汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系和應(yīng)用

文/韓萌

電子設(shè)備在汽車中的廣泛應(yīng)用，極大地提升了汽車的駕駛體驗(yàn)感。隨著汽車電子設(shè)備類型及數(shù)量的不斷增加，內(nèi)部電磁環(huán)境日益復(fù)雜，及時(shí)產(chǎn)生電子電磁干擾的情況，導(dǎo)致電子設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如何消除汽車電子電磁干擾，提升電子設(shè)備的兼容性就成為技術(shù)團(tuán)隊(duì)與汽車制造企業(yè)共同關(guān)心的問(wèn)題。

1 汽車電子電磁干擾類型

對(duì)汽車電子電磁干擾類型的全面梳理，形成對(duì)電子電磁干擾特點(diǎn)、機(jī)理的認(rèn)知，為后續(xù)汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系的制定及兼容性提高工作的開展有著一定的指導(dǎo)意義。

從實(shí)際情況來(lái)看，現(xiàn)階段汽車電子電磁干擾大致可以劃分為車外電磁干擾、車內(nèi)電磁干擾及車體經(jīng)靜電干擾等幾大類別。不同類型的汽車電子電磁干擾產(chǎn)生原因不同，作用特點(diǎn)各有差異，具體來(lái)看，車外電磁干擾是指汽車在行駛過(guò)程中，所受到的各類電磁環(huán)境干擾。這種誘發(fā)機(jī)理，導(dǎo)致持外電磁干擾只存在于特定的空間范圍內(nèi)，例如高壓輸電線、高壓變電站等形成的磁場(chǎng)，對(duì)汽車形成干擾，造成電子設(shè)備短暫失靈。車內(nèi)電磁干擾是指汽車內(nèi)部各個(gè)電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，相互影響，相互作用的情況。例如在汽車點(diǎn)火環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的高頻輻射，對(duì)車內(nèi)裝載的其他電子設(shè)備有著較強(qiáng)的擾動(dòng)。車體靜電干擾的產(chǎn)生與外部環(huán)境因素有著密不可分的關(guān)系，車輛在行駛中與空氣發(fā)生劇烈的摩擦，導(dǎo)致車體外側(cè)形成靜電，受到車體結(jié)構(gòu)的影響，靜電分布不均勻，在放電環(huán)節(jié)，在車體表面形成干擾電流，對(duì)汽車內(nèi)置電子設(shè)備形成電磁干擾。對(duì)三類汽車電子電磁干擾產(chǎn)生原因、特點(diǎn)的梳理，幫助技術(shù)人員及汽車制造企業(yè)進(jìn)一步明確電子電磁干擾基本情況，為后續(xù)兼容技術(shù)的應(yīng)用及方案制定提供方向性引導(dǎo)。

2 汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系概述

2.1 汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的分類

目前汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為國(guó)際、國(guó)家以及企業(yè)三類，分別用于指導(dǎo)相關(guān)設(shè)計(jì)與制造工作，以降低汽車電子電磁干擾，提升電子設(shè)備之間的兼容性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際電工委員會(huì)等國(guó)際性組織，根據(jù)多年的技術(shù)論證，形成了一整套汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。各個(gè)國(guó)家依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自身的實(shí)際，推行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，例如美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)、德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)等，都進(jìn)行了汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的本土化探討，制定具有本國(guó)特色的標(biāo)準(zhǔn)體系。一部分大型的跨國(guó)汽車制造企業(yè)，例如福特、通用、大眾等，考慮到企業(yè)的客戶對(duì)象多樣，標(biāo)準(zhǔn)體系存在一定的差異，因此也制定了企業(yè)級(jí)別的電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)企業(yè)級(jí)別的汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)相較于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系，也更為嚴(yán)格，通過(guò)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，確保汽車驗(yàn)證、銷售的流暢性，防范化解企業(yè)面臨的風(fēng)險(xiǎn)。例如在現(xiàn)行的國(guó)際汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系下，要求汽車抗干擾度為24V/m，而多數(shù)企業(yè)在制定抗干擾度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將其提高到100-200V/m。

圖1

2.2 汽車電子電磁兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分析

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)大致上可以分為ISO 11451、ISO 11452兩個(gè)系列。ISO 11451標(biāo)準(zhǔn)由4個(gè)部分組成，為汽車制造企業(yè)以及研發(fā)人員提供了完整的抗窄帶電磁輻射干擾的測(cè)試方法，對(duì)電磁輻射干擾的來(lái)源、抗干擾測(cè)試的基本流程以及注意事項(xiàng)進(jìn)行了細(xì)致說(shuō)明。ISO 11452標(biāo)準(zhǔn)由11個(gè)部分組成，其提供了抗窄帶電磁輻射汽車零部件電磁干擾測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ISO 11451標(biāo)準(zhǔn)的有益補(bǔ)充。隨著技術(shù)的發(fā)展，科研工作的持續(xù)深入，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，又提出了基于汽車電子設(shè)備常見瞬態(tài)干擾信號(hào)的測(cè)試以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)相關(guān)汽車常見瞬態(tài)干擾信號(hào)的排查工作。國(guó)際電工委員會(huì)制定了CISPR 12標(biāo)準(zhǔn)、CISPR 25標(biāo)準(zhǔn)，兩大標(biāo)準(zhǔn)分別用于保護(hù)汽車電子設(shè)備不受動(dòng)力裝置電磁干擾，并以此為基礎(chǔ)，形成一個(gè)完整的汽車內(nèi)部電子設(shè)備電磁干擾限定以及測(cè)試方法。美國(guó)在相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之下，也制定了相應(yīng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，形成了完整的汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系，SAE J 551和SAE J 1113 兩大兼容標(biāo)準(zhǔn)體系，其中SAE J 551主要針對(duì)于整車，用于整車電子電磁兼容的檢測(cè)以及應(yīng)對(duì)，SAE J 1113是對(duì)車輛零部件電子電磁兼容性能的檢測(cè)，以確保車輛各電子設(shè)備的有序運(yùn)行，有效管控電磁干擾。

2.3 國(guó)內(nèi)汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)尚處于起步階段，隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷壯大，政府主管部門以及相關(guān)企業(yè)開始認(rèn)識(shí)到電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)制定與執(zhí)行的必要性與緊迫性。在這一背景下，國(guó)內(nèi)汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)將EMC作為藍(lán)本，結(jié)合我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際、技術(shù)能力，依據(jù)國(guó)際汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)范，逐步形成GB 14023-2006、GB 18655-2002層一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于對(duì)各類汽車電子設(shè)備設(shè)計(jì)、使用活動(dòng)的規(guī)范，在很大程度上，提升了汽車整體的電子抗干擾能力，電磁兼容性得到提升。但是與歐美等國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)沒有形成完整的體系，存在著漏洞，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較低，因此在后續(xù)工作開展的過(guò)程之中，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)做好汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的完善工作，逐步形成完備的汽車電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成明確的指導(dǎo)，強(qiáng)化汽車生產(chǎn)能力。

3 汽車電子電磁兼容性提高方法

汽車電子電磁兼容性的提升，需要在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架下，采取相對(duì)應(yīng)的技術(shù)手段，來(lái)應(yīng)對(duì)各類電子電磁干擾問(wèn)題，有效增強(qiáng)汽車各個(gè)電子設(shè)備之間的兼容性。在研究過(guò)往之中，以EMC標(biāo)準(zhǔn)體系為藍(lán)本，進(jìn)行電子電磁兼容問(wèn)題的探討以及應(yīng)對(duì)。

3.1 汽車電子電磁兼容體系的健全

汽車電子電磁兼容體系健全的過(guò)程之中，應(yīng)當(dāng)著眼于實(shí)際，有效解決電磁干擾問(wèn)題。在實(shí)際工作環(huán)節(jié)，工作人員可以從汽車元器件、零部件、汽車模塊、電子系統(tǒng)等幾個(gè)維度出發(fā)，在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，有效開展相應(yīng)的技術(shù)工作，以切實(shí)提升汽車電子電磁的兼容屬性，降低電磁干擾。在實(shí)際的處理環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的思路梳理，如圖1所示。

為了降低工作難度，減輕工作成本，根據(jù)工作開展的難易程度，技術(shù)人員可以從設(shè)計(jì)層面出發(fā)，做好芯片選型以及電路板設(shè)計(jì)工作，以此為基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行電磁干擾屏蔽以及濾波設(shè)計(jì)工作，進(jìn)而確保各項(xiàng)電磁兼容方案的合理應(yīng)用。在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)兼容標(biāo)準(zhǔn)，明確各類技術(shù)參數(shù)，并將其進(jìn)行細(xì)化，分配到各個(gè)元件之上，并采取必要的檢測(cè)手段，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真模擬。

3.2 減少電磁干擾強(qiáng)度

為了進(jìn)一步增強(qiáng)汽車電子電磁兼容性，技術(shù)人員需要做好相應(yīng)的方案，以有效降低電磁干擾強(qiáng)度，增強(qiáng)汽車各項(xiàng)電子設(shè)備的兼容性。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)做好電氣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作，目前汽車電子設(shè)備使用環(huán)節(jié)，往往會(huì)設(shè)置閃光器，以確保繼電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的完整性以及抗干擾能力，同時(shí)考慮到部分汽車制造環(huán)節(jié)，對(duì)于汽車觸電結(jié)構(gòu)可以使用電弧抑制器進(jìn)行抗電磁干擾強(qiáng)化處理，進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備的電磁干擾能力。針對(duì)汽車行駛過(guò)程中，出現(xiàn)的電機(jī)感性負(fù)載的情況，技術(shù)人員可以借助于濾波電路進(jìn)行電流降噪處理，確保汽車電機(jī)負(fù)載處于合理區(qū)間，避免電磁干擾的出現(xiàn)。對(duì)于汽車內(nèi)部各個(gè)電子設(shè)備控制單元，在設(shè)計(jì)加工環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)做好布線優(yōu)化工作，通過(guò)這種方式，有效控制電磁發(fā)射水平，提升電磁兼容性。對(duì)于汽車之中使用的各類控制設(shè)備，可以采用低頻芯片，以此來(lái)降低輻射與干擾。

3.3 電磁干擾的傳輸抑制

電磁干擾傳輸抑制效能對(duì)于汽車電子電磁兼容有著最為直接的影響，在整個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要做好相關(guān)線束工作，根據(jù)汽車的設(shè)計(jì)情況，針對(duì)于其中涉及到的主要電控單元，采取加裝屏蔽殼體的方式，進(jìn)行封裝處理。汽車較長(zhǎng)的線束，出于抑制電磁干擾的考慮，可以在線束上增設(shè)濾波，現(xiàn)階段，多數(shù)汽車制造企業(yè)使用鐵氧體磁環(huán)，既能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線束電磁干擾傳輸?shù)挠行б种疲帜軌蛱岣吖ぷ餍剩档统杀尽３瞬扇∩鲜觯夹g(shù)手段之外，技術(shù)人員還可以通過(guò)減少電子設(shè)備接收干擾面積以及擴(kuò)大干擾源距離的方式來(lái)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)對(duì)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了切實(shí)提升汽車電子電磁兼容性，確保各類電子設(shè)備的正常運(yùn)行，文章在分析汽車電子電磁干擾類型的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)外電子電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面梳理，形成系統(tǒng)性認(rèn)知。采取行之有效地應(yīng)對(duì)策略，靈活應(yīng)用各類技術(shù)手段，不斷提升汽車電子電磁兼容性，以充分發(fā)揮電子設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。