汽車電磁兼容研究概述

宋士鵬　陳寅輝

摘 要：介紹汽車電磁兼容的重要性及電磁兼容測試標準，電磁兼容研究的內容包含整車級和零部件級，介紹數值仿真計算方法和實驗測試方法，以及國內外電磁兼容研究水平。

關鍵詞：電磁兼容;汽車;研究

0 引言

隨著汽車工業和電子技術的迅速發展，越來越多的電子產品在汽車上應用，目前汽車正在向智能化、信息化邁進。隨著智能駕駛、自動泊車、車聯網等新技術的運用。車內電磁環境日益嚴苛。解決汽車電子產品電磁兼容問題，保證汽車的可靠性、安全性，保證汽車行駛過程中電子產品不干擾外部設備且不被外部環境干擾，已經成為了衡量汽車品質的重要指標之一。電磁兼容（Electromagnetic Compatibility， EMC）是指在有限的空間、時間與頻譜資源等條件下，各種用電設備可以共存，并不致引起降級的一門科學。而國際電工技術委員會（IEC）認為，電磁兼容性是設備的一種能力，它在其電磁環境中能完成它的功能，而不至于在其環境中產生不允許的干擾。汽車電磁兼容已經成為汽車設計中必須考慮的問題。對于汽車使用者來說，良好的汽車電磁兼容性能是保證車內設備正常工作的重要前提;而對于汽車制造商來說，進行產品的電磁兼容前期設計，是縮短生產周期與降低成本的重要保證。

1 汽車電磁兼容研究的內容

（1）整車級別的電磁兼容研究。汽車作為一個復雜的電氣系統，在整車級別上的電磁兼容研究主要側重于輻射干擾的準確預測。其中歐盟的GEMCAR項目組致力于開發一整套實用的汽車電磁兼容計算機建模的準則。該團隊對于整車級電磁兼容預測的主要內容有：適合電磁全波計算的汽車車身有限元模型;汽車互聯系統的導線與線束的傳輸線模型;對各接地電子模塊的等效模型的建立，該模型主要是通過測量器件端口散射參數來得到等效電路模型。德國S.Frei團隊結合了矩量法（MOM），傳輸線法（TML），有限元法（FEM）等算法對整車電磁兼容預測進行了深入地研究，該團隊將整車級電磁預測研究分為4個層次：車身模型，用網格處理技術得到合適的計算網格;汽車線束模型，利用傳輸線（MTL）對其建模;電子裝置與器件的模型，主要得到等效接地模型;天線模型。該團隊除了對輻射的研究，還對整車系統的低頻電磁兼容問題以及其參數的提取做了深入地研究。AutoEMC研究工作組致力于開發一整套用于汽車電磁兼容仿真和預測的計算機分析方法。該工作組由歐洲兩大汽車制造商（寶馬和雷諾）、歐洲兩大軟件提供商（ESI和Analogy）、菲亞特技術研究中心，以及電磁兼容咨詢服務提供商Politecnico di Torino等組成。工作組研究的內容主要是：CAD建模;確保計算機仿真科學性;確保計算機仿真的工業有效性;集成不同的仿真工具;確定電磁兼容計算機仿真的標準。

（2）零部件級別的電磁兼容研究。研究表明，為了達到整車級別的電磁兼容性，車內電器設備首先達到電磁兼容的要求是必要的前提條件。比如車內電子控制芯片、電動機系統、電壓變換、蓄電池特性、電機驅動、模擬電路干擾、數控系統。因此對于汽車生產商來說，嚴格控制汽車內部各電器元件的電磁兼容特性是整車能夠順利通過電磁兼容測試標準的重要保證。

2 汽車電磁兼容的研究的方法

（1）數值仿真計算方法。隨著計算速度與能力的提高，計算機仿真技術在汽車電磁兼容預測研究領域中成為主要的手段。而現在的主流算法都是將成熟的算法進行耦合對汽車電磁兼容進行預測，具體的有：多導傳輸線與時域有限差分的耦合MTL/FDTD， 多導傳輸線與矩量法MTL/MOM， 多導傳輸線與有限元的耦合MTL/FEM。

（2）實驗測試方法。實驗測試在汽車電磁兼容中占有重要的地位。對于仿真預測的研究，實驗結果是對仿真結果的驗證;對于汽車生產商來說，任何一款新的汽車都必須通過嚴格的專業電磁兼容實驗測試，才能上市銷售。在國內外，在汽車的電磁兼容實驗實測方面，已經形成了較為完善的標準規范與測試方法。國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際無線電干擾特別委員會（CISPR）、美國汽車工業協會（SAE）、德國標準局（DIN）、德國電氣工程師協會（VDE）等組織均在其文件中規定了抗干擾檢測的干擾類型及嚴格等級，在汽車發達國家幾乎所有的汽車制造商和汽車電子產品的生產廠家均接受這些標準或把這些標準增補為自己的企業標準。國外在汽車電磁兼容測試方法上也進行大量了研究。制定了一系列的測試標準，并研發出了相應的測試系統，可以實現整車及零部件的傳導、輻射騷擾測試。國內同時也出臺了汽車及其部件的電磁兼容技術規范。1992 年我國頒布了GB/14023-92《車輛、機動船和火花點火發動機驅動裝置無線電干擾特性的測試方法及允許值》強制性國家標準，對汽車向環境輻射的電磁波干擾作了限制，現使用的標準為GB/34660-2017。 1998 年頒布了GB/17619-98《機動車電子電器組件的電磁輻射特性限值和測量方法》。2001年發布了GB/T 18387-2001《電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法寬帶9kHz-300MHz》。2002年頒布了GB/18655-2002《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》。GB/18655-2002 等同采用國際電工委員會無線電干擾特別委員會IEC/CISPR 25：1995《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的測量方法及限值》。新標準在舊標準的基礎上有部分內容作了修改和補充。

3 總結

總的來說，由于長期的研究與技術積累，汽車電磁兼容在國際上已經形成了比較成熟的體系，包括一定數量的研發團隊、嚴格的技術規范與前期開發準則。并且其硬件設備與軟件都比較齊全。近幾年，越來越多的研究人員進入電動汽車以及混合動力汽車電氣系統的電磁兼容研究，因為這些新能源汽車相對于傳統燃油汽車電磁兼容問題更加突出。就整車電磁兼容研究來說，兩者思路與運用的方法都非常相似。因此以前的研究成果可以很快地轉化到新型汽車的研發。中國自主品牌汽車只發展短短十幾年，以目前的經濟實力和技術條件很難從根本上解決電磁兼容問題。主要面臨兩個方面困難：在經濟方面，以目前自主品牌的資金條件只能進行消費者比較關心的碰撞試驗、排放試驗等，還沒有能力在電磁兼容方面投入較大的資金。在技術方面，雖然自主品牌對電磁兼容技術一直潛心研究，但在技術攻關時存在許多瓶頸問題，目前仍沒有取得實質性進展。原因有兩個：一是軟件問題。由于國外企業封鎖關鍵技術，我國還沒有完全掌握整車系統的電磁兼容技術，處于摸索階段。二是硬件問題。汽車電磁兼容的測試分為零部件和整車測試，零部件通過了電磁兼容測試，并不能保證整車電磁兼容測試通過。受整車電磁兼容測試方面實驗條件的限制，我國處理電磁兼容問題的經驗非常欠缺。同時，相對傳統汽車，電動車的電磁干擾問題更為嚴重。如果解決不好電磁兼容問題，一方面電動車會對周圍的廣播電視和通訊產生影響;另一方面，外部電磁干擾也會使電動汽車出現故障。總之，相對于國外，國內在此領域的研究主要面臨硬件設備落后、研究隊伍規模小、資金短缺以及缺乏與汽車制造商有效的合作等問題。

參考文獻：

[1]鄭軍奇.EMC設計分析方法與風險評估技術[M].電子工業出版社，2020.5.

[2]賈晉.汽車點火系統電磁干擾預測方法的研究[D].重慶大學碩士論文，2010.5.