1.标准简介
随着汽车工业的飞速发展,汽车自动化程度日益提高,汽车上使用的电子装置越来越多,电子点火代替电火花点火,电子控制系统代替机械控制系统,车窗、座椅等也由电子系统控制,车内装有无线数字通信系统、卫星定位系统,还有许多娱乐设施,如收音机、音响、电视等,一般会占到汽车总成本的30%以上。这些汽车电子零部件在正常工作的时候会受到来自其他电子设备产生的电磁干扰,这些电磁干扰可能通过如下几种方式耦合到电子设备的电源和控制线上:传导、容性耦合和辐射,并且这些干扰方式会影响到电子设备的正常工作。这些干扰包括:电动机运转带来的感性噪声、抛负载等情况下的供电电压的跌落等。为了保证电子设备在汽车内复杂的电磁环境下仍然能够正常的工作,需要对其进行电磁抗干扰测试。
汽车电磁兼容标准分为国际标准、国家标准和企业标准。国外对汽车的电磁兼容问题非常重视,很早就开始了电磁兼容性标准的制订工作,目前已经形成了较为完善的汽车电磁兼容性标准体系。我国吸收了发达工业国家的经验,也已经制订了汽车电磁兼容性标准,明确规定了测量方法及最大干扰的允许值。
2.抗干扰的测试方法
根据GB/T 17619—1998中对机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性测量方法的规定,其方法可以分为:带状线方法、自由场方法、TEM小室方法和大电流注入方法等。
(1)带状线方法 带状线试验方法是通过将电子电器组(electrical/electronic sub-assem-bly,ESA)中连接着零部件的连接线束放入特定的场强中,进行抗扰性试验的一种方法。在每个期望的试验频率,应输入给带状线一定等级的功率,在被测ESA不存在的情况下,在试验区域产生所需场强。该预定功率等级或与决定场强所需的预定功率相关的其他参数有关,应进行测量并记录结果。这些结果将用于ESA的测试,除非试验室或装置发生变化时,这一程序才需重复进行。在这一过程中,场强探头的位置应在有源导体之下,且位于带状线的长度方向、垂直方向和水平方向的中心。场强探头的测量仪器部分应在带状线轴长度方向上,并尽可能远离带状线。
1)150mm带状线方法。该试验方法是在一有源导体(带状线50Ω阻抗)和一接地平板(安装桌的导电平面)间产生均匀场强,在场强中间可插入部分连接线束。被测ESA的电控制器应安装在接地平板上,但置于带状线以外。电控制器的一个边缘平行于带状线的有源导体,并且距有源导体的侧面的直线距离为(200±10)mm。有源导体的任何边缘至用于测试的任何外部设备的距离至少为200mm,被测ESA的连接线束部分应在有源导体和接地平板之间水平放置,布置方式如图6-74所示。
图6-74 150mm带状线试验布置
1—屏蔽室 2—电缆线束 3—被测物体 4—端接电阻 5—信号发生器 6/7—可替换的蓄电池8—电源 9、11—滤波器 10—外部设备 12—视频监视器 13—光电转换器 14—光缆 15—无防辐射的外设 16—线性或防辐射外设 17—光电转换器 18—绝缘支承座 19—摄像机
连接线束的最小长度,包括放在带状线内的电控部分的电源线,应为1.5m。除非车上该连接线束小于1.5m,在这种情况下连接线束的长度才为车辆安装中所用线束的最大长度。在这个长度上的任何支路应沿着和线长度轴垂直的方向走线。连接线束的全部伸展长度,即包括所有分支在内的最大长度为1.5m。
2)800mm带状线方法。该带状线是由两块相距800mm的平行金属板构成。将被测设备放于金属板间的中心位置并承受电磁场。800mm带状线方法能测试包括传感器和激励器以及控制器和接线保护套在内的完整的电器系统,适用于最大尺寸小于金属板间距离1/3的装置。带状线应放置在屏蔽室内(以避免外部辐射),并与墙壁和任何金属屏蔽壳体的距离大于2m,以避免电磁反射。射频吸波材料可用来减弱这些反射。带状线应置于地面以上至少0.4m的非导电支撑物上。在被测系统未放入带状线内之前,将一个场强测量探头放置在带状线金属平板之间的空间中心。该空间的三维尺寸为平板之间空间的长、宽、高的1/3,相关测量设备应置于屏蔽室外,其布置方式如图6-75所示。
在每个要求的试验频率点,输入给带状线一定等级的功率,以产生所要求的场强。该预定功率等级或直接影响规定场强所需预定功率的其他参数,应该用于ESA的测试。除非试验室或设备发生变化时,该过程才需重复进行。主控制单元应置于平行板之间的空间,该空间的三维尺寸为平板之间空间的长、宽、高的1/3。它应放在一个非导电材料制的台架上。主连线保护套和传感器电缆或激励器电缆应该从控制单元垂直地向上引到接地平板内表面,并沿着金属板的内表面到它的一个自由面,从自由面环绕至接地平板的外表面,并沿着带状线馈线的走向,连接到置于电磁场影响之外的场地上的相关设备。例如,在带状线长度方向上,距离带状线1m以外的屏蔽室地面上的相关设备。
图6-75 800mm带状线试验布置
1—接地平板 2—主保护套和传感器电缆或激励器电缆 3—木质框架 4—激励板 5—绝缘装置 6—被测物体
(2)自由场方法 该试验方法是将ESA暴露于由天线产生的辐射电磁场中进行试验。试验应在一个半波暗室内的台架上进行。台架应是木质或等效的非导电桌。对自由场抗扰性试验,被测ESA及其连接线束应置于木质或等效的非导电桌上(50±5)mm处。然而,如果被测ESA与车辆的金属车体有电气搭接,那么搭接部分应放在接地平板上,同时将电气搭接于接地平板。接地平板应为厚度不小于0.5mm的金属板。接地平板的最小尺寸取决于被测ESA的大小,并应有足够空间布置ESA的连接线束和零部件。接地平板应与接地系统的保护导体连接。接地平板应位于测试试验室地面以上(1.0±0.1)m高处,并平行于该地面。被测ESA应按要求装配和连接。电源供电线束应沿着离天线最近的接地平板或桌子边缘布线并限制在100mm之内。被测ESA应按制造商的安装说明书与接地系统连接,不允许有其他的接地连接。被测ESA和所有其他导电结构之间的最小距离应为1.0m(除被测物体下的接地平板以外),导电结构可以是屏蔽室的侧壁。接地平板的面积应不小于2.25m2,其短边不小于750mm,接地平板用连接线与屏蔽室相连,连接直流电阻不超过2.5mΩ。其布置方式如图6-76所示。
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图6-76 自由场ESA抗扰性试验布置方式(普通平面视图)
对于安装在金属试验台架上的大设备,试验时,金属台架应被看做接地平板的一部分并进行相应搭接。试验样品的表面应放在距接地平板边缘至少200mm处。所有导线和电缆距接地平板边缘的最小距离为100mm,且在接地平板(从线束的最低点)以上(50±5)mm。电源应通过一个(5μH/50Ω)人工网络(AN)加到被测ESA。场发生装置可以是天线或面天线。场发生装置的结构和方向应使产生的场为极化场:从20~1000MHz水平极化或垂直极化。天线的相位中心应位于被测ESA放置的接地平板之上至少(150±10)mm。天线的任何发射部分到试验室地面的距离不应小于250mm。将场发生装置放置在离ESA尽可能跟实际情况接近处,可以最好地接近实际情况。在大多数情况下,这一距离在1~5m之内。如果试验是在一个屏蔽室内进行,则场发生装置的辐射部分距辐射吸波材料不应小于0.5m,距屏蔽室墙壁不应小于1.5m。在发射天线和被测ESA之间不应放有吸波材料。场发生装置的辐射部分距接地平板边缘不应小于0.5m,场发生装置的相位中心应在一平面上。该平面应垂直于接地平板;平分接地平板的边缘和连接线束主要部分中点;垂直于接地平板边缘和连接线束主要部分。
(3)TEM小室方法 TEM小室在内部导体(芯板)和外壳(接地平板)之间产生均匀场强,用来测试ESA的抗扰性。TEM小室内电场强度为
式中,E为电场强度(V/m);P为输入小室的功率(W);Z为小室的阻抗(50Ω);d为上板和平板(芯板)之间的距离(m)。
具有特定上限频率的小室的结构尺寸见表6-21。
图6-77 TEM小室布置
1—外导体(屏蔽) 2—内导体(芯板) 3、5—绝缘体 4—输入端 6—门 7—接线板 8—被测物体电源 9—端接电阻50Ω(匹配负载) 10—绝缘支架 11—被测ESA(最大高度为小室底板到芯板距离的1/3)
表6-21 具有特定上限频率的小室的结构尺寸
在放置传感器时,应选择适当的场强传感器放入TEM小室的上半部分。TEM小室这部分的传感器对试验场仅有很小的影响,传感器测定的场强大小即为TEM小室场强。为维持TEM小室内均匀场强并获得可重复性试验结果,被测ESA的高度不应大于小室顶板到芯板高度的1/3。TEM小室应与一个同轴插座板连接,并且尽可能近地连接于带适当引脚的插接器上。从小室壁上的插接器出来的电源线和信号线应直接与被测ESA连接。其布置方式如图6-77所示。
(4)大电流注入方法 通过电流注入探头将电流直接感应到连接线束进行抗扰性试验的一种方法。该注入探头有一个耦合钳,被测系统的电缆从耦合钳中穿过。然后通过改变感应信号的频率进行抗扰性试验。注入探头应安装在一个标定架上。对于安装在接地平板上的ESA,连接线束的所有电缆应尽可能按实际情况端接并且最好带真实负载和激励器。对于安装在车上或接地平板上的ESA,应使连接每个接线端子的连接线束中的所有导线依次穿过电流注入探头,并且电流注入探头距被测系统电控单元(ECU)、设备组件或有源传感器的每个接线端子的距离为(150±10)mm。对于安装在接地平板上的被测ESA,连接线束应连于人工网络(AN)和主电控单元(ECU)之间。该线束应平行于接地平板的边缘并距其至少200mm。该线束应包括连接汽车蓄电池到ECU的电源馈给线,如果汽车上用到的话,还应包括电源返回线。从ECU到AN的距离应为(1.0±0.1)m或者为ECU和蓄电池之间在车上使用线束的长度。如果已知线束使用长度,那么选择两者中较短者。如果使用车辆线束,那么在其长度上存在的任何支线应沿接地平板走线,并且应和接地平板边缘垂直,否则被测ESA在该长度上的导线应在人工网络处断开。其布置方式如图6-78所示。
图6-78 大电流注入试验布置
1—被测ESA 2—RF测量探头(选用) 3—RF注入探头 4—人工网络 5—屏蔽室滤波网络 6—电源 7—被测ESA接口模拟和监视设备 8—信号发生器 9—宽带放大器 10—RF50Ω定向耦合器 11—RF功率电平测试设备或等效设备 12—频谱分析仪或等效设备(选用)
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