汽車電磁兼容技術研究

王淵博 杜鑫

摘 要：研究汽車電子兼容技術對于解決汽車的電磁干擾問題以及實現汽車的長效發展有著極為重要的意義。本文就汽車電磁兼容技術進行分析。

關鍵詞：汽車;電磁兼容;技術分析

引言

隨著汽車電子產品的不斷增多，越來越多的電子技術被用于提升汽車的經濟性、安全性與舒適性等方方面面當中，尤其是在微電子技術的高速發展之下，通過將其與傳統機械進行有機結合，使得汽車電子產品也實現了全新發展。但與此同時，在受到電磁干擾之下汽車及其零部件無法正常工作的問題也引起了人們的重視。

一、汽車電磁兼容技術

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC），在國標GB14023 中定義為設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

電磁兼容主要研究兩個方面，一方面為電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference），即電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降，對零部件產生影響并有影響結果，包含輻射發射RE （Radiated Emission）和傳導發射CE（Conducted Emission）。另一方面為電磁抗擾，一般用電磁敏感度EMS（Electromagnetic Susceptibility）表示，即在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力，包含輻射敏感度RS（Radiated Susceptibility）和傳導敏感度CS（Conducted Susceptibility）。

二、汽車電磁環境分析

汽車行駛過程中，對其所在及附近空間內的電磁場現象的總和稱之為電磁環境，對電磁環境產生不利影響的電磁現象稱之為電磁干擾。

2.1內部電磁干擾

內部電磁干擾是指車輛內部電子器件所產生的電磁場，在頻譜上的特征一般為雜波。汽車內部電子器件產生的電磁干擾頻率一般在100kHz到1GHz之間。產生電磁干擾的主要部件有：雨刮器、發電機、分電器、喇叭、門鎖控制單元、電子燃油噴射控制單元、中央控制電路等。理論上任何電子器件在特定狀態下都有產生電磁干擾的可能。內部電磁干擾隨著空間距離的增加，呈急劇衰減的特性。

2.2外部電磁干擾

來自外部的電磁干擾是指車輛外部的電磁干擾信號，包括宇宙射線、地磁場、雷電這樣的自然現象，也包括人造電子電氣設備如路燈、移動通信基站、雷達、便攜通信設備、馬路周邊大型電氣設備、高壓輸電線路等。目前，外部電磁干擾對車輛影響最頻繁的器件是遙控鎖，遙控鎖通常使用國家無線電管理部門對開放的低功率業余頻段，符合相關要求低功率設備均可使用該頻段。因此對汽車遙控鎖同頻率干擾的現象頻頻發生，使遙控鎖暫時性的“失靈”。

2.3國家相關標準

國外對汽車電磁干擾現象及兼容性能極為重視，出臺了很多相關標準和政策。我國的相關標準在逐步完善過程中，目前現有標準主要有：《車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用于保護車外接收機的限值和測量方法》（GB14023-2011）;《車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限值和測量方法》（GB/T18655-2010）;《電動車輛的電磁場發射強度的限值和測量方法，寬帶，9kHz～30MHz》（GB/T18387-2008）;《道路車輛—靜電放電產生的電騷擾試驗方法》（GB/T19951-2005）;《機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》（GB/T17619-1998）;《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾》（GB/T21437.3-2012）。

三、提高電磁兼容性能具體措施

提高汽車電磁兼容性可以從三個大方向著手：干擾源、耦合路徑和敏感源。干擾源就是產生電磁干擾的器件，耦合路徑是電磁干擾傳播途徑，敏感源是受到電磁干擾影響的器件。以上為電磁兼容性的三個要素。對應這三要素的解決思路就是首先要將電子設備產生的電磁干擾降低，然后阻斷電磁干擾傳播路徑，最后是提高電子設備的抗干擾能力。

基于以上思路，我們可以在汽車電子設備的設計過程中采取以下措施：

（1）模塊化設計，以執行功能、功率、安裝位置加以區分，盡可能分別使用電源、接地，減少耦合路徑。

（2）在點火裝置中串聯阻尼電阻，衰減火花產生的電磁干擾雜波。

（3）在可能產生火花的位置并聯電容。

（4）在極易產生電磁干擾雜波的機械部件加裝金屬屏蔽外殼或屏蔽網，如發電機、起動機、火花塞等。屏蔽外殼需要良好的接地，將干擾信號產生的能量導出。

（5）采用屏蔽線纜，如屏蔽雙絞線等，防止線纜產生電磁干擾泄露。同時，布線要合理，減小線路閉合面積，避免線路間電磁場互相干擾。

（6）電子器件接收信號端加裝合適的濾波器，過濾干擾雜波。同時，傳輸信號和數據時，輸出端加大信號強度，提升信噪比。

（7）電子設備在高溫工作環境中，抗擾能力會降低，因此車輛設計時要進行合理的熱設計，對散熱給予足夠的空間。

四、電磁兼容技術的發展趨勢

電動汽車和車聯網飛速發展，這兩項技術都是依托于電子器件的，尤其是車聯網更是基于無線數據傳輸的，因此對電磁兼容性的要求更加嚴格。目前電磁兼容技術還不能完全解決車輛的電磁干擾問題，這需要對車輛電磁環境進行精確的建模，并通過計算分析從整體上解決電磁干擾。建模的過程中，如何優化算法，提高計算速度和精度也是需要不斷探索的問題。在實際測試中，還需要建立電波暗室，用于精確測量電磁環境

4.1電動汽車對電磁兼容性能的要求

電動汽車電磁干擾問題比較嚴重，電動汽車的電子器件更多，還包括了大功率的電氣電動設備，在速度控制系統中還需要變頻模塊。經過實際測試，電動汽車在行駛過程中經常會對周圍空間內的廣播電視頻段和通信頻段造成阻尼振蕩式干擾。因此，電動汽車內部需要更嚴格的對大功率電氣模塊及線纜進行屏蔽處理。同時，外部來的電磁干擾也會導致車輛內部某些電子模塊出現故障。

4.2車聯網對電磁兼容性能的要求

當前車聯網這個概念是一個熱門話題，車聯網是由物聯網引申而來。隨著衛星通信費用的降低，公眾移動通信技術的成熟，還有WIFI和藍牙等技術的廣泛應用，這些通信手段為車聯網的大范圍實現提供了多種數據通信平臺。在公眾移動通信中4G技術已經普及，5G技術已經制定了國際統一標準。但以上通信手段都是依靠無線信號的傳輸，因此車輛的電磁兼容性顯得格外重要，一但通信頻率受到電磁干擾，必然導致數據傳輸誤碼率增加甚至通信阻斷。車聯網下的汽車不僅使用到公眾移動通信技術，也會大范圍應用藍牙和WIFI技術。但是藍牙和WIFI所使用的信道是有限的，這就需要合理的分配信道，滿足車輛內部諸多電子通信模塊的需求。解決車內電子設備電磁兼容問題的同時，也需要注意道路環境中外來電磁干擾，給車輛提供安全的駕駛環境。

五、結束語

汽車電磁兼容性已經成為衡量汽車基本性能的重要標志之一，影響車載電子系統運行的安全可靠性，對于現代汽車而言，汽車電磁兼容技術與排放技術、安全技術同為汽車最為重要的幾大共性技術。研究電磁兼容性需要從電磁兼容技術基礎概念和相關標準法規的分析入手，建立電磁兼容標準和管控流程，以提升電子零部件和整車的電磁兼容性能。

參考文獻：

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