠(yuǎn)離元器件位置。

四、結(jié)束語

汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計問題與很多因素相關(guān)，要想有效解決這些問題，就需要使用對應(yīng)的解決措施。伴隨著不斷完善與進(jìn)步的電子技術(shù)，目前汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計更加復(fù)雜，因此，在今后很長時間內(nèi)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研究汽車電氣系統(tǒng)EMC設(shè)計改進(jìn)措施，這不但推動了我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，并且還保證汽車安全行駛。

參考文獻(xiàn)：

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[作者簡介]閆崗（1984-），男，河北辛集人，助理工程師，本科，研究方向：PCB板EMC設(shè)計。