電磁兼容技術(shù)在車(chē)輛上的研究與應(yīng)用

韓 彬，蔡伯松，劉忠臣，陳立霆，馬文聰，王關(guān)海

（一汽解放汽車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130011）

汽車(chē)電子技術(shù)是汽車(chē)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。對(duì)于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，已然成為評(píng)價(jià)汽車(chē)領(lǐng)域技術(shù)水平的標(biāo)桿。和其他電子工業(yè)技術(shù)相仿，汽車(chē)電子技術(shù)也面臨著電磁兼容性（EMC）這個(gè)所有電子類產(chǎn)品避不開(kāi)的問(wèn)題。電磁兼容是指各種用電設(shè)備之間的電磁干擾和抗電磁干擾。汽車(chē)在實(shí)際使用過(guò)程是不斷移動(dòng)并暴露在各種不同來(lái)源和強(qiáng)度的電磁輻射中，隨著汽車(chē)上電子設(shè)備種類和數(shù)量越來(lái)越多，電磁兼容問(wèn)題也在不斷增加，已經(jīng)對(duì)駕駛員和行車(chē)安全形成了隱患，因此汽車(chē)電磁兼容性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。汽車(chē)電磁兼容技術(shù)是研究并解決汽車(chē)內(nèi)部電磁兼容和外部環(huán)境對(duì)汽車(chē)電磁兼容的一項(xiàng)綜合性技術(shù)，也是在汽車(chē)領(lǐng)域伴隨著電子技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)需求變化而產(chǎn)生的新技術(shù)。

1 國(guó)際汽車(chē)電磁兼容技術(shù)的發(fā)展情況

據(jù)調(diào)查，國(guó)際上汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)形成了一套相對(duì)完善的電磁兼容體系。這個(gè)完善的電磁兼容體系包含4個(gè)組成部分：一是全面可實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，二是被公眾認(rèn)可的電磁兼容性檢測(cè)認(rèn)證組織，三是高精尖的電磁兼容試驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室，四是可以普及到業(yè)內(nèi)的具有電磁兼容設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)仿真測(cè)試的軟件工具。

1.1 相對(duì)完善的汽車(chē)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

已知的著名汽車(chē)制造商和汽車(chē)電子產(chǎn)品供應(yīng)商都已認(rèn)同電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并融入到自身企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，眾多國(guó)際組織和協(xié)會(huì)也在其相關(guān)文件中體現(xiàn)了汽車(chē)電磁兼容的內(nèi)容，其中比較權(quán)威的有英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱BSI）、國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡(jiǎn)稱ISO）等。

1.2 眾多大型電磁兼容實(shí)驗(yàn)室

德國(guó)大眾汽車(chē)在20世紀(jì)中期完成了針對(duì)汽車(chē)防無(wú)線電干擾的實(shí)驗(yàn)基地，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，在20世紀(jì)80年代建成大型汽車(chē)電磁兼容檢測(cè)中心。歐洲諸國(guó)的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室數(shù)量也已經(jīng)達(dá)到3個(gè)數(shù)量級(jí)。法國(guó)著名標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)建立了可用于整車(chē)零部件電磁兼容測(cè)試的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。除此之外，著名汽車(chē)制造商德國(guó)豪華汽車(chē)寶馬、德國(guó)大眾集團(tuán)、意大利菲亞特汽車(chē)公司等也擁有了自己的大型電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。

1）MBtech實(shí)驗(yàn)室：擁有12個(gè)小型車(chē)和一個(gè)大型車(chē)電波暗室，可以進(jìn)行零部件級(jí)和整車(chē)級(jí)的電磁兼容設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的驗(yàn)證測(cè)試，并且涵蓋所有通用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試。如圖1所示。

圖1 MBtech實(shí)驗(yàn)室

2）MIRA實(shí)驗(yàn)室：第一個(gè)暗室于20多年前建立，是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的暗室。現(xiàn)如今擁有總共9個(gè)零部件和整車(chē)電波暗室及相關(guān)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可進(jìn)行零部件級(jí)和整車(chē)級(jí)的電磁兼容實(shí)驗(yàn)。還具備電氣零部件及整車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)電磁兼容的測(cè)試能力及大量整改經(jīng)驗(yàn)，并可以利用數(shù)值仿真分析技術(shù)幫助設(shè)計(jì)進(jìn)行整改。如圖2所示。

圖2 MIRA實(shí)驗(yàn)室

1.3 汽車(chē)電磁兼容仿真技術(shù)的開(kāi)展

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的進(jìn)步，原本局限于傳統(tǒng)汽車(chē)的電磁兼容試驗(yàn)也有了更高的要求，更多更全面、功能更復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)也越發(fā)突顯車(chē)輛電磁兼容的必要性和重要性。針對(duì)電磁兼容領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，將電磁兼容數(shù)模設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試作為電磁兼容試驗(yàn)前的一環(huán)，可以極大地縮短設(shè)計(jì)周期，提高解決電磁兼容問(wèn)題的效率，同時(shí)可以降低實(shí)驗(yàn)成本。

2 國(guó)內(nèi)汽車(chē)電磁兼容技術(shù)的發(fā)展情況

20世紀(jì)80年代，中國(guó)針對(duì)電磁干擾特性做了相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)，為后來(lái)的進(jìn)一步發(fā)展提供了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心做了一次全國(guó)范圍汽車(chē)的檢查，主要是針對(duì)電磁兼容EMI的傳導(dǎo)和輻射干擾。普查結(jié)果顯示不合格車(chē)輛高達(dá)76%，其中很多已經(jīng)屬于嚴(yán)重超標(biāo)范疇。從20世紀(jì)末我國(guó)開(kāi)始大力推動(dòng)汽車(chē)電磁兼容技術(shù)的研究工作，一些國(guó)家重點(diǎn)的汽車(chē)檢測(cè)中心也逐漸具備汽車(chē)電磁兼容的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ@標(biāo)志著國(guó)內(nèi)汽車(chē)電磁兼容技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的提高。21世紀(jì)初，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心大型電磁兼容實(shí)驗(yàn)室正式竣工，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室包括電波暗室和屏蔽室，具備整車(chē)級(jí)電磁兼容試驗(yàn)?zāi)芰Γ@意味著我國(guó)在汽車(chē)電磁兼容技術(shù)領(lǐng)域有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。

目前中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司也具有電磁兼容的試驗(yàn)測(cè)試能力。檢測(cè)中心具有1個(gè)零部件及3m法整車(chē)（乘用車(chē)）暗室，后續(xù)陸續(xù)建成一個(gè)10m法整車(chē)暗室及1個(gè)零部件屏蔽室。可進(jìn)行CISPR12、CISPR25、ISO 11451、ISO 11452、TL82033、TL82166、TL82366、TL82466、ECER10、EEC等標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，具有ESD、BCI、GJB 151B等民標(biāo)及軍標(biāo)測(cè)試設(shè)備，并具備一定的數(shù)值仿真分析能力。如圖3所示。

圖3 一汽檢測(cè)中心

3 越野車(chē)領(lǐng)域電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用情況

電磁兼容技術(shù)是特種裝備越野車(chē)電子電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能及可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心自主研發(fā)的越野車(chē)從設(shè)計(jì)伊始就建立健全的電磁兼容工作組織，加強(qiáng)電磁兼容性研究的管控，不斷監(jiān)督、改進(jìn)電磁兼容性工作，保證電磁兼容性工作的成果。

在車(chē)輛系統(tǒng)的方案論證階段，充分研究和學(xué)習(xí)現(xiàn)有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)地考察分析整車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的電磁分布情況和外部繁雜的電磁環(huán)境，結(jié)合越野車(chē)車(chē)載電子電氣設(shè)備的種類、數(shù)量、功能和電磁特性等實(shí)際情況，通過(guò)數(shù)模設(shè)計(jì)和仿真分析技術(shù)，對(duì)總成零部件電磁兼容性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)整車(chē)的電磁兼容指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估分析。電磁兼容性評(píng)估分析工作涵蓋從方案設(shè)計(jì)、工程研制、試驗(yàn)驗(yàn)證到成果驗(yàn)收整個(gè)研發(fā)流程。

電磁兼容性分析應(yīng)考慮鄰近的和有信號(hào)接口的每一組合、零部件、總成、分系統(tǒng)和整車(chē)乃至整個(gè)項(xiàng)目的電氣與機(jī)械結(jié)構(gòu)、電參數(shù)、信號(hào)頻譜、電磁環(huán)境條件等對(duì)電磁兼容性的影響。確保在方案設(shè)計(jì)階段和工程研制階段消除電磁干擾隱患，最大限度減少電磁干擾問(wèn)題，以降低研制費(fèi)用和縮短研制周期。電磁兼容性試驗(yàn)的目標(biāo)是尋找和發(fā)現(xiàn)已經(jīng)暴露和仍在潛藏的電磁干擾問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象做出相應(yīng)的整改措施，來(lái)確保最終整車(chē)系統(tǒng)可以滿足電磁兼容性的設(shè)計(jì)要求。

在設(shè)計(jì)階段就以越野車(chē)全部壽命周期內(nèi)的電磁環(huán)境條件和GJB151A—1997《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》中規(guī)定的電磁兼容性指標(biāo)為設(shè)計(jì)方針，針對(duì)零部件→總成→分系統(tǒng)→整車(chē)，通過(guò)逐層遞進(jìn)、層層把控的方式確保可以控制住電磁干擾（包括系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾極限和系統(tǒng)外部典型電磁環(huán)境條件）。從各電氣總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)及制造工藝等方面出發(fā)，直到整車(chē)電氣系統(tǒng)布局、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)等都充分考慮了其電磁兼容性的影響，采取屏蔽、濾波、去耦等有效處理手段，進(jìn)一步完善產(chǎn)品的電磁兼容性。

3.1 流程體系的建立

建立系統(tǒng)的汽車(chē)領(lǐng)域電磁兼容性工作方法，加強(qiáng)管控電磁兼容設(shè)計(jì)流程規(guī)范，將新的電磁兼容設(shè)計(jì)理念融入到整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中，滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。建立包括需求分析、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)驗(yàn)收和技術(shù)積累共5個(gè)模塊的系統(tǒng)化電磁兼容管理、評(píng)估和控制流程。如圖4所示。

圖4 電磁兼容實(shí)施流程圖

車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)化程度較高，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件設(shè)計(jì)的匹配性、隔離措施，頻率使用的合理性，接口設(shè)計(jì)、互連電纜（包括電源）之間的電磁干擾以及與其它系統(tǒng)的連接控制關(guān)系等都需要綜合考慮，例如在采用總線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器供應(yīng)商和ECU設(shè)計(jì)師已經(jīng)不是傳統(tǒng)的采購(gòu)選擇關(guān)系，而是要從電磁兼容的設(shè)計(jì)要求出發(fā)，綜合考慮信號(hào)傳輸特征、線束選擇、接口設(shè)計(jì)、接地等方面來(lái)制定接口設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。如圖5所示。

圖5 具體實(shí)施流程圖

3.2 電磁兼容仿真技術(shù)的應(yīng)用

固然電磁兼容仿真技術(shù)在無(wú)線射頻技術(shù)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域已經(jīng)具備一定的能力基礎(chǔ)，但是汽車(chē)領(lǐng)域的電磁兼容問(wèn)題涵蓋范圍更大，從電路、印制線路板、零部件、總成、分系統(tǒng)到整車(chē)系統(tǒng)都包含在內(nèi)。整車(chē)電子系統(tǒng)電磁兼容性進(jìn)行仿真分析需要基于汽車(chē)電子自身的特性，采用多級(jí)聯(lián)合仿真，確保整車(chē)能滿足電磁兼容設(shè)計(jì)要求。如圖6所示。

圖6 用于整車(chē)電磁兼容的多級(jí)聯(lián)合仿真方法流程

電磁兼容仿真模型的建立

一個(gè)可用于仿真分析的汽車(chē)電磁兼容仿真模型往往脫胎于正常研發(fā)過(guò)程中的復(fù)雜的車(chē)體三維數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)模型中必然包含設(shè)計(jì)使用的很多局部數(shù)據(jù)，而這些細(xì)節(jié)在電磁兼容仿真中是不重要的，過(guò)多的局部細(xì)節(jié)會(huì)對(duì)仿真造成阻礙。汽車(chē)電磁兼容數(shù)值仿真模型的核心部分是實(shí)體幾何模型及其相關(guān)的參數(shù)，幾何模型主要是電子產(chǎn)品和電子元器件、電子控制單元、車(chē)身車(chē)體、典型的電臺(tái)等容易受電磁干擾和容易產(chǎn)生電磁干擾的零部件。整車(chē)電磁兼容仿真建模是電磁兼容分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，建立仿真模型時(shí)需要著重考慮其合理性，這關(guān)系到后續(xù)仿真結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，電磁系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)在處理大型數(shù)據(jù)層面已經(jīng)獲得了相當(dāng)大的提升，現(xiàn)在已經(jīng)可以很容易地針對(duì)整車(chē)電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行建模仿真，模擬出各種環(huán)境下已知的電磁干擾及潛在影響。這種進(jìn)步主要?dú)w功于計(jì)算電磁學(xué)、仿真分析能力以及計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)3個(gè)領(lǐng)域的并行發(fā)展。

正常產(chǎn)品研發(fā)中使用的車(chē)體幾何模型主要是為了分析其機(jī)械性能，而對(duì)于電磁兼容仿真來(lái)說(shuō)，龐大的局部細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)會(huì)嚴(yán)重影響到仿真計(jì)算，我們往往會(huì)對(duì)原有的車(chē)體幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，不進(jìn)行優(yōu)化的模型無(wú)法用于電磁兼容仿真分析，所以在數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成電磁仿真模型時(shí)需要先進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理就是針對(duì)局部細(xì)節(jié)進(jìn)行刪減或合并，例如把疊加在一起很多個(gè)平面合成一個(gè)整體，因?yàn)殡姶偶嫒莘抡娌恍枰治鲞@些平面之間的數(shù)據(jù)，完全可以將這些平面當(dāng)成一個(gè)整體來(lái)分析；例如一些不重要的細(xì)小的安裝孔和縫隙，這些對(duì)電磁兼容影響極小，忽略不計(jì)，所以可以去除。

電磁兼容仿真分析中激勵(lì)源的數(shù)值模擬

在汽車(chē)電磁兼容仿真分析的流程中，對(duì)電磁兼容電磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行模擬是必不可少的一環(huán)，也是進(jìn)行仿真分析計(jì)算的前提。模擬的核心是激勵(lì)源，而引入數(shù)值計(jì)算中的激勵(lì)源是否合適，將決定整個(gè)模擬計(jì)算的準(zhǔn)確度，從而影響最終的仿真結(jié)果。一個(gè)合適的激勵(lì)源能夠極大提高計(jì)算效率，節(jié)省電子計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，提高運(yùn)行速度。

將對(duì)實(shí)際測(cè)量中得到的頻譜進(jìn)行模擬后得到的頻譜作為汽車(chē)自身的干擾源是常用的既方便又準(zhǔn)確有效的方法。在對(duì)電磁感應(yīng)輻射干擾和傳導(dǎo)干擾的測(cè)量中，按照汽車(chē)電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的要求，干擾信號(hào)的頻譜特征是采用帶通掃頻的方式在接收機(jī)端采集到的。但是這個(gè)實(shí)測(cè)得到的頻譜不能直接用于模擬激勵(lì)源，因?yàn)閷?shí)際頻譜的干擾峰值隨著頻率的變化會(huì)顯得過(guò)于雜亂導(dǎo)致無(wú)法使用，所以需要對(duì)頻譜進(jìn)行處理，提取出頻譜的干擾值的主要變化趨勢(shì)，以便模擬更合適的激勵(lì)源。干擾源峰值會(huì)隨頻率變化，其變化的特征可以通過(guò)小波包處理后再提取特征的方式得到。

基于小波變換按照式（1）將所得信號(hào)進(jìn)行分解：

式中：j——尺度系數(shù)；k——時(shí)間平移系數(shù)；φ（t）——尺度函數(shù)；ψ（t）——小波函數(shù)。φ（t）和ψ（t）滿足以下公式：

其遞歸定義為：

式中：g（n）——尺度函數(shù)；h（n）——小波函數(shù)濾波器；n——信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)。由于小波系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)正交的，g（n）和h（n）有如下關(guān)系：

式（4）中變換系數(shù)遞歸定義為：

式（5）是對(duì)信號(hào)進(jìn)行塔式多分辨率分析與重構(gòu)的一種便捷算法，這種算法也叫塔式算法，可以基于空間層面對(duì)小波的多分辨率特征進(jìn)行闡述，然后利用小波包分解著重對(duì)信號(hào)的低頻段和高頻段進(jìn)行進(jìn)一步分析。

通過(guò)小波包分解分析信號(hào)是一種很具象的方法，可以將時(shí)頻平面劃分得更為細(xì)致，并根據(jù)被分析信號(hào)的頻率特征，自適應(yīng)地選取最佳基函數(shù)，使之與信號(hào)相匹配。根據(jù)小波包分解理論可知小波包的分解層數(shù)為J，其分解數(shù)有2J個(gè)，可以用傳統(tǒng)的基于熵的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定使用的分解數(shù)，這對(duì)后續(xù)計(jì)算影響很大，最小熵標(biāo)準(zhǔn)也能進(jìn)行給定信號(hào)的信息相關(guān)的性能描述。根據(jù)最小熵標(biāo)準(zhǔn)可以得出4層分解小波包的最佳分解和系數(shù)，見(jiàn)圖7。

圖7 最佳分解樹(shù)及相關(guān)小波包系數(shù)

圖8為激勵(lì)源頻譜的小波包分解系數(shù)。根據(jù)圖中的曲線變化可以算出小波包的分解系數(shù)隨著頻率升高逐漸變小，當(dāng)頻率是高頻時(shí)，分解系數(shù)是離散的。可以定義其第j級(jí)分解中的第k個(gè)子頻帶的能量的平均值，可以得出式（6）：

圖8 激勵(lì)源頻譜小波包分解系數(shù)（從高頻到低頻）

因此經(jīng)過(guò)小波包分解之后的各頻帶的能量能按照公式（6）計(jì)算，然后提取各個(gè)頻帶內(nèi)一定值以上的能量的分解系數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生。一般情況下，可以將這個(gè)一定值定義為總能量的5%，這樣就能實(shí)現(xiàn)只損失少量能量就可以將原有頻譜轉(zhuǎn)換為具有相同干擾峰值趨勢(shì)的頻譜，轉(zhuǎn)換后的頻譜就可以用于模擬仿真。

根據(jù)圖9可得第1條曲線是原有干擾源的頻譜，第2條曲線是分解后的特征頻譜，第3條曲線是前2條曲線的絕對(duì)誤差，分析可知絕對(duì)誤差值均小于7dBμV，因此可以認(rèn)為經(jīng)過(guò)小波包分解特征提取后的頻譜與實(shí)際測(cè)量中的特征頻譜相似度很高，說(shuō)明方法可行性很高。因?yàn)槟芰枯^小的高頻系數(shù)在處理時(shí)會(huì)丟失，所以在變換前，需要先對(duì)頻譜的峰值采取+∞方向數(shù)值取整的計(jì)算，這樣一是可以將高頻系數(shù)的丟失對(duì)原頻譜峰值的影響最小化，二是可以排除掉實(shí)際測(cè)量中各種復(fù)雜情況引起的繁雜干擾，從而得到準(zhǔn)確的干擾源特性頻譜。在實(shí)際操作中，激勵(lì)源的調(diào)制數(shù)組一般篩選出-10dBμV以上峰值的頻點(diǎn)，從而得到最終頻譜，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)最終頻譜的峰值大于原有頻譜的峰值，這也正好符合電磁兼容設(shè)計(jì)中總的不確定度的允許值。

圖9 特征提取前后收放機(jī)傳導(dǎo)干擾測(cè)試數(shù)據(jù)及誤差曲線

數(shù)值仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試對(duì)比及誤差分析

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了實(shí)際測(cè)試的測(cè)試要求，包括布置方法和測(cè)試方法。其中模擬測(cè)試的工況要求是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不工作狀態(tài)，電子控制單元和控制器處于工作狀態(tài)，收音機(jī)電臺(tái)天線處于接收信號(hào)狀態(tài)，雨刮電機(jī)洗滌器電機(jī)等處于不工作狀態(tài)。同時(shí)數(shù)值仿真軟件中也需要根據(jù)實(shí)車(chē)狀態(tài)建立三維數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行相同的布置。實(shí)際測(cè)試中需要確定車(chē)內(nèi)零部件總成的干擾源位置，可以通過(guò)分別控制車(chē)內(nèi)所有電子電氣零部件在中央配電盒熔斷器通斷的方法，來(lái)控制各零部件的工作狀態(tài)，使其分別單獨(dú)工作。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試后發(fā)現(xiàn)車(chē)載收放機(jī)在高頻段發(fā)射超標(biāo)，這也與實(shí)際調(diào)查過(guò)程中裝配收放機(jī)的車(chē)輛容易發(fā)生事故相符。圖10為整車(chē)實(shí)際窄帶輻射發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)和整車(chē)經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算后測(cè)量值的對(duì)比。

根據(jù)圖10中2組數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出：數(shù)值仿真結(jié)果在高頻段可以模擬出實(shí)際窄帶輻射發(fā)射數(shù)據(jù)中的超標(biāo)位置，可以認(rèn)為能夠表達(dá)出干擾峰值-頻率的整體走勢(shì)，在低頻段的信號(hào)失真較大；在高頻段的仿真計(jì)算誤差為10dBuV/m，在低頻段的仿真計(jì)算誤差則大于20dBuV/m。

圖10 實(shí)際窄帶輻射發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)與數(shù)值仿真結(jié)果

在電磁兼容問(wèn)題的實(shí)際測(cè)試中往往有很多重要但難以測(cè)量的性能參數(shù)，通過(guò)軟件模擬仿真可以得到這些參數(shù)。圖11分別是低頻段和高頻段金屬車(chē)體表面產(chǎn)生的感應(yīng)電流，可以根據(jù)圖11顯示的分布狀況針對(duì)性地設(shè)計(jì)改善電氣系統(tǒng)的接地回路。汽車(chē)電磁兼容中的輻射發(fā)射內(nèi)容主要包含兩個(gè)部分：一是近場(chǎng)環(huán)境下的磁場(chǎng)電場(chǎng)相輔相生的互感耦合，二是在遠(yuǎn)場(chǎng)環(huán)境下以波動(dòng)形式移動(dòng)的發(fā)射規(guī)律。圖12和圖13分別是車(chē)載收放機(jī)天線輻射發(fā)射引起的電場(chǎng)近場(chǎng)傳播和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的發(fā)射圖。近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)分布可以用來(lái)分析不同位置的電子電氣設(shè)備相互之間的電磁干擾。

圖11 低頻和高頻金屬車(chē)體感應(yīng)電流

圖12 車(chē)載收放機(jī)天線輻射發(fā)射引起的電場(chǎng)近場(chǎng)傳播

圖13 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射發(fā)射

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以總結(jié)出，干擾源與敏感體的位置至關(guān)重要，因此可以根據(jù)位置的遠(yuǎn)近分近場(chǎng)屏蔽和遠(yuǎn)場(chǎng)屏蔽兩種方式進(jìn)行電磁屏蔽。

近場(chǎng)條件下的電磁屏蔽一般使用具有高磁導(dǎo)率的金屬屏蔽體，高磁導(dǎo)率的材料吸收損耗大，針對(duì)較難屏蔽的低頻磁場(chǎng)很有效。從理論上講，磁導(dǎo)率越高的材料其對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽就越好，像鐵、非晶態(tài)合金、硅鋼片、坡莫合金等，但是當(dāng)外界磁場(chǎng)過(guò)強(qiáng)時(shí)，高磁導(dǎo)率的材料會(huì)因磁飽和現(xiàn)象而失去屏蔽磁場(chǎng)的能力，這時(shí)可以采用先低磁導(dǎo)，后高磁導(dǎo)的雙層屏蔽。磁導(dǎo)率會(huì)隨著頻率升高而降低，損耗也升高，對(duì)于高頻磁場(chǎng)，高磁導(dǎo)材料將不再適用，此時(shí)可以使用高電導(dǎo)率的金屬材料，高電導(dǎo)率材料在接地良好的情況下有效屏蔽高頻電場(chǎng)。

遠(yuǎn)場(chǎng)條件下的電磁屏蔽一般使用具有高電導(dǎo)率的金屬屏蔽體，例如銅、鋁和相應(yīng)的合金等。因?yàn)榻涣麟娋哂汹吥w效應(yīng)，趨膚效應(yīng)可以使內(nèi)部電流很小，所以也可以在電子電氣設(shè)備的塑料外殼上涂導(dǎo)電漆，能起到良好的屏蔽作用。

電磁兼容數(shù)值仿真的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)

汽車(chē)領(lǐng)域電磁兼容電子計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，是解決汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題的有效手段，是推動(dòng)汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。汽車(chē)領(lǐng)域電磁兼容電子計(jì)算機(jī)仿真分3個(gè)階段：根據(jù)實(shí)際狀態(tài)提供有效設(shè)計(jì)輸入，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)估計(jì)驗(yàn)證。這3個(gè)階段都可以通過(guò)電子計(jì)算機(jī)仿真提出指導(dǎo)性建議，幫助解決電磁兼容問(wèn)題。

綜上，開(kāi)展汽車(chē)領(lǐng)域電磁兼容電子計(jì)算機(jī)仿真分析的重要性、緊急性和發(fā)展前景是有目共睹的。

汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題隸屬于汽車(chē)行業(yè)多領(lǐng)域的交集部分，往往需要電子電氣、車(chē)身、計(jì)算機(jī)仿真、電磁兼容實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜彝ε浜喜拍芡瓿伞Ｒl(fā)展到可以系統(tǒng)地進(jìn)行汽車(chē)領(lǐng)域電磁兼容電子計(jì)算機(jī)仿真開(kāi)發(fā)的程度，幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)亟需解決。

1）獲取前期分析參數(shù)。前期參數(shù)主要指車(chē)內(nèi)電子電氣設(shè)備的幾何三維數(shù)據(jù)和相關(guān)電氣參數(shù)。一般有以下幾種獲取方式：①實(shí)際測(cè)試中獲取的；②經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和權(quán)威資料里提供的；③從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等文件中獲得；④理論上可替換的同類產(chǎn)品數(shù)據(jù)（例如同一廠家生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和參數(shù)都十分接近的其他產(chǎn)品）；⑤進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)的三維數(shù)據(jù)和參數(shù)。這5種獲取方式中的實(shí)際測(cè)試中獲取的數(shù)據(jù)最精確，值得注意的是前期參數(shù)的建立會(huì)嚴(yán)重影響到仿真分析的結(jié)果，所以參數(shù)的選取尤為重要。

2）簡(jiǎn)化車(chē)體幾何三維模型。上文提過(guò)車(chē)體三維數(shù)據(jù)中很多的局部細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)于電磁兼容仿真都是不重要的，因此在前期需要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，例如將小型安裝孔、細(xì)微的縫隙和凸起進(jìn)行填補(bǔ)或刪除，將多層疊加在一起的結(jié)構(gòu)合成整體等。這些工作非常繁雜耗時(shí)，但又對(duì)后續(xù)工作效率有很大提升。事實(shí)上，簡(jiǎn)化車(chē)體幾何三維模型的工作量往往占據(jù)全部工作量8成以上。

3）整車(chē)的電線束設(shè)計(jì)。車(chē)內(nèi)的電線束是引起整車(chē)電磁兼容問(wèn)題的關(guān)鍵成分之一，因此車(chē)內(nèi)電線束種類、具體走向和回路結(jié)構(gòu)是汽車(chē)電磁兼容分析的重要部分。線束的三維設(shè)計(jì)考慮得越全面，電磁兼容數(shù)值分析就越準(zhǔn)確，甚至可以評(píng)估線束設(shè)計(jì)穿艙方式的屏蔽效果。進(jìn)行電線束三維設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在車(chē)體坐標(biāo)系下進(jìn)行，這對(duì)簡(jiǎn)化電磁兼容仿真分析工作幫助很大。

4）采集車(chē)載電氣電子設(shè)備的傳導(dǎo)干擾數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，整車(chē)或零部件總成發(fā)生電磁兼容問(wèn)題往往都是因?yàn)殡娋€束中存在傳導(dǎo)干擾信號(hào)。傳統(tǒng)方式是利用電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和電磁傳干擾測(cè)試接收機(jī)，可以收集低頻諧波，但是無(wú)法收集高頻諧波。目前所采用的測(cè)試方法是利用輻射測(cè)試接收機(jī)，將帶寬及頻率步進(jìn)設(shè)置得足夠小，然后進(jìn)行傳導(dǎo)干擾數(shù)據(jù)的采集。

3.3 試驗(yàn)與驗(yàn)證

針對(duì)分系統(tǒng)、系統(tǒng)的DV或PV樣品的電磁兼容試驗(yàn)貫穿整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。在電磁兼容試驗(yàn)中，受試設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)所規(guī)定的結(jié)構(gòu)必須完整，各項(xiàng)功能調(diào)試正常，且屬于實(shí)際工作中各種可能的主要功能狀態(tài)。為保證整車(chē)級(jí)電磁兼容試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段就要對(duì)設(shè)備和分系統(tǒng)下要求，要求通過(guò)設(shè)備級(jí)和分系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容性試驗(yàn)。為確保電磁兼容性試驗(yàn)的規(guī)范性，試驗(yàn)方法應(yīng)按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，試驗(yàn)中應(yīng)明確設(shè)備的工作狀態(tài)。具體的實(shí)驗(yàn)大綱可以由使用方和技術(shù)組協(xié)商確定。對(duì)于一些未滿足要求的被測(cè)樣品，需進(jìn)行相應(yīng)的整改措施并再次試驗(yàn)，直至樣品滿足要求。

4 結(jié)論

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提升，用戶對(duì)于汽車(chē)安全性、舒適性的要求越來(lái)越高，因此汽車(chē)電子電氣設(shè)備也越來(lái)越多，汽車(chē)電磁兼容性能成為評(píng)價(jià)汽車(chē)性能必不可少的指標(biāo)。特種裝備越野車(chē)因其特殊用途，對(duì)電磁兼容性能的要求尤為嚴(yán)苛。隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)電磁兼容技術(shù)規(guī)范化，可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)幾年，我國(guó)將著重推動(dòng)汽車(chē)零部件電磁兼容性研發(fā)，加強(qiáng)整車(chē)電磁兼容研究和測(cè)試，加快國(guó)內(nèi)電磁兼容技術(shù)的發(fā)展，提高企業(yè)汽車(chē)技術(shù)水平。