汽車(chē)電子EMC電磁兼容の重要性（一）

      汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展和汽車(chē)市場(chǎng)的激烈競爭極大地促進(jìn)了各類(lèi)電氣、電子和信息設備在汽車(chē)上的廣泛應用，對于今天的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，應用電子技術(shù)的程度已成為提升汽車(chē)技術(shù)水平的重要標志之一。電子設備廣泛應用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制系統、自動(dòng)變速系統、制動(dòng)系統、調節系統以及行駛系統中，對汽車(chē)的**性、可靠性、舒適性起著(zhù)決定性作用。

      電磁兼容，Electro Magnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMC，是指車(chē)輛或零部件在其電磁環(huán)境中可以令人滿(mǎn)意的工作，對在同一環(huán)境中工作的其他用電設備不造成干擾。

     EMC包括兩個(gè)方面的要求：電磁騷擾（EMI）：指設備在正常運行過(guò)程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾不能超過(guò)一定的限值；電磁敏感度（EMS）：指設備對所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

      汽車(chē)電子的干擾機改進(jìn) 汽車(chē)電子設備工作在行駛環(huán)境不斷變化的汽車(chē)上，環(huán)境中電磁能量構成的復雜性和多變性，意味著(zhù)系統所受到的電磁干擾來(lái)源比較廣泛。按照電磁干擾的來(lái)源分類(lèi)，可分為車(chē)外電磁干擾、車(chē)體靜電干擾和車(chē)內電磁干擾。

車(chē)外電磁干擾：

      車(chē)外電磁干擾是汽車(chē)行駛中經(jīng)歷各種外部電磁環(huán)境時(shí)所受的干擾。這類(lèi)干擾存在于特定的空間或是特定的時(shí)間。如高壓輸電線(xiàn)、高壓變電站和大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射站的電磁干擾，以及雷電、太陽(yáng)黑子輻射電磁干擾等等[2]。環(huán)境中其它臨近的電子設備工作時(shí)也會(huì )產(chǎn)生干擾，例如行駛中相距較近的汽車(chē)。

車(chē)體靜電干擾：

      車(chē)體靜電干擾與汽車(chē)和外部環(huán)境都有關(guān)。由于汽車(chē)行駛時(shí)車(chē)體與空氣高速摩擦，在車(chē)體上形成不均勻分布的靜電。靜電放電會(huì )在車(chē)體上形成干擾電流，同時(shí)產(chǎn)生高頻輻射，對汽車(chē)電子設備形成電磁干擾。

車(chē)內電磁干擾：

     車(chē)內電磁干擾是汽車(chē)電子設備工作時(shí)內部的相互干擾，包括電子元器件產(chǎn)生的電子噪聲，電機運行中換向電刷產(chǎn)生的電磁干擾以及各種開(kāi)關(guān)工作時(shí)的放電干擾，*嚴重的是汽車(chē)點(diǎn)火系統產(chǎn)生的高頻輻射，其干擾能量*大。

       曾經(jīng)我們以為汽車(chē)*怕電磁干擾的是收音機，*大可能釋放電磁干擾的部件是發(fā)動(dòng)機。但隨著(zhù)汽車(chē)的各種功能的發(fā)展，汽車(chē)電子元件越來(lái)越多，現在一輛**的乘用轎車(chē)全車(chē)電子元件甚至可以達到200個(gè)，因此汽車(chē)受電磁干擾的影響也越來(lái)越大，產(chǎn)生的電磁干擾也越來(lái)越強。于是汽車(chē)的電磁兼容從此被當作了非常重要的評價(jià)標準。并且隨著(zhù)汽車(chē)電氣化智能化的需求越來(lái)越高，電磁兼容已經(jīng)成為汽車(chē)尤其是新能源汽車(chē)設計生產(chǎn)不可回避的關(guān)鍵問(wèn)題之一：新能源汽車(chē)使用電驅動(dòng)系統驅動(dòng)車(chē)輛，在車(chē)輛充電和放電過(guò)程中，大功率半導體開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作會(huì )引起高電壓、大電流的突變，從而發(fā)出強烈的電磁干擾。如果電磁輻射過(guò)大，就有可能引起自身或周?chē)娮釉O備的功能失效或誤動(dòng)作，甚至燒毀或擊穿元器件，對我們的日常生活和車(chē)輛的**行駛造成嚴重影響；同樣如果車(chē)輛自身的抗干擾不足，車(chē)輛在行駛過(guò)程中也會(huì )存在極大的**隱患。

        汽車(chē)電子設備的電磁兼容性能包括兩方面，一是電磁發(fā)射，衡量系統產(chǎn)生的電磁干擾的發(fā)射水平；二是電磁敏感度，衡量系統在工作時(shí)為實(shí)現預期技術(shù)指標而需要的抵抗電磁干擾的能力。根據前面的分析，要綜合提高汽車(chē)電子設備的電磁性能，可以從三方面考慮，一是減小設備發(fā)射電磁干擾的強度；二是抑制電磁干擾的傳輸；三是降低設備電磁敏感部件接收干擾的強度。

減小設備的電磁干擾強度：

      優(yōu)化設備的電氣結構：汽車(chē)電子設備中閃光器是繼電器觸點(diǎn)結構，可以在觸點(diǎn)前加電弧抑制器；電機為感性負載，可通過(guò)內部濾波電路降低電流噪聲；各種電控單元的印刷電路板，要優(yōu)化布線(xiàn)，降低電磁發(fā)射水平。

      選用合適的電子元器件：汽車(chē)上的各種控制單元，采用較低頻的芯片有利于減少輻射干擾。

       降低設備的功率：在滿(mǎn)足功能需求的情況下，降低設備的功率，可以減小干擾電壓和電流，從而減小干擾強度。

抑制干擾的傳輸：

     屏蔽干擾源設備和相關(guān)線(xiàn)束：汽車(chē)中主要的電控系統使用的電控單元，應該采用屏蔽殼體封裝。增加線(xiàn)束濾波：對較長(cháng)的線(xiàn)束，為減小傳導和輻射干擾，應在線(xiàn)束上增加濾波，比較方便的是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。

     合理規劃線(xiàn)束：線(xiàn)束布置上使小功率敏感電路緊靠信號源，大功率干擾電路緊靠負載，盡可能分開(kāi)小功率電路和大功率電路，減小線(xiàn)束間的感應干擾和輻射干擾。

     改進(jìn)設備的接地：良好的接地布置和改進(jìn)的地線(xiàn)搭接可以降低高頻阻抗。汽車(chē)電子設備接地主要是就近接到車(chē)體以及線(xiàn)束屏蔽層接地。

降低設備接收干擾的強度：

      減小設備接收干擾的面積：線(xiàn)束應設計成*小長(cháng)度、*小阻抗和*小環(huán)路面積，*好采用雙絞線(xiàn)等回路面積小的供電方式。

      增大設備到干擾源的距離：在干擾設備布置不變的情況下，改造敏感部件的安裝位置，增大到干擾源的距離。

電磁兼容性改進(jìn)措施的試驗研究：

      目前，電磁兼容仿真計算通常用來(lái)對車(chē)體結構的電磁性能進(jìn)行初步估計[4]文中有引用，后面無(wú)參考文獻。汽車(chē)電子設備的電磁性能主要以測試為依據，因此對改進(jìn)措施著(zhù)重進(jìn)行試驗研究。根據汽車(chē)整車(chē)及零部件的電磁兼容性法規GB18655－2002《用于保護汽車(chē)接收機的無(wú)線(xiàn)電騷擾特性的限值和測量方法》，對國內一種商務(wù)車(chē)型的電子設備進(jìn)行了電磁兼容性測試，采用了綜合改進(jìn)措施，試驗結果可以比較各種措施在實(shí)車(chē)運用中的效果。

     電磁波(Electromagnetic wave)是由同相 且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍**射的振蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性，其粒子形態(tài)稱(chēng)為光子，電磁波與光子不是非黑即白的關(guān)系，而是根據實(shí)際研究的不同，其性質(zhì)所體現出的兩個(gè)側面。由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見(jiàn)麥克斯韋方程組。

     電磁波伴隨的電場(chǎng)方向，磁場(chǎng)方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。電磁波實(shí)際上分為電波和磁波，是二者的總稱(chēng)，但由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)出現，同時(shí)消失，并相互轉換，所以通常將二者合稱(chēng)為電磁波，有時(shí)可直接簡(jiǎn)稱(chēng)為電波。

    在量子力學(xué)角度下，電磁波的能量以一份份的光子呈現，光子本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是波包，即以局域性能量呈現的波。電磁波的能量是量子化的，當其能級階躍遷過(guò)輻射臨界點(diǎn)，便以光子的形式向外輻射，此階段波體為光子，光子屬于玻色子。

     一定頻率范圍的電磁波可以被人眼所看見(jiàn)，稱(chēng)之為可見(jiàn)光，或簡(jiǎn)稱(chēng)為光，太陽(yáng)光是電磁波的一種可見(jiàn)的輻射形態(tài)。電磁波不依靠介質(zhì)傳播。

    電磁輻射通常意義上指所有電磁輻射特性的電磁波，非電離輻射是指無(wú)線(xiàn)電波、微波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)。而X射線(xiàn)及γ射線(xiàn)通常被認為是放射性的輻射。稱(chēng)作電離輻射。

要特別注意，電磁波并非與傳統的機械波一樣發(fā)生了空間上的震動(dòng)，而是傳播路徑上不同點(diǎn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)屬性的改變。

     從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，電磁波是能量的一種，屬于一種波，就像機械波，引力波和物質(zhì)波（概率波）一樣，凡是高于**零度的物體，都會(huì )釋出電磁波，且溫度越高，放出的電磁波頻率就越高，波長(cháng)就越短，這種電磁波稱(chēng)之為黑體輻射。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見(jiàn)空氣一樣，除光波外，人們也看不見(jiàn)無(wú)處不在的其他電磁波。

    電磁場(chǎng)包含電場(chǎng)與磁場(chǎng)兩個(gè)方面，分別用電場(chǎng)強度E（或電位移D）及磁通密度B（或磁場(chǎng)強度H）表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，這兩部分是緊密相依的。時(shí)變的電場(chǎng)會(huì )引起磁場(chǎng)，時(shí)變的磁場(chǎng)也會(huì )引起電場(chǎng)。電磁場(chǎng)的場(chǎng)源隨時(shí)間變化時(shí)，其電場(chǎng)與磁場(chǎng)互相激勵導致電磁場(chǎng)的運動(dòng)而形成電磁波。電磁波的傳播速度與光速相等，在自由空間中，為c=299792458m/s≈3×108m/s。電磁波的行進(jìn)還伴隨著(zhù)功率的輸送。

    電磁輻射量與溫度有關(guān)，通常高于**零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射，溫度越高輻射量越大，頻率越高，波長(cháng)越短，但大多不能被肉眼觀(guān)察到

     所謂吸波材料，指能吸收或者大幅減弱其表面接收到的電磁波能量，從而減少電磁波的干擾的一類(lèi)材料。在工程應用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

      隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對環(huán)境的影響日益增大。在機場(chǎng)、機航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫院、移動(dòng)電話(huà)常會(huì )干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。電磁輻射通過(guò)熱效應、非熱效應、累積效應對人體造成直接和間接的傷害。研究證實(shí)，鐵氧體吸波材料性能*佳，它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點(diǎn)。將這種材料應用于電子設備中可吸收泄露的電磁輻射，能達到消除電磁干擾的目的。根據電磁波在介質(zhì)中從低磁導向高磁導方向傳播的規律，利用高磁導率鐵氧體引導電磁波，通過(guò)共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過(guò)耦合把電磁波的能量轉變成熱能。 吸波材料在設計時(shí)，要考慮兩個(gè)問(wèn)題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時(shí)，盡可能完全穿過(guò)表面，減少反射；2）、在電磁波進(jìn)入到吸波材料內部時(shí)，要使電磁波的能量盡量損耗掉。

      電子產(chǎn)品在工作時(shí)會(huì )向外輻射不同頻率和波長(cháng)的電磁波，易對臨近電路和設備造成干擾，造成信息傳輸失誤、控制失靈等事故，并對環(huán)境造成電磁污染。如導致飛機無(wú)法按時(shí)起飛、醫院的電子診療儀器無(wú)法正常工作等。目前，吸波材料是解決電磁污染的應用材料之一。吸波材料不僅能吸收部分電磁波，還具有質(zhì)量輕、耐潮濕、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。