重型汽車(chē)電磁兼容性問(wèn)題分析

1.電磁兼容性的概念及意義

　　隨著(zhù)重型汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)在現代重型汽車(chē)上得到了廣泛的應用，而這些新技術(shù)的應用對整個(gè)汽車(chē)電器系統的可靠性提出了更高的要求，即各個(gè)電子裝置和電子控制系統必須相互適應。這就要求我們必須重視汽車(chē)電器系統的電磁兼容性。

　　電磁兼容性（EMC）是指電器裝置或電氣系統不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾并工作在指定環(huán)境中的能力。汽車(chē)上的電子電器設備所產(chǎn)生的電磁干擾也會(huì )給汽車(chē)本身裝備的電子控制系統及其它電子產(chǎn)品的正常工作帶來(lái)不利影響。因此，要保證諸如ABC、發(fā)動(dòng)機燃油電子控制等系統和其它電子設備的正?？煽抗ぷ?，就必須重視對電磁兼容性的研究和設計。

2.汽車(chē)電磁干擾產(chǎn)生的原因和危害

　　汽車(chē)電子設備和汽車(chē)電子產(chǎn)品中的許多到縣、線(xiàn)圈和帶熔點(diǎn)的電器具有不同的電容和電感，這些電容、電感構成的閉合回路中會(huì )形成震蕩回路。在電路斷開(kāi)和接通的瞬間，觸點(diǎn)間會(huì )產(chǎn)生火花或電弧。電火花和電弧本身就是一個(gè)發(fā)射高頻電磁的干擾源，其產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）會(huì )向四周的空間發(fā)射電磁波，影響其他通訊設備和電子設備的正常工作。因此，汽車(chē)行駛時(shí)這種干擾電磁波可能破壞大多數無(wú)線(xiàn)電設備的正常工作，還能擾亂軍用車(chē)輛上攜帶的導彈系統部分無(wú)線(xiàn)電、雷達和計算機電路控制系統的正常工作。此外，汽車(chē)產(chǎn)生的電磁干擾不但能影響外界的電子設備的正常的工作，而且也會(huì )影響汽車(chē)電器系統本身日益怎過(guò)的現代化汽車(chē)電子電器設備和汽車(chē)電子電器產(chǎn)品的正常工作，同時(shí)，外界的電磁干擾也會(huì )影響汽車(chē)上電子設備的正常工作。因此，為了防止電磁環(huán)境干擾對汽車(chē)電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響，避免汽車(chē)電子產(chǎn)品的性能，劣化或功能的喪失，保證大量汽車(chē)電子設備能在同一個(gè)電器系統中彼此互無(wú)影響并可靠工作，就必須確定一個(gè)合適的干擾極限，以保證電磁干擾(EMl)輻射和電磁靈敏度(EMS)極限之間存在足夠的安全容限。所以解。決汽車(chē)電器系統的電磁兼容性已成為一個(gè)重要課題。

3.國內外電磁兼容性的研究概況

　　汽車(chē)技術(shù)比較先進(jìn)的國家都十分重視對汽車(chē)電磁兼容性的研究，紛紛制定了相應法規；各大汽車(chē)生產(chǎn)商則投入資金建立相應的汽車(chē)電磁兼容性研究中心，對其整車(chē)執行測試認可，對汽車(chē)電子產(chǎn)品零部件的批量生產(chǎn)進(jìn)行檢查，分析事故的賠償責任，對整車(chē)電磁環(huán)境的測試進(jìn)行分析和描述，從而提出整車(chē)電氣系統和汽車(chē)電子產(chǎn)品的電磁兼容性設計的技術(shù)要求。

　　目前，國內相對實(shí)力較強的幾大汽車(chē)廠(chǎng)家亦認識到電磁兼容性的重要性，并著(zhù)手這方面的研究，但同先進(jìn)國家相比差距還是比較大的。

4.電磁兼容性設計的概念

　　隨著(zhù)對汽車(chē)電磁兼容性研究和分析的深入，汽車(chē)電器系統的電磁兼容性設計就成為一個(gè)重要的課題。電磁兼容性設計的概念是指在進(jìn)行汽車(chē)電氣線(xiàn)路整體設計時(shí)根據車(chē)輛具體的技術(shù)參數和車(chē)輛的實(shí)際適用環(huán)境，從分析各種干擾源的特性和技術(shù)參數人手，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(chē)電子產(chǎn)品及設備正常工作。

5.電磁兼容性設計的內容

　　電磁兼容性設計內容主要包括三個(gè)方面，即切斷電磁輻射進(jìn)入電子產(chǎn)品內部產(chǎn)生相互干擾的通路；提高對電磁效應敏感器件的質(zhì)量；從汽車(chē)電器系統的總體和電路設計方面采取措施對最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護。在此著(zhù)重介紹汽車(chē)電器系統的總體和電路設計。

　　5.1 電路設計

　　電路設計主要包括選擇電子元件和電路、識別臨界電路的步驟屏蔽、隔離臨界電路和采用抑制干擾技術(shù)的方案及確定連線(xiàn)和接地的原則等，重點(diǎn)在于了解采用元件的電磁敏感門(mén)限數據，制定出一個(gè)可行的整體電路設計方案。

　　5.2 布線(xiàn)和結構設計

　　主要包括連線(xiàn)和接地的實(shí)施原則和元件、布線(xiàn)、不同電路的電磁屏蔽隔離，以及抗擾規劃、結構類(lèi)型、材料選用、材料接觸腐蝕、表面涂履等，重點(diǎn)是抓住屏蔽隔離的效能、對開(kāi)口處的處理和結構的綜合利用。

　　5.3 系統和總體設計

　　對系統所有的分系統、裝置、組件和元件應規定各自的控制指標及其間的協(xié)調，從總體的系統功能上制定出抗干擾的實(shí)施方案和采取的主要措施。

　　對上述的三個(gè)部分而言，電磁兼容性設計重點(diǎn)是系統設計和電路設計。但其中電子元器件的電磁敏感門(mén)限測試分析是設計工作的基礎。

6 抑制干擾源的技術(shù)措施

　　一般來(lái)說(shuō)電磁噪聲是難以消除的，但可采取各種措施，把電磁噪聲抑制到不致產(chǎn)生電磁干擾的程度。通常單用一種簡(jiǎn)單的辦法來(lái)解決電磁噪聲問(wèn)題往往難以奏效，所以最好采用幾種不同的組合方法。

　　6.1 一般要求

　　汽車(chē)電磁噪聲的抑制，可以在接受器方面進(jìn)行，但由于接受頻率、干擾電波的傳播方式及其它種種實(shí)際情況，在接受器端采取措施是較為困難的。由于汽車(chē)電器設備的電磁噪聲能干擾其他通訊設備和各種電子設備，所以應考慮抑制汽車(chē)電器設備本身產(chǎn)生的電磁噪聲。汽車(chē)上各種電器產(chǎn)生的電磁干擾電波特性與電平是各不相同的，所以干擾的抑制辦法也應符合其特性和電平。抑制干擾電波設計可采用阻尼、屏蔽、濾波和連接等基本措施，且必須滿(mǎn)足4個(gè)條件：①有良好的抑制效果。②不妨礙汽車(chē)電器設備本身的性能。③可靠性高，使用方便。④價(jià)格合理。

　　6.2 電磁噪聲抑制器

　　目前國內外汽車(chē)使用的抑制器基本是由電阻體、電感、電容即所謂R、I、C單個(gè)或組裝而成，例如電阻體、屏蔽導線(xiàn)、電容器、抑制干擾電感線(xiàn)圈及抑制干擾濾波器等。

　　6.3 方法

　　6.3.1 屏蔽

　　屏蔽是在兩個(gè)區域之間建立電磁屏障保護系統中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法。

　　屏蔽的形式多種多樣，可以是隔板、盒式封閉體，也可以是電纜或連接器式的屏蔽。屏蔽的效能用屏蔽有效度表示，它不僅與屏蔽材料有關(guān)，而且與材料的厚度、應用頻率、輻射源到屏蔽層的距離以及屏蔽層不連續的形狀和數量有關(guān)。

　　屏蔽有兩個(gè)主要目的：一是使輻射電磁能限制在特定區域之內(稱(chēng)主動(dòng)屏蔽)。主動(dòng)屏蔽是指干擾源處于內部，并防止干擾波泄漏到外部空間的結構，必須進(jìn)行接地，且接地電阻越小越好。二是防止輻射電磁能進(jìn)入特定區域(稱(chēng)被動(dòng)屏蔽)。被動(dòng)屏蔽是指干擾源處于外部，并防止干擾波進(jìn)入屏蔽空間的結構。

　　屏蔽設計的步驟是：①確定待屏蔽的干擾電平和能量密度；②估算屏蔽層另一側的允許信號電平；③結合產(chǎn)品的結構和外殼設計，選擇詳細的屏蔽設計方案。屏蔽的設計原則是：①高頻電場(chǎng)屏蔽應用銅、鋁和鎂等良導電材料，以得到最大的反射效率。②低頻磁場(chǎng)屏蔽應用磁性材料，如鐵和鎳鐵高導磁合金，以得到最大的吸收效率。③足夠厚度的屏蔽層可屏蔽任何頻率的電場(chǎng)，且有很高的屏蔽效能。④多層屏蔽(包括機殼與電纜)能在寬頻帶上提供高屏蔽有效度，但需考慮成本和其他性能要求(如電纜可撓度)。⑤用來(lái)密封縫隙的各種結合面必須清潔，不能有不導電的涂層。⑥為了保持外殼的屏蔽效能，對必不可少的穿線(xiàn)孔應加導電襯層、彈簧墊圈、波導衰減器和柵網(wǎng)等。

　　6.3.2 連接

　　連接是在兩個(gè)金屬面之間建立低阻抗通路。這個(gè)通路可在接地基準與元件、電路、屏蔽物和結構件之間建立。連接的目的在于建立均勻的電氣結構，即在結構上設法使射頻電流的通路均勻，避免在金屬件間產(chǎn)生電位，從而造成干擾。

　　6.3.3 接地

　　接地就是在兩點(diǎn)之間建立導電通路，其中的一點(diǎn)通常是系統的電氣元件，而另一點(diǎn)則是參考點(diǎn)。

　　一個(gè)接地系統的有效性取決于在多大程度上減小接地系統的電位差和減小地電流。

　　6.3.4 濾波

　　屏蔽主要是為了解決輻射干擾，而濾波則主要是解決通過(guò)傳導途徑造成的干擾。兩者均涉及連接和接地技術(shù)、電磁干擾濾波器的有效性在很大程度上受源阻抗和負載阻抗的影響。

　　6.4 抗電磁干擾設計的技術(shù)措施

　　有許多技術(shù)措施可以用來(lái)減小電子系統對電磁干擾的敏感性，如屏蔽、連接、濾波、接地、線(xiàn)路設計和元器件選擇等。屏蔽、連接、濾波、接地在前面已敘述，下面重點(diǎn)論述元器件選擇和電路設計。

　　元器件選擇和電路設計是抗電磁干擾和電磁兼容性設計的重點(diǎn)之一，通過(guò)選擇元件及抗擾篩選，以得到高抗干擾門(mén)限值的元件。這項措施可使系統的抗干擾性增加10-3dB。

　　使設計的電路具有高信號電平和低阻抗特性，可大大降低對干擾的靈敏度。一般采取的辦法是縮短元件和電路的連線(xiàn)，采用屏蔽的雙絞線(xiàn)作連線(xiàn)。

　　對電路來(lái)說(shuō)，數字電路比線(xiàn)性、模擬電路抗擾性強，低速數字電路比高速數字電路有更低的電磁靈敏度。

　　在確定元件和電路時(shí)，除要注意其電磁干擾靈敏度之外，還應注意一些會(huì )產(chǎn)生電磁干擾的元件和電路。它們也匯兌系統早晨股應有的影響，或使信號發(fā)生畸變，或產(chǎn)生干擾電壓、干擾電流，或使系統造成工作失誤。在設計與測試時(shí)都應給予注意。

　　6.5 電路布局原則

　　1. 正確布置元件的位置和方向。最敏感元件應遠離于擾源。

　　2. 布線(xiàn)要合理。不同用途不同電平的導線(xiàn)如輸入與輸出線(xiàn)、弱電與強電要遠離，且不能平行；接地線(xiàn)長(cháng)度要盡量短，截面要盡量大。

　　3. 關(guān)鍵元件、電路和走線(xiàn)都要加屏蔽，屏蔽要合理接地。

7.結語(yǔ)

　　總之，汽車(chē)產(chǎn)生的電磁干擾不僅能影響外界電子電器設備的正常工作，而且也會(huì )影響汽車(chē)本身裝配的電子電器設備的工作。我們國家汽車(chē)電子產(chǎn)品在載貨汽車(chē)上的應用程度同汽車(chē)技術(shù)發(fā)達國家載貨汽車(chē)存在較大的差距。例如，國外的載貨汽車(chē)一般攜帶著(zhù)各種先進(jìn)的電子通訊裝置，為保證它們的正常工作，這些國家對載貨汽車(chē)的電磁兼容性要求也比較高；而我國一般載貨汽車(chē)對這方面的要求則相對較低，但隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這些先進(jìn)的電子通訊設備也被逐漸應用到載貨汽車(chē)上。因此，我們必須對汽車(chē)電磁兼容性的問(wèn)題給予足夠的重視。

　　再次特別指出的事，我國的軍用越野汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家應該充分考慮軍用越野汽車(chē)的各種用途，特別是針對一些對電磁干擾要求比較高的軍用車(chē)輛或軍車(chē)底盤(pán)如裝載導彈發(fā)射系統或無(wú)線(xiàn)電雷達系統的特種用途的軍用車(chē)輛，在進(jìn)行電器系統設計時(shí)需充分考慮電磁干擾方面的特殊要求，盡量采取電磁兼容性設計的各種方法和原則，減少電磁干擾的產(chǎn)生和對車(chē)輛裝置或攜帶的無(wú)線(xiàn)電裝置的影響；而且，隨著(zhù)部隊各種武器裝備的不斷發(fā)展，部隊對這方面的要求也在不斷地提高。因此，我們應該分了解、重視并掌握電磁兼容性的設計方法，以滿(mǎn)足現在及將來(lái)汽車(chē)特別是軍用越野汽車(chē)對電磁干擾的各種要求，提高產(chǎn)品的可靠性和競爭力。