汽車(chē)電磁兼容(EMC)問(wèn)題的研究（一）

一、汽車(chē)電磁兼容的問(wèn)題概述為滿(mǎn)足人們對汽車(chē)的**、環(huán)保、節能以及舒適等性能日益增高的要求，裝備電子、電器設備，應用電子技術(shù)是*有效的手段 。

制動(dòng)防抱死系統（ABS）、車(chē)身控制模塊（BCM）、電子防盜系統（EATS）、電動(dòng)助力轉向（EPS）、電子燃油噴射 （EFI）、電子油門(mén)控制系統（E- GAS）、車(chē)載自動(dòng)診斷系統（OBD）、電子點(diǎn)火系統（EIS）、電子制動(dòng)力分配裝置（EBD）、電子穩定程序（ESP）、驅動(dòng)防滑控制系統(ASR)、輪胎氣壓監測系統（TPMS）、電子控制剎車(chē)輔助裝置（EBA）、倒車(chē)雷達（PDC）、電子巡航控制系統（CCS）、衛星定位導航系統（GPS）、行駛記錄儀 （TDR） 和車(chē)載移動(dòng)數字電視（MDTV）等電子系統、裝備正越來(lái)越多地應用到汽車(chē)上。
電子技術(shù)的應用，在提升汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟性、舒適性、**性，降低污染物排放水平等方面效果顯著(zhù)，但也帶來(lái)了新的問(wèn)題，即對外界的電磁騷擾隨之增大；同時(shí)，這些效果的獲得，前提條件是確保車(chē)載電子、電器設備能夠正常工作。而現實(shí)情況是，車(chē)載電子、電器件由于存在電磁兼容性問(wèn)題，電磁騷擾水平往往超標，或受到電磁干擾后自身工作不正常，嚴重時(shí)甚至遭受損壞。
?
EMC試驗
長(cháng)期以來(lái)，人們對汽車(chē)的噪聲、振動(dòng)、排放等方面存在問(wèn)題的認識廣泛而深入，投入了大量的人力、物力和財力進(jìn)行研究，取得了較好的成效。但是，隨著(zhù)汽車(chē)面臨的電磁環(huán)境的復雜性加劇，使得汽車(chē)的電磁兼容問(wèn)題變得越來(lái)越突出和嚴重 。一方面，汽車(chē)日常使用受到外部的電磁干擾越來(lái)越多，如周?chē)h(huán)境中的通訊設備、電力設備、無(wú)線(xiàn)電廣播等；另一方面，汽車(chē)上安裝的電子、電器設備也越來(lái)越多，車(chē)載電子、電器設備工作時(shí)，既會(huì )對其周?chē)钠渌?chē)載電子、電器設備產(chǎn)生電磁干擾，自身也會(huì )受到周?chē)渌?chē)載電子、電器設備的電磁干擾的影響。國際上汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)達的國家已把電磁兼容列為繼排放、噪聲之后的汽車(chē)第三大“污染”問(wèn)題。
二、汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題的典型表現
任何電子、電器設備在運行時(shí)都會(huì )向周?chē)鷤鬟f電磁信號，其電磁信號可能對其它設備的正常工作產(chǎn)生干擾，同時(shí)設備本身也可能受到周?chē)姶怒h(huán)境的干擾。電磁干擾的典型特征是看不見(jiàn)、摸不著(zhù)， “莫名其妙”， “來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤”；只要有電磁干擾存在，就有故障出現；只要電磁干擾消失，故障就消失。
電磁干擾可能是暫時(shí)的，影響很小。如車(chē)載 DVD經(jīng)常出現死機現象或公路邊電視機在汽車(chē)駛過(guò)時(shí)圖像出現抖動(dòng)。但是，干擾也可能是致命的，如汽車(chē)的**氣囊（SRS）、制動(dòng)防抱死系統（ABS） 等在車(chē)輛行駛過(guò)程中受到電磁干擾很可能被誤觸發(fā)或失效，這就可能產(chǎn)生嚴重的交通事故。汽車(chē)典型的電磁兼容性問(wèn)題表現如下：1）某轎車(chē)上裝有靈敏的 ABS，下雨時(shí)，因啟動(dòng)刮水器產(chǎn)生的電磁干擾誤觸發(fā)了 ABS，導致后車(chē)追尾事故。2）某客車(chē)行駛在高速公路上，突遇降雨天氣。在啟動(dòng)刮水器后，出現了電控氣動(dòng)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)的故障。3）某柴油載貨車(chē)行駛至某雷達站附近時(shí)，出現了自動(dòng)熄火的故障，在拖離該路段后故障自動(dòng)消失。4）進(jìn)行某混合動(dòng)力客車(chē) ABS性能試驗時(shí)，啟動(dòng)車(chē)輛但還未行駛時(shí)，測試儀器的輪速曲線(xiàn)就出現異常波動(dòng)；但在測試傳統內燃機客車(chē) ABS 性能時(shí)，儀器的輪速曲線(xiàn)完全正常。
前兩種現象都是由刮水器電機產(chǎn)生的電磁干擾引起的，而且 ABS 和車(chē)門(mén)的電控泵的抗電磁干擾能力還有待增強。第三個(gè)例子是由于發(fā)動(dòng)機電控單元（ECU）不能承受較強的外來(lái)電磁干擾信號所引起的。第四個(gè)例子一方面說(shuō)明，該混合動(dòng)力客車(chē)產(chǎn)生的電磁干擾非常嚴重；另一方面也說(shuō)明該 ABS 性能測試設備的抗電磁干擾的能力還有待進(jìn)一步加強?？傊?，汽車(chē)電氣系統內部的各種瞬變電壓，火花塞之間、喇叭觸點(diǎn)、調節器觸點(diǎn)、發(fā)電機和起動(dòng)機電刷與換向器之間的火花放電，各種電路開(kāi)關(guān)的電弧放電以及車(chē)輪與地面、車(chē)身與空氣間摩擦產(chǎn)生的靜電放電等都會(huì )產(chǎn)生電磁干擾，并直接影響到車(chē)內電子、電器產(chǎn)品或測試設備的正常工作。三、影響汽車(chē)電磁兼容性能的因素影響汽車(chē)電磁兼容性能的主要因素有電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑和電磁敏感設備。汽車(chē)電磁干擾源可分為車(chē)內電磁干擾源和車(chē)外電磁干擾源。由于車(chē)外電磁干擾源幾乎不受汽車(chē)行業(yè)的約束，能采取的措施主要在于抑制車(chē)內電磁干擾源。
?
EMC試驗
1、車(chē)內電磁干擾源車(chē)內電磁干擾源主要是指產(chǎn)生電磁干擾信號的車(chē)載電器部件或系統，如火花塞、啟動(dòng)電機、發(fā)電機、刮水器、電喇叭、各種儀表等。目前汽車(chē)內部的電磁干擾源主要有：1）發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火系統。汽車(chē)點(diǎn)火系統產(chǎn)生的電磁干擾是車(chē)內干擾源的重要組成部分，點(diǎn)火系統工作期間會(huì )產(chǎn)生很強的電磁干擾信號。從電路原理來(lái)看，點(diǎn)火系統實(shí)際上是一個(gè)電感、電阻、電容、線(xiàn)圈組成的振蕩電路。當初級電路被切斷后，在初級電路所發(fā)生的是一種衰減振蕩，初級線(xiàn)圈的*大電壓一般為 300～500V。在次級線(xiàn)圈中所感應的次級電壓*大值一般為 20 000～30 000 V，因此，點(diǎn)火時(shí)在點(diǎn)火線(xiàn)圈周?chē)鷷?huì )產(chǎn)生強烈的電磁干擾。
當次級電路開(kāi)始擊穿火花塞間隙時(shí)，存儲于火花塞分布電容中的能量迅速釋放，在幾微秒時(shí)間內放電結束，但形成的電流則非常大，可達幾十安培。這一階段的放電特征是次級電路的電壓和電流形成陡峭的脈沖放電形式。這個(gè)放電脈沖不但通過(guò)點(diǎn)火線(xiàn)圈與火花塞間的高壓線(xiàn)向外部形成電磁輻射，而且會(huì )沿著(zhù)導線(xiàn)對其它電子、電器傳導干擾信號。同時(shí)，在火花塞被擊穿放電時(shí)，火花將形成 0.15～1 000 Hz電磁波向周?chē)椛?，對其它電子電器設備形成強烈的電磁輻射干擾。2）交流發(fā)電機。車(chē)載交流發(fā)電機產(chǎn)生的電磁干擾是感性負載干擾的重要組成部分。一方面，由于交流發(fā)電機采用炭刷與滑環(huán)將勵磁電流引入轉子線(xiàn)圈，在運轉過(guò)程中，只要兩者的接觸狀態(tài)稍有變化，就會(huì )產(chǎn)生電火花，形成電磁輻射干擾；另一方面，發(fā)電機負載和轉速等變化會(huì )引起輸出電壓的變化，電壓調節器則通過(guò)通斷勵磁繞組、調節勵磁磁通來(lái)補償其變動(dòng)，這會(huì )在磁場(chǎng)線(xiàn)圈中引起頻率、峰值不等的瞬變脈沖電壓，如開(kāi)關(guān)時(shí)間 2ms，對應 500 Hz 的頻率，由傅里葉分析可知，其諧波頻率將高達數千或上兆赫茲，產(chǎn)生射頻干擾信號。
另外，交流發(fā)電機在工作時(shí)突然卸載或在額定工作負載時(shí)突然與正在放電的蓄電池斷開(kāi)，會(huì )產(chǎn)生嚴重的瞬變電壓。瞬變電壓的幅值可達 75～150 V，衰減時(shí)間可持續 100～200 ms。這種瞬變過(guò)電壓對汽車(chē)其它電子器件會(huì )產(chǎn)生相當大的沖擊，導致設備工作異?；驌p壞。3）電動(dòng)機。汽車(chē)上所用的電機數量越來(lái)越多，如起動(dòng)機、風(fēng)扇電機、刮水器電機、暖風(fēng)電機、空調電機、噴水電機、車(chē)窗電機、油泵電機和電動(dòng)座椅電機等都屬于永磁直流電動(dòng)機。電機在運轉過(guò)程中難免產(chǎn)生電火花，會(huì )對其它的設備產(chǎn)生電磁干擾，如刮水器電機在換極（換相）時(shí)對電路產(chǎn)生較強的電磁干擾。雖然這些電動(dòng)機一般都有封閉金屬外殼的屏蔽罩，但由于缺乏針對性設計，不但發(fā)射輻射電磁干擾信號，而且通過(guò)電源線(xiàn)和搭鐵線(xiàn)向外傳導干擾信號。
另外，電動(dòng)機在工作切換或開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )產(chǎn)生瞬變電壓，大多以高幅值的負脈沖及隨后的低幅值正向脈沖出現，*高峰值可達 300 V 左右，持續時(shí)間大約 300 ms。這種瞬變脈沖具有浪涌特性，具有豐富的諧波，可能干擾車(chē)載電子、電器控制模塊的正常工作，導致電子器件的邏輯混亂或損壞敏感器件。4）電源系統。汽車(chē)電路系統由蓄電池和交流發(fā)電機作為核心電源，車(chē)體作為共用搭鐵，各個(gè)電子、電器裝置并聯(lián)其上。傳統汽車(chē)電源系統（12 V或 24 V）存在著(zhù)非瞬變性過(guò)電壓和瞬變性過(guò)電壓兩種過(guò)電壓。由磁場(chǎng)回路或調節器故障產(chǎn)生的非瞬變性過(guò)電壓峰值可達 75～130 V，很容易直接損壞車(chē)載電子、電器設備。因拋負載、磁場(chǎng)衰減或切換感性負載產(chǎn)生的持續時(shí)間短而幅值很高的瞬變過(guò)電壓（100～150 V）雖然對傳統車(chē)載電器影響較小，但可能致使一些敏感的車(chē)載電子裝置（如電子調節器、電子點(diǎn)火裝置及其它電子控制單元）出現故障或損壞。
另外，因混合動(dòng)力或純電動(dòng)汽車(chē)一般采用交流電機作為輔助動(dòng)力或動(dòng)力單元，蓄電池的直流電要經(jīng)過(guò)逆變器轉換為電機所需要的交流電，逆變后的交流電含有大量的諧波成分，并通過(guò)輸入輸出線(xiàn)向空間發(fā)射頻譜范圍較廣（9 kHz～1 GHz）的強電場(chǎng)和磁場(chǎng)，會(huì )對車(chē)載電子電器件產(chǎn)生很?chē)乐氐碾姶鸥蓴_。5）靜電放電干擾。靜電是由兩種不同物質(zhì)相互摩擦，因物體表面間電子移動(dòng)而產(chǎn)生的。車(chē)輛在行駛時(shí)，駕乘人員衣物與座椅間的摩擦，車(chē)輪與地面間的摩擦，車(chē)身與空氣的摩擦等都可能產(chǎn)生靜電，形成靜電干擾源，引發(fā)靜電放電現象。在靜電放電過(guò)程中產(chǎn)生的放電電流將形成傳導干擾，放電火花則形成輻射干擾。這種類(lèi)型的干擾特點(diǎn)是高電壓、短時(shí)間、小電流，但極可能使一些電子控制單元產(chǎn)生誤動(dòng)作，甚至造成長(cháng)久性破壞。
2、車(chē)外電磁干擾源汽車(chē)的高機動(dòng)性決定了其可能會(huì )處于各種電磁場(chǎng)中，既有電磁環(huán)境良好的鄉村地區，又有電磁場(chǎng)環(huán)境異常復雜的城市、機場(chǎng)及雷達站。車(chē)外電磁干擾源包括人為干擾源和自然干擾源兩類(lèi)。1）人為電磁干擾是指汽車(chē)外部人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾，主要有其它車(chē)輛點(diǎn)火系統的輻射干擾、電動(dòng)車(chē)電源系統、高壓電力系統、車(chē)外雷達、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機、移動(dòng)通訊設備等發(fā)射的電磁波，以及高壓輸電線(xiàn)的電暈放電產(chǎn)生的電磁輻射干擾等。2）自然干擾是指由自然現象引起的電磁干擾，比較典型的有雷電、大氣層的電場(chǎng)和電離層變化、太陽(yáng)黑子的電磁輻射以及來(lái)自宇宙的射線(xiàn)等。大多數情況下，這種電磁干擾非常復雜，對汽車(chē)的干擾影響可以忽略。但由于雷電放電的電流高達幾十千安，上升時(shí)間不到 1μs，釋放出頻譜極寬、強場(chǎng)極大的干擾信號，對車(chē)輛影響極大，甚至直接損毀車(chē)輛和傷亡人員。

3、汽車(chē)電磁干擾傳播途徑車(chē)載電器產(chǎn)生的電磁干擾信號既可以通過(guò)汽車(chē)導線(xiàn)直接進(jìn)入其它電子、電器設備內部，又可以通過(guò)等效天線(xiàn)（如點(diǎn)火系統高壓線(xiàn)、設備中較長(cháng)的線(xiàn)纜、芯片管腳）輻射到無(wú)線(xiàn)電設備內部。也就是說(shuō)，汽車(chē)上的電磁干擾傳播途徑主要有沿著(zhù)導線(xiàn)直接傳導和通過(guò)空間輻射兩種方式，即傳導干擾和輻射干擾。1）傳導干擾就是電磁干擾通過(guò)導線(xiàn)傳輸，即通過(guò)設備的信號線(xiàn)、控制線(xiàn)、電源線(xiàn)等直接侵入電子、電器內部。由于汽車(chē)和外界沒(méi)有直接的電路連接關(guān)系，所以傳導干擾基本上都是由車(chē)載電子電器部件引起的，且通常是因電動(dòng)機、繼電器以及其它感性負載的瞬態(tài)脈沖電壓產(chǎn)生的，其瞬態(tài)脈沖電壓可達 200 V，可能導致額定工作電壓為 12 V或 24 V 的電子、電器件工作異?；虮粨p壞。2）輻射干擾的實(shí)質(zhì)是電磁干擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播。汽車(chē)上的電磁場(chǎng)強既包括車(chē)載電子、電器輻射場(chǎng)強，又包括外界電磁輻射場(chǎng)強。電磁輻射干擾的傳輸路徑非常復雜，既可以直接輻射到電子、電器上，又可以先輻射到線(xiàn)束上然后再以傳導干擾的方式進(jìn)入電子、電器。