1引言
電磁兼容性（EMC，Electro-Magnetic Compatibility）是指電器電子產(chǎn)品能在電磁環(huán)境中正常工作,，并不對(duì)該環(huán)境中其它產(chǎn)品產(chǎn)生過量的電磁干擾（EMI，Electro- Magnetic Interference）,。這就包含著2方面要求,，其一是要求產(chǎn)品對(duì)外界的電磁干擾有一定的承受能力；其二是要求產(chǎn)品在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,，該產(chǎn)品對(duì)周圍環(huán) 境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限度,。汽車電器的電磁兼容性就是指在汽車及其周圍空間中，在運(yùn)行時(shí)間內(nèi),，在可用的頻譜資源條件下,，汽車本身以及周圍的用電 設(shè)備可以共存，不致引起降級(jí),。
ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng),，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油點(diǎn)火電子控制系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)等電子設(shè)備的正?？煽抗ぷ鞫急仨氈匾晫?duì)電磁兼容技術(shù)的設(shè)計(jì)和研究,，可以從傳 統(tǒng)的汽車電器（諸如起動(dòng)機(jī)、刮水電動(dòng)機(jī),、閃光器,、空調(diào)啟動(dòng)器、燃油泵等）入手進(jìn)行探討,，交流發(fā)電機(jī)電纜的連接和間歇切斷也是產(chǎn)生較大功率電磁輻射的干擾 源,，只是其它設(shè)備對(duì)其工作可靠性的影響較那些小功率高頻段的電子設(shè)備為小。現(xiàn)在,，交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器與電子點(diǎn)火系統(tǒng)一樣,，已經(jīng)設(shè)計(jì)成集成模塊化結(jié)構(gòu)，同樣 面臨抗干擾的問題。
2汽車電磁兼容性簡介
隨著汽車電子產(chǎn)品數(shù)量的增加和復(fù)雜電子模塊在整個(gè)車輛中分布的增加,，工程師面臨日益嚴(yán)峻的電磁兼容性設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，問題主要存在于三個(gè)方面：
如何把電磁易感性(EMS)降低到最小,？以保護(hù)電子產(chǎn)品免受其它電子系統(tǒng)(如移動(dòng)電話,、GPS或信息娛樂系統(tǒng))的有害電磁輻射的影響。
如何保護(hù)電子產(chǎn)品免受惡劣汽車環(huán)境的影響,？包括電源電壓大的瞬間變化,、重負(fù)載或感性負(fù)載(如車燈和啟動(dòng)機(jī))引起的干擾。
如何將可能對(duì)其它汽車電子電路產(chǎn)生影響的EME控制為最??？
隨著系統(tǒng)電壓、車載電子設(shè)備數(shù)量以及頻率的增加,，這些問題將更加具有挑戰(zhàn)性,。此外，許多電子模塊將與廉價(jià)的,、線性度較低,、偏移較大的低功率傳感器接口，這些傳感器工作在小信號(hào)狀態(tài),，電磁干擾對(duì)它們工作狀態(tài)的影響可能是災(zāi)難性的,。
隨著現(xiàn)代汽車中電子設(shè)備的增加，越來越要求進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)以確保符合電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求,。與此同時(shí),，隨著集成度的提高，汽車設(shè)計(jì)工程師需要系統(tǒng)級(jí)芯片ASIC和ASSP方案來替換多個(gè)離散元件的方案,。
3 電磁干擾的來源,、傳播途徑及檢測
3.1電磁干擾的來源
汽車內(nèi)部的電磁干擾主要來自發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、電源系統(tǒng),、儀表系統(tǒng)及控制系統(tǒng)中的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu),干擾信號(hào)的頻譜通常在0. 1～1000MHz 之間,對(duì)汽車內(nèi),、外的電子設(shè)備都將造成一定的影響。干擾最嚴(yán)重的是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng),。點(diǎn)火系統(tǒng)通常工作在脈沖點(diǎn)火狀態(tài),利用傅立葉級(jí)數(shù)可將點(diǎn)火脈沖分解成許 多頻率分量,點(diǎn)火線圈在這些諧波中的較高頻率分量作用下,將產(chǎn)生高頻電磁輻射;火花塞的中心電極對(duì)于高頻點(diǎn)火脈沖可等效為具有一定電感量的電感線圈,它與 其殼體之間又可等效為一電容器,由此形成一個(gè)LC 并聯(lián)回路,因此它將對(duì)點(diǎn)火脈沖中的某一諧波形成高頻振蕩,對(duì)外輻射電磁波,。此外從發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 的點(diǎn)火脈沖輸出端到點(diǎn)火線圈及點(diǎn)火線圈到火花塞之間的高壓連線都可能輻射電磁波,導(dǎo)線越長火花延續(xù)時(shí)間也越長,發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸越多、轉(zhuǎn)速越高則火花數(shù)越多,產(chǎn) 生的電磁干擾也越強(qiáng),。
其次是汽車內(nèi)各種繼電器,、電磁閥、觸點(diǎn)和電壓調(diào)節(jié)器等,也將產(chǎn)生不同程度的電磁干擾,。其中繼電器,、電磁閥動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生火花是干擾的主要來源,。如EFI 主繼電器、燃油泵控制繼電器,、怠速控制中的各電磁閥( ISC 閥) ,、EGR 閥及其余電磁閥,大多直接或間接由ECU 中的CPU 控制,因此它們產(chǎn)生的干擾將直接影響ECU 的正常工作。
此外是各種電機(jī)的干擾?，F(xiàn)代汽車中電機(jī)主要是用作各種電動(dòng)功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等,其中包括發(fā)電機(jī),、起動(dòng)機(jī)、雨刷電機(jī),、電動(dòng)門窗電機(jī),、通風(fēng)電機(jī)、暖風(fēng)電機(jī) 等等,。這些電機(jī)中,有的采用硅整流交流電動(dòng)機(jī),有的采用帶整流子的直流電動(dòng)機(jī),這種電動(dòng)機(jī)的炭刷和整流子之間會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電火花,其頻譜范圍很寬,因此可 在較寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁干擾,。尤其是這種電機(jī)出現(xiàn)接觸不良、絕緣層破損及軸偏等工況時(shí),它所產(chǎn)生的電磁干擾將大大增強(qiáng),。
3.2電磁干擾的分類及傳播
電磁干擾（EMI）按頻段可粗略劃分為：0.02～2kHz,，諧波干擾；2～300kHz,，傳導(dǎo)干擾或載頻干擾,；0.3～300MHz，射頻干 擾,；0.3～300GHz，微波干擾,。從干擾的途徑來分,，0～300kHz并存著傳導(dǎo)干擾和交變電磁場引起的近場感應(yīng)干擾；射頻和微波干擾都是遠(yuǎn)場的輻射 干擾,。當(dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的長度比波長短時(shí),，主要的問題是傳導(dǎo)干擾；當(dāng)它們的尺寸比波長長時(shí),，主要的問題是輻射干擾,。
3.3電磁干擾的檢測
汽車電路系統(tǒng)由蓄電池和整流的交流發(fā)電機(jī)作為核心電源，車體作為共用搭鐵,，各個(gè)電器裝置并聯(lián)其上,。相連的線束造成電器間彼此傳導(dǎo)干擾；相鄰的導(dǎo)線間會(huì)有感應(yīng)干擾,；因?yàn)樘炀€效應(yīng),，不相鄰導(dǎo)體間又存在著輻射干擾。因而電磁干擾綜合著3種途徑,，覆蓋較寬的干擾頻率,。
應(yīng)用頻譜分析儀進(jìn)行電磁兼容性分析研究,，檢測電磁干擾直觀且可以定量。它是一種30～1000MHz窄帶掃頻接收機(jī),，能在某一時(shí)刻接收某個(gè)頻率范圍 內(nèi)的能量,，記錄下不同頻段內(nèi)干擾的幅值。缺點(diǎn)是對(duì)于時(shí)間很短頻譜范圍很寬,，如靜電放電這一類瞬態(tài)的脈沖干擾,，不能寬頻段全貌反映實(shí)際干擾情況。常常只能數(shù) 臺(tái)同時(shí)啟用進(jìn)行觀測分析,。
4電磁干擾的抑制
現(xiàn)代汽車中,各種電控系統(tǒng)可能相互獨(dú)立,且分散安裝在不同位置上,因此上述電路性干擾將不可避免地存在,。為了減少這種干擾,可采取以下措施:
1、電源去耦,。在共用電源的輸出端設(shè)立去耦電路使電源自身具有一定的抑制干擾的能力;對(duì)不同的系統(tǒng)(如不同的ECU) 采用各自的電源退耦濾波電路,減少系統(tǒng)之間通過共用電源而引起的電路性干擾,同時(shí)在電路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)在CPU 及其它集成電路的電源引入端就近接入退耦濾波電容器,減小電源引線電阻引入的電路性干擾;對(duì)同一電路中不同電流回路間的電路性干擾,應(yīng)采用一點(diǎn)接地法,這 一點(diǎn)在設(shè)計(jì)PCB 板時(shí)應(yīng)充分考慮,。
2、限制耦合阻抗,使其盡量小,。為此必須減小導(dǎo)線電阻和它的等效電感,設(shè)計(jì)PCB 板時(shí)應(yīng)充分考慮使電源引線和公共地線分布合理且宜直,、短而粗些;信號(hào)的輸入輸出引線也應(yīng)盡可能短而直;將溫度傳感器等的模擬信號(hào)處理電路的接地與CPU 等數(shù)字量的處理電路的接地分開布局,而后再一點(diǎn)接地。
3,、給ECU 單獨(dú)供電?，F(xiàn)代汽車中電氣環(huán)境惡劣,不少設(shè)備是脈沖式供電,有的設(shè)備電壓變化大(如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),電壓可從12V 降至8V) ,若將ECU 與它們接在同一電源上,就會(huì)使ECU 工作失常甚至遭到破壞,因此各ECU 的供電應(yīng)采用無噪聲隔離接頭,將它們的供電線路和搭鐵接頭和蓄電池主要負(fù)載的接頭分開。ECU 最好采用獨(dú)立的供電,、穩(wěn)壓及濾波系統(tǒng),。
4、電位隔離,。對(duì)電平差較大的系統(tǒng),如信號(hào)傳輸設(shè)備與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路,、高壓點(diǎn)火電路等大功率、高電壓電路之間采用變壓器,、光電耦合等器件進(jìn)行電位隔 離,可抑制相應(yīng)的干擾,。為抑制電容性干擾,應(yīng)合理布置電線、電纜等傳輸線,對(duì)敏感度較高的信號(hào)輸入/ 輸出線,采用屏蔽線進(jìn)行信號(hào)的傳輸,可有效地減小電容性干擾,。
現(xiàn)代汽車內(nèi)另一種影響較大的干擾是電磁輻射干擾,。它主要表現(xiàn)為強(qiáng)電流或高電壓電路部分對(duì)弱電流、小信號(hào)電路部分形成的輻射干擾,其中較為突出的是脈 沖輻射干擾,。車內(nèi)的點(diǎn)火脈沖,、繼電器、電磁閥等的接通與斷開,都可能形成電磁脈沖干擾,。這種電磁能量將通過載兩端的分布電容形成的LC 并聯(lián)回路產(chǎn)生振蕩,電磁波通過相應(yīng)導(dǎo)線和車體輻射干擾其它系統(tǒng),尤其是干擾通信系統(tǒng),。因此,要選擇抗干擾性能較好的車載通信系統(tǒng)。當(dāng)傳感器受到干擾時(shí),則 可導(dǎo)致相應(yīng)的ECU 系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作甚至嚴(yán)重后果,。為此在編寫ECU 軟件時(shí),可利用軟件抗干擾技術(shù),寫入有效的抗干擾程序,如常用的數(shù)字濾波等;對(duì)CPU 采用一系列抗干擾技術(shù),如程序運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng),、軟件陷井,還可采用軟,、硬件的容錯(cuò)設(shè)計(jì)等技術(shù)。
電磁輻射干擾的抑制,在硬件方面通常采用屏蔽,、阻尼,、接地或?yàn)V波等措施 。如在點(diǎn)火裝置的高壓電路中,用電阻性電纜串入適量的電阻,減小由火花干擾引起的高頻振蕩;無分電器的發(fā)動(dòng)機(jī)中,常采用屏蔽火花塞抑制點(diǎn)火干擾;對(duì)所有容 易產(chǎn)生火花(或電弧) 的電器,都采用金屬罩屏蔽,且引出導(dǎo)線采用帶屏蔽網(wǎng)的導(dǎo)線,并將屏蔽網(wǎng)搭鐵,。各ECU 系統(tǒng)應(yīng)遠(yuǎn)離喇叭等強(qiáng)磁體,并安裝在金屬屏蔽盒內(nèi),以防ECU 受到直接干擾,。各種傳感器引線觸點(diǎn)間常并聯(lián)一個(gè)0. 01～0. 08μF 的電容,在電源正負(fù)極之間、各種儀表的接線端之間,都并接一個(gè)0. 2～0. 8μF 的電容器,可較好地抑制干擾,。
5 總結(jié)
我國對(duì)汽車電器電子設(shè)備電磁兼容性系統(tǒng)研究起步較晚,，目前已日益受到重視，這對(duì)提高汽車產(chǎn)品出口競爭力至關(guān)重要,。電磁兼容性出口的CE或FCC認(rèn)證費(fèi)用十 分昂貴,，提高認(rèn)識(shí)，及時(shí)調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù),，可以縮短認(rèn)證周期,，降低成本，使我國出口產(chǎn)品具有優(yōu)秀的EMC品質(zhì),，品質(zhì)穩(wěn)步提高,。