汽車電器電磁干擾及防護的探討

王俊杰+楊楠

摘 要：近十年來，我國汽車工業(yè)得到快速的發(fā)展，汽車已經(jīng)作為日常消費品走入尋常老百姓家中。汽車除了包括發(fā)動機、變速箱等機械傳動部件外，主要由眾多的電器產品夠成，而且電器產品占汽車整車成本的比率越來越大。要保證汽車上電器設備的正常工作，就不能忽略各個電器設備之間的相互干擾問題。本文首先對影響汽車電器正常工作的電磁干擾源進行了分析，其次列舉了防護電磁干擾的方法，防止和降低汽車電器的電磁干擾，對汽車行駛安全起著重要的作用.

關鍵詞：電磁兼容，汽車電器，EMC

前言

電子控制技術在汽車中應用越來越廣泛，其不僅提高了汽車的操控穩(wěn)定性，更簡化了車輛駕駛的流程，但汽車各電器系統(tǒng)間的電磁兼容性也是汽車的重大安全隱患之一。通常整車控制系統(tǒng)包含有發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、信息與通信系統(tǒng)與輔助電器系統(tǒng)等。在汽車狹小的空間內，布置了眾多的電器設備，如果電器元件間的相互干擾問題得不到解決，會使整車電器系統(tǒng)癱瘓，甚至造成嚴重的安全問題。因此，汽車電器系統(tǒng)兼容性是影響汽車安全指標的重要因素之一，值得我們深入研究。

1干擾源分析

1.1供電系統(tǒng)干擾源

汽車發(fā)動機為啟動前，車輛電器系統(tǒng)依靠12V蓄電池進行供電；車輛啟動后，蓄電池輸出16V高電壓對汽車進行供電，蓄電池電壓的波動會對汽車電器性能和電路產生一定的干擾，其主要表現(xiàn)為兩種形式：

1.發(fā)動機負載瞬變

如圖1所示，發(fā)動機上產生的感應電壓為：

UL=（R1/R2）Ee-t/T

其中，τ 暫態(tài)的時間常數(shù)。汽車行駛過程中，瞬變電壓幅值可達75～125V，衰減時間100～200ms，對汽車電子產品產生很大的過流沖擊。

2.激磁衰減瞬變

當點火開關關閉時，電磁場衰竭產生瞬變過電壓達到130V左右的，衰減時間約200ms，使汽車上部分傳感器受到影響。

1.2點火系統(tǒng)電磁干擾源

當點火系統(tǒng)正常工作時，點火圈和火花塞等部件處會產生強磁場；當點火系統(tǒng)正常關閉時，點火線圈的一側會感應出高達到300V以上的電壓，為保證二次側的點火電壓足夠擊穿火花塞間隙，點火線圈二次側會感應出一個超過25kV的高壓，因此點火時在點火線圈周圍會產生強烈的電磁干擾。

1.3感性負載瞬變干擾源

汽車上使用的發(fā)電機、繼電器、電動雨刮和喇叭等都屬于感性負載設備，這些設備工作時會對其他電子設備產生一定的干擾。其中，汽車發(fā)電機產生了絕大部分的感性負載瞬變干擾，交流發(fā)電機在工作時會產生100V左右的瞬變電壓，電壓上升時間可持續(xù)100μs左右，衰減時間可持續(xù)100～200ms。這種瞬變過電壓對汽車其它電子器件會產生相當大的沖擊，導致設備工作失靈或是損壞。

1.4靜電干擾源

大量汽車電器設備失效案例表明，多數(shù)失效是由于靜電放電造成的，汽車靜電的防滑應該引起我們的重視。靜電是由兩種不同物質相互摩擦，因物體表面間電子移動而產生的。汽車靜電主要由幾種方式產生：

1）元器件自身帶電，比如：發(fā)電機等；

2）感生電荷產生靜電；

3）元器件接觸帶靜電的物品；

其中，第3種是最主要的靜電產生方式，人在干燥環(huán)境中與物體間接觸摩擦，產生靜電傳導到元器件，靜電電壓可高達上萬伏，直接造成元器件失效。

1.5電磁耦合干擾源

汽車內分布著各類功能各異的線束和電纜，通常為了布置方便，都以捆扎的形式布置在車內。導線間的無屏蔽的配線及搭鐵阻抗會產生電感性耦合、電容性耦合干擾和阻性耦合干擾。

電磁耦合干擾產生的干擾強度可達到200V以上，持續(xù)的時間能達到300ms以上，線束內既有電源導線也有控制信號導線，這樣的耦合干擾足以導致傳遞控制信號不準確或是錯誤。同時汽車采用多點搭鐵接地的方式，這種方式會形成共同的阻抗通道，不可避免產生阻性耦合干擾。

2電磁干擾抑制技術

制定干擾抑制方案之前要了解產生電磁干擾的條件，受到干擾的元器件通過發(fā)射電磁波，通過相關途徑傳遞電磁干擾，這樣就必定滋生電磁干擾。電磁干擾主要靠傳導和輻射來傳播。傳導包括電阻性、電感性及電容性耦合。電磁波的形式傳播輻射，對周圍設備裝置產生干擾。因此抑制騷擾源，解決電磁兼容問題通常是：一方面對干擾源采用濾波、屏蔽等手段，抑制干擾及切斷干擾傳播途徑，另一方面采用屏蔽、隔離、阻抗等措施，抑制干擾的傳導和輻射，同時要提高電器設備的抗干擾能力，以及降低電器元件的電磁敏感度。

2.1傳導干擾的抑制

整車上導線或公共電源線相互之間產生的干擾就是傳導干擾。傳導干擾是很容易解決的，通常增加電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù)并適當調整濾波器的參數(shù)，都能滿足要求

1）回路的有效面積必須限定；

2）屏蔽、減小電流回路面積，以及帶電導體的面積；

3）對變壓器進行磁屏蔽，減少電流回路的有效面積；

4）用錫箔屏蔽變壓器；

5）運用雙絞線傳輸和阻抗匹配；

6）杜絕多個回路串聯(lián)供電；

7）避免干擾信號在電路中產生諧振；

2.2輻射干擾的抑制

抑制主要的輻射源：電源輻射。首先是線路板中接地線部分的布線方式，這里要提醒雖然電源地線布置對輻射不會有很大影響，但不要把散熱線放在地線里一起布置。電源上的散熱板要求不能單端接地，地線要求盡可能寬并且短。第二點是直流輸出電壓。第三點是元器件選用。

抑制產生高頻輻射的主控板輻射輻射源。我們主要用幾種方法降低輻射，首先是主控板的布線，特別是地線，其次是元器件的使用，包括高速信號線上的零電阻的使用等，地線的布置也很關鍵，屏蔽板的運用等。主要對付高低頻磁場，通常使用良好的導體及鐵磁材料來實現(xiàn)屏蔽。設計線束布置時地線是很好的電場屏蔽工具，通常布置在電路外圍。

2.3可靠有效的接地系統(tǒng)

避免干擾是接地設計主要目的，既不要造成電磁耦合干擾，還要避免公共阻抗干擾。根據(jù)國家規(guī)定：汽車上的線路必須采用負極搭鐵，哪些地方在設計的時候就要十幾搭鐵呢？采用單線連接電源及用電設備，單點搭鐵電源、信號等回路，以及電纜、靜電屏蔽層。不同負載地線要分開，特別是大功率、小功率、數(shù)字信號以及模擬信號。接地點在滿足裝配要求的情況下還要保證接地性能良好。可以選用導電性能良好的支架或者接地點一定要干燥避免布在整車濕區(qū)。有些特殊電器需要單獨接地，像安全氣囊等，為了確保該電器的正常安全使用。有些接地線需要用屏蔽線或雙絞線，特別是信號線。良好的接地能減小回路電流以及對元器件和線路的沖擊，并提供故障電流回路，與屏蔽及濾波一起抑制電磁干擾的效果

參考文獻：

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[3]戴焯等.汽車電系電磁兼容性研究.武漢工學院學報.1992（12）.P73-P78

作者簡介：

王俊杰，1982.12.15，男，漢族，神龍汽車有限公司，中級工程師，本科，汽車電器開發(fā)，從事技術工作endprint