车辆电磁兼容基础指南

随着科学技术的不断进步，汽车工业也在向前发展，其中汽车电子产业发展最为迅猛，以满足人们对于汽车的经济性、安全性和舒适性越来越高的要求。汽车电子化程度已经成为衡量汽车先进性水平的一个标志。据统计，汽车上70%的创新来源于汽车电子；在国内外生产的部分轿车中，汽车电子设备价值超过了整车价值的30%。车载的任何电子电气设备在运行时都会向周围发射电磁能量，可能对其他设备的正常工作产生干扰，同时设备本身也可能受到周围电磁环境的干扰。然而随着汽车电子电气设备数量、种类和密度的不断增加，以及工作频率的不断提高，不可避免地使汽车内的电磁环境更加恶劣，使各电子设备相互间的电磁干扰愈加严重，这就导致了不胜枚举的汽车电磁干扰问题。例如，各种信号指示灯的误动作，刮水器、安全气囊的误开启，ABS系统的效能降低等。这些电磁干扰问题产生的原因主要来自汽车的内部，如点火系统、电子燃油喷射系统、各种电机、一些集成芯片的控制器、通信系统等高频工作的设备和大量开关性元件。它们产生的电磁波通过传导与辐射，对诸如各种电子模块、信号传输线等易受影响的设备造成干扰，对车外环境设施和居民也产生一定程度的干扰。

所谓车辆电磁兼容性，是指整车、零部件或独立技术单元在其电磁环境中可以正常地工作，又不对该环境中任何事物造成不应有的电磁干扰的能力。即在汽车及周围的空间中，在可用的频谱资源条件下，汽车本身及周围的设备可以共存而不会引起降级的能力。汽车的电磁兼容问题可以分为汽车外部电磁环境对汽车内部电子器件的影响、汽车内部电子电气设备之间的互相影响以及汽车对外部环境的影响。

汽车内部产生的干扰，如点火起动时，初级点火线圈和次级点火线圈瞬变电压极高，对车载电子装置产生很强的传导干扰；同时，由于火花塞电极放电强烈，因此对周围的空间形成很强的电磁辐射。在点火断电器触点打开瞬间，初级线圈感应电压幅值可高达300V以上，前沿时间约60μs，脉宽约300μs。此瞬变电压若无有效的抑制，势必对初级电路中电子元器件构成威胁，甚至通过信号线对其他车载电子装置，尤其是对ECU的正常工作形成干扰。而电动机和发电机等感性负载除了在其工作中产生交变电磁辐射外，在断开时也会对车内电源产生强烈的反向过电压传导干扰。图1-1所示是感性负载开路瞬间的反向瞬变脉冲电压波形图。

图1-1 感性负载开路瞬间的反向瞬变脉冲电压波形图

显然，这种瞬变脉冲不但具有浪涌性质，而且具有丰富的谐波，可能引起电子控制系统的逻辑错误，甚至导致部分敏感器件损坏。车内分布有各种开关元件，如功率管、继电器等。这些元件的触点在通断的瞬间，都会产生程度不同的火花放电现象。这种触点间的放电能量虽然比火花塞电极放电能量小得多，但其放电瞬间的能量密度通常可达到造成危害的程度。图1-2所示为开关过程引起的瞬态干扰波形。

图1-2 开关过程引起的瞬态干扰波形(www.xing528.com)

此外，由于汽车内部的有些电子系统工作频率较接近，当电子控制系统工作时，产生的电磁干扰还会影响其他电子系统，使汽车电控系统的开关电路发生误触发，例如，对汽车防碰撞系统的开关控制电路的影响，会导致发生交通意外。

汽车除了要承受自身产生的电磁干扰外，还要承受外界对它的干扰，如雷电、静电、广播、电视、手机信号、附近的高压输电线路及其他各种设备产生的干扰等。目前的资料显示，恶劣的电磁环境使得环境中的干扰可以轻易高达（100±50）V/m，在汽车中使用手持电话都可以产生很强的电磁干扰。人体和车辆、车身和空气以及轮胎和路面的接触中产生的静电，也可能形成静电干扰源，产生静电放电干扰。在静电放电过程中，放电电流形成传导干扰，放电火花则形成辐射干扰。由于其放电时间很短（1～2ns），所以瞬间的电流可以达到10A，甚至更高。这种由于静电放电产生的电流脉冲足以导致任何敏感性电子设备工作异常甚至是损坏。此外，由于静电放电产生的电磁场也能够通过辐射的方式影响到周围电子设备，导致这些系统工作异常。

上述的各种电磁干扰可能是暂时的，影响很小，仅仅使受干扰的敏感电子设备功能发生降级，例如，车载音响系统受到干扰而发生颤音或公路边电视机在汽车驶过时发生图像抖动；但是也可能是影响巨大的，甚至导致某部分功能失效，例如，安全气囊在行驶过程中突然受到干扰触发，或者防抱死系统受到干扰而造成制动失效，这就可能会造成严重的事故。

自从人们发现道路上行驶的汽车会对周围的无线电收音机产生干扰，并提出对汽车点火系统产生的电磁干扰加以限制时，便开始了对车辆电磁干扰的研究。现在，车辆电磁兼容设计已经成为现代汽车设计中必须考虑的环节。面对如此复杂的电磁环境和各种电磁干扰，如何有效地减少车载电气设备之间的相互影响，提高电气设备的抗干扰性，使各种设备正常运行，如何减小对车外环境的电磁发射，成为汽车技术研究中重要的课题。

随着新能源车辆的迅速发展，电磁兼容技术成为电动车辆整车技术中的关键技术，电动车辆由于电气电子设备的增加，造成多种类型电气电子设备集中布置，整车的控制、通信、导航等设备都通过电气设备连接在一起，电磁波频率从几十赫兹直到上兆赫兹的频率宽度范围分布，构成了极其复杂的电磁环境。其中，电动车辆中的驱动电动机、发电机、大功率开关器件、高频放大器件、大电流接触器等电磁骚扰源会对电气系统产生干扰，不但影响车辆的运行安全性，还会影响车辆周围的无线电设备；这些电磁骚扰源与车载计算机控制单元、现场网络总线等敏感设备安装在一起，发生相互电磁干扰的可能性很大。可见，电动车辆电气系统的电磁兼容问题日益突出和严重，因此对电动车辆电磁兼容性提出了较高的要求。电动车辆电磁兼容问题解决不好，会导致控制系统的可靠性下降，直接影响电控零部件的正常工作，甚至会造成系统乃至整车瘫痪，严重的还可能造成质量事故和零部件损坏。因此电磁兼容性研究成为了电动车辆研究的一个重要方面，电磁兼容性的研究对保证电动车辆的质量和安全性具有重要意义。

对于军用车辆而言，随着GPS定位装置、可视化系统、信息终端、控制系统、通信电台等车内电子设备的逐渐增加，车辆电磁环境变得更加复杂。整车的电磁兼容问题已经成为军用车辆全使用周期中必须面对的客观问题，如果没有很好地处理车辆的电磁兼容问题，这不仅将影响整车的动力性能，也将影响车辆的作战性能。故研究车辆的电磁兼容性就是为了解决车辆内部各个电气系统之间，及车辆与外部环境之间的电磁兼容性问题。

众多电子产品的开发与应用，给汽车行业带来了一个不容忽视的重要课题——车辆电磁兼容的研究。车辆电磁兼容技术是解决整车及其零部件的电磁兼容性的一门技术，它涉及汽车与环境、汽车与汽车、汽车内部的电磁兼容问题。竞争日趋激烈的各大汽车厂商必会进一步研究更多新型的电气设备，在不断开发电子设备的同时，改善它们的电磁兼容性是更为重要的任务。