汽車電（diàn）磁兼容（EMC）問題（tí）的探討

一、汽車電磁兼容的問題概述為滿（mǎn）足人們對汽車的安全、環（huán）保、節能以及舒適等性能（néng）日益增（zēng）高的要求，裝備電（diàn）子、電器設備，應用電子技術是至有效的手段（duàn） 。

製動防抱死係統（ABS）、車身控製模塊（BCM）、電子（zǐ）防（fáng）盜係統（EATS）、電動助力轉向（EPS）、電子燃油噴射 （EFI）、電子油門控製係統（E- GAS）、車載自動診斷係統（OBD）、電子點火係統（EIS）、電子製動力分配裝置（EBD）、電子穩定程（chéng）序（ESP）、驅（qū）動（dòng）防滑控製係統(ASR)、輪胎氣壓監測係統（TPMS）、電子控製刹車輔（fǔ）助裝置（EBA）、倒車雷達（PDC）、電子巡航控製係統（CCS）、衛星定位導航係統（GPS）、行駛記錄儀 （TDR） 和車載移（yí）動數字電視（MDTV）等電子係統（tǒng）、裝備正越來越多地應用到汽（qì）車上。

電子技術的應用，在提升汽車動力性、經濟性、舒適性、安全性，降低汙染物排放水平等方麵*，但（dàn）也（yě）帶來了新的問題，即對外界的電磁騷擾隨之增大；同時，這些效果的獲得，前提條件是確保車載電子、電器設備（bèi）能（néng）夠正常工作。而現實情況是，車載電子、電器件由（yóu）於存在電磁兼容性問題（tí），電磁騷擾水平往往超標，或受到電磁幹（gàn）擾（rǎo）後自身工作不正常（cháng），嚴重時甚至（zhì）遭受損壞。

EMC試驗

長期以來，人（rén）們對汽（qì）車的噪（zào）聲、振動、排放等方麵存在問題的認識廣泛而深入，投入了大量的人力、物力和財力進行（háng）研（yán）究，取得了較好的成效。但是，隨著汽車麵臨（lín）的電磁環境的複雜性加劇，使（shǐ）得汽車的電磁兼容問題變得越來越突出和嚴重 。一方麵，汽車日常使用受到外部的電磁（cí）幹擾（rǎo）越來越多，如周圍環境（jìng）中的通（tōng）訊設（shè）備、電力設備、無線電廣播等；另一方麵，汽車上安裝的電子、電器（qì）設備也越來越多，車載電（diàn）子、電（diàn）器（qì）設（shè）備工（gōng）作時，既會對其周圍的（de）其它車載（zǎi）電子、電器設備產生電磁幹擾，自身也（yě）會受到周圍（wéi）其它車載（zǎi）電子、電器設備的電磁（cí）幹擾的影響。上汽車產業發達的國家已把電磁兼容列為繼排放、噪聲之後的汽車第三大“汙染”問題。

二、汽車電磁兼容問題的典型表現

任何電子（zǐ）、電器設備在運行（háng）時都會向周圍傳遞（dì）電磁（cí）信號，其電磁信號可能（néng）對其它（tā）設備的正常工作（zuò）產（chǎn）生幹擾，同時設備本身（shēn）也可能受到（dào）周圍電磁環境的幹擾。電磁幹（gàn）擾的（de）典型特征是看不見、摸不著， “莫名其妙”， “來無影、去無（wú）蹤”；隻要有電磁幹擾存在（zài），就有（yǒu）故（gù）障出現；隻要電磁幹擾消失，故障就消失。

電磁幹擾可能是暫時的，影響很小。如車載（zǎi） DVD經常出現死機現象或公路（lù）邊電視機在汽車駛過時圖像出現抖動。但是（shì），幹擾也可能是致命的（de），如汽車的安全氣囊（SRS）、製動防抱死係統（ABS） 等在車（chē）輛行駛過程中受到電磁幹擾很可能被誤（wù）觸發或失效，這就可能產生嚴重的交通事故。汽車典型的電磁兼容性問題表現如下（xià）：1）某轎車上裝有靈敏的（de） ABS，下雨（yǔ）時，因啟動（dòng）刮水器產生的電磁（cí）幹擾誤觸發了（le） ABS，導致後車追尾事故。2）某客車行駛在高速公路上，突遇降雨天氣。在啟動刮水器後，出現了電控氣動門（mén）自動打（dǎ）開（kāi）的故障。3）某柴油載貨車行駛至某雷達站附近時（shí），出現了（le）自動熄火的故障（zhàng），在拖離該路段後故障自動消失。4）進行某混合動力（lì）客車 ABS性能試驗時，啟動車輛但還未行駛時，測試儀器的輪速曲線就出現異常波動；但在測試傳統內燃機客（kè）車 ABS 性能時，儀器的輪速曲線*正常（cháng）。

前兩種現象都是由（yóu）刮水器電機產（chǎn）生的電磁幹擾引起的（de），而且 ABS 和車門的電控泵的抗電磁幹擾能力還有（yǒu）待增強。第三（sān）個（gè）例子（zǐ）是（shì）由於發動機（jī）電控單元（ECU）不能承受較強的外來電（diàn）磁幹擾信號所引起的。第四個例（lì）子一方麵說明，該混（hún）合動力客車產生的電磁幹擾非常嚴（yán）重；另一（yī）方麵也說明該 ABS 性（xìng）能測試設備的抗電磁幹擾的能力還有（yǒu）待（dài）進一步加強。總（zǒng）之，汽（qì）車電氣係統內（nèi）部的各種瞬變電壓，火花塞之間、喇叭觸點、調節器觸點、發電機和起動機電刷與換向器之間（jiān）的火花放電（diàn），各種電（diàn）路開關的電弧放電以及車輪與地麵、車身與空氣間摩擦產生的靜電放（fàng）電（diàn）等（děng）都會（huì）產生電（diàn）磁幹擾，並（bìng）直接影響到車內電（diàn）子、電器產品或測試設備的正常工作。三、影響汽車電磁兼容性能的因素影響汽車電磁兼容（róng）性（xìng）能的主要因（yīn）素有電磁幹擾源、電磁（cí）幹擾傳播途徑和電（diàn）磁（cí）敏感設備。汽（qì）車（chē）電磁幹擾源可分為車內（nèi）電磁幹擾源和車外（wài）電磁幹擾（rǎo）源。由於車外電磁幹擾源幾乎不受汽車（chē）行業（yè）的約束，能采取的措施主要在於抑製車內電磁幹擾源。

EMC試驗

1、車內電磁幹擾源（yuán）車內電磁幹擾源（yuán）主要是指產生電磁幹擾信號的車載電器部件或係統，如火花塞、啟動電機（jī）、發電機、刮水器、電喇叭、各種儀表等。目前汽車內部的電磁幹擾源（yuán）主要有：1）發動機點火係統。汽（qì）車點火係統產生的電磁幹擾是車內幹擾源的重要組成部（bù）分（fèn），點（diǎn）火係統工作期間會產生很強的電磁（cí）幹擾信號。從電路原理來看，點火係統實際上是一個電感、電阻、電容（róng）、線圈組成的振（zhèn）蕩電路。當初級電路被切（qiē）斷後，在（zài）初級電（diàn）路所發生的是一（yī）種衰減振蕩，初級線圈的大電壓一般為 300～500V。在次級（jí）線圈（quān）中（zhōng）所感應（yīng）的次級（jí）電壓至大值一般為 20 000～30 000 V，因此，點火時在點火線圈周圍會產生強（qiáng）烈的電磁幹擾。

當次（cì）級電路開始擊穿火花塞間隙時，存儲於火花塞分布電容中的（de）能量迅速釋放，在幾微秒時間內放電結束，但形（xíng）成（chéng）的電流則非常大，可達幾（jǐ）十安培。這一階段（duàn）的放電特征是次級電路的（de）電壓和電流形成（chéng）陡峭的脈衝放電形式。這個放電脈衝不但通過點火線圈與火花塞間的（de）高壓線向外（wài）部形成電磁輻射，而且會沿著導線對其它電子、電器傳導幹擾信號。同時，在火花塞被擊穿放電時（shí），火花將形成 0.15～1 000 Hz電磁波向周圍輻射，對其它（tā）電子電器設備形成強烈（liè）的電磁輻射幹擾。2）交流發電機。車載交流（liú）發電機產生的電磁幹擾是感性負載幹擾的（de）重要組（zǔ）成部（bù）分。一方麵，由於交流發電機采用炭刷與滑環將勵磁電流引入（rù）轉子線圈，在運轉過程（chéng）中，隻要兩者的接觸（chù）狀態稍有變化，就會產（chǎn）生（shēng）電火花，形成電（diàn）磁輻射幹擾；另一方（fāng）麵，發電機負載和轉速（sù）等（děng）變化會引起輸出電壓的變化，電壓調（diào）節器則通過通斷勵磁繞（rào）組、調節勵磁磁通來補償其變動，這（zhè）會在（zài）磁（cí）場線（xiàn）圈中引起頻率、峰值不等的瞬變脈衝電壓，如開關（guān）時間 2ms，對應 500 Hz 的頻率，由（yóu）傅裏葉分析可知，其諧波頻率（lǜ）將（jiāng）高達數千或上兆赫茲（zī），產（chǎn）生射頻幹擾（rǎo）信號。

另外，交流發電機在工作時突然卸載或在額定工作（zuò）負載時突然與正在放（fàng）電的蓄電池斷開，會產生嚴重（chóng）的（de）瞬變電壓。瞬變電壓的幅（fú）值可（kě）達 75～150 V，衰（shuāi）減時（shí）間可持續 100～200 ms。這種瞬變過電壓對汽車其它（tā）電子器（qì）件會產生相當大的衝擊，導致設備工作異常或損壞（huài）。3）電動機。汽車上所用的（de）電（diàn）機數量越來越多（duō），如起動機、風扇電機、刮水（shuǐ）器電機、暖風電機、空調電機、噴水（shuǐ）電機、車窗電機、油泵電機和（hé）電動座椅電機等都屬於永磁直流電動機。電機在運轉過程中（zhōng）難免（miǎn）產生電火花，會對其它的設備產生電磁幹擾，如刮（guā）水器（qì）電機在換極（換相）時對電路產生較強的電磁幹擾。雖然這些電動機一般（bān）都有封閉金屬外殼的屏蔽罩，但（dàn）由於缺乏針對（duì）性設計，不但發射輻（fú）射電（diàn）磁（cí）幹擾信號，而且通過電源線和搭鐵線向外傳導幹擾信號。

另外，電動機在工作切換或開關時會產生瞬變電壓，大多以高幅值的負脈衝及隨後的低幅值正向脈衝出現，峰值可達 300 V 左右，持續時間大約 300 ms。這種瞬變脈衝具有浪湧特性，具有豐富（fù）的諧波，可能幹擾車載電子、電器控製模塊的正常工作，導致電子器件的（de）邏輯混亂或損壞敏感器件。4）電源係統。汽車電路係統由蓄電池和交流發電機作為核心電源，車體作為共用搭鐵，各個電子、電器裝置並聯（lián）其上。傳統汽車電（diàn）源（yuán）係（xì）統（12 V或 24 V）存在著非瞬（shùn）變性（xìng）過電壓和瞬變性過電壓兩種（zhǒng）過電壓。由磁場回路或調節器故（gù）障產生的非瞬變性過電壓峰值可達（dá） 75～130 V，很容易直接損壞車載電子、電器設備。因拋負載、磁場衰減或切換感性負載產生的持續時間短而幅值很高的瞬變過電壓（100～150 V）雖然對傳統車載電器影（yǐng）響較小，但可能致使一些敏感的（de）車載電子裝置（如電子調（diào）節器、電子點火裝置及其它電子控製單元（yuán））出現故障或損壞。

另外，因混合動力或（huò）純電動汽車一（yī）般采用交（jiāo）流電機作為輔助動力或動力單元，蓄電池的直流電要經過逆變器（qì）轉換（huàn）為電機所需要的交流電（diàn），逆變後的交（jiāo）流電含有大量的諧（xié）波成分，並通過（guò）輸入輸出線（xiàn）向空間（jiān）發射頻譜範圍較廣（9 kHz～1 GHz）的強電場和磁場，會對車載電子電器（qì）件產（chǎn）生很嚴重的電磁幹擾。5）靜電放電幹擾（rǎo）。靜電是由兩種不同物質（zhì）相互摩擦，因物體表麵間電子移動而產生的。車輛在行駛（shǐ）時，駕（jià）乘（chéng）人員衣物與座椅間的摩擦，車輪與（yǔ）地（dì）麵間的摩擦，車身與（yǔ）空氣的摩擦等都可能產生靜電，形（xíng）成（chéng）靜電幹擾源，引發靜（jìng）電放電現象。在靜電放電過程中產生的放電電流將形成傳導幹擾，放電火花則形成（chéng）輻射幹擾。這種類型的幹擾特點是高電壓、短（duǎn）時間、小電流，但極可能使一些電子（zǐ）控製（zhì）單元產生誤動作，甚至造成長期性破壞。

2、車（chē）外電磁幹擾源汽（qì）車的高機動性決定了其可能會處於各種電磁場中（zhōng），既有電磁環（huán）境良好的鄉（xiāng）村地區，又（yòu）有電磁場環境異常複雜的城市、機場（chǎng）及雷達站。車外電磁幹（gàn）擾源包括人為幹擾源和自然幹擾源兩（liǎng）類。1）人為（wéi）電（diàn）磁幹擾是指汽車外部人工裝置產生的電（diàn）磁（cí）幹擾，主要（yào）有其它車輛點火係統的輻射幹擾、電動車電源係統、高壓電力係統、車外雷達、無線電發射機（jī）、移動（dòng）通訊設備等（děng）發射（shè）的電磁波，以及高壓輸電線的電暈放電產生的電磁（cí）輻射幹（gàn）擾等。2）自然幹擾是指由自（zì）然現（xiàn）象引起的電磁幹擾（rǎo），比較典型的有雷電、大氣層的電場（chǎng）和（hé）電離層變化、太陽黑子的電磁輻射以及來自宇宙的射線等。大多數情況（kuàng）下，這種電磁幹擾非（fēi）常複雜，對汽車的幹擾影響可（kě）以忽略（luè）。但由於雷電放電的電流高達幾十千安（ān），上升時間不到 1μs，釋（shì）放出頻譜極寬、強場很大的幹擾信號，對車輛影響很大，甚至直接損毀（huǐ）車輛和傷亡人員。

3、汽車電磁幹擾傳播途徑車載電器產生（shēng）的電磁幹（gàn）擾信號既可以通（tōng）過汽車導線直接進入其它電子、電器設備內部，又可以通過等效天線（xiàn）（如點火係統高壓線、設備中較長（zhǎng）的線纜、芯片管腳（jiǎo））輻射（shè）到無線電設備內部。也就是說，汽車上的電磁幹擾傳播途徑主要有沿著導線直接傳導（dǎo）和通過空間輻（fú）射兩種方式，即傳導幹擾和輻射幹擾。1）傳（chuán）導幹擾就是電磁幹擾通過導線傳輸，即通過設備（bèi）的信號線、控製線、電源線等直接侵入電子、電器內部。由於汽車和外界沒有直接的電路（lù）連接關係，所以傳導幹擾基本上都是由車載電子電器部件引起的，且通常是因電動機（jī）、繼電器以及其它感（gǎn）性負載的瞬態脈（mò）衝電壓產生的，其瞬態脈衝電（diàn）壓可達 200 V，可能導致額定工作電壓為 12 V或 24 V 的電子、電器件工作異常或被損壞。2）輻射幹擾的實質是電磁幹擾源的電磁能量以場的（de）形式向（xiàng）四周空間傳播。汽車上的（de）電磁場強既包括車載電子、電器輻（fú）射場強，又包括外界電磁輻（fú）射場強。電磁輻射（shè）幹擾的傳輸路徑非常複雜，既可以直接輻射到（dào）電子、電器上，又可以先輻射到線束上然後再（zài）以（yǐ）傳導幹擾的方式進入電子、電器。

4、電磁敏（mǐn）感設備因遭受電磁幹擾而可能偏離其正（zhèng）常工作狀態的電子（zǐ）、電器裝置就是電磁敏感設（shè）備。在汽車電控（kòng）係統中，基於數字（zì）電路的控製係（xì）統已逐漸替代了（le）早期由機電或模擬設備（bèi）完成的許多功能。但（dàn）由於半導體邏輯器件對（duì）電磁幹擾的敏感度較高（gāo），加（jiā）之汽車線束與某些高場強頻段的波長可以比擬（nǐ），使得大量車載電子（zǐ）、電（diàn）器（qì）零部件同（tóng）時也成為了（le）電磁敏感設備 。

如以（yǐ）弱電（diàn）信號為控製依據的各種氧傳感器、防爆震傳感器、發動機 ECU、車身（shēn）控製模塊（kuài）（BCM）、ABS輪（lún）速傳感器（qì）、CAN總線等，常（cháng）常是多個信號經過軟（ruǎn）件控製複用到（dào）同一個硬件總線。一個隨（suí）機瞬態脈衝很可能就破壞了內部時（shí）鍾晶振的時序、中斷或打亂了正被傳輸（shū）的（de）數據以及程序的執行狀態等，導致相關部件收到錯誤信號，使係統的控製（zhì）功能失效。車載電器低電壓、大電流負載特性使其開關過程在供電（diàn）線路上會產生很多（duō）脈衝幹擾，進一步惡化汽車電氣係統的電磁環境（jìng）。

盡管可以（yǐ）采取一些措施限製車內電磁幹擾源產生（shēng）的幹擾噪聲電平處於（yú）合理的範圍內（nèi），減少車輛對環境的電磁汙染，但車輛內部，特別是車輛外的電磁幹擾是難以*消除的，無限製地加大幹（gàn）擾抑製措施會成倍地（dì）增（zēng）加生產成本，在實際工程應用中是不可行的。這就要求敏感設備（bèi）應（yīng）具（jù）有一定的抵抗（kàng）電磁幹擾（rǎo）的能力（lì），以保證其自身正常工作，達到車載設備相（xiàng）互共（gòng）存、互不影響的狀態。根據實現（xiàn）功能的重要程（chéng）度，各個汽車廠商對車載零（líng）部件抗擾度性能等級要求各不相同（tóng）。對車載 DVD、音視（shì）頻係統，要求至少（shǎo）為 C級，對車身控製模塊（BCM）、發動機 ECU、ABS、CAN 總線等則為 A 級的（de）要求。一般而言，至少都是 C級或以上。

EMC試驗

四、 汽（qì）車電磁兼容性能的評價新車型開發時，其（qí）電磁兼容性能究竟怎樣，能否（fǒu）滿足（zú）相關標準法規的要求，需要進（jìn）行評價。

目前，國內外采用的至直接、至有效的評價方法（fǎ）就是根據相關標準進行測試評估。當然，還有仿真分析法等。

1、國內現狀由於我國汽（qì）車工業整（zhěng）體水平落（luò）後，對汽車電磁兼容（róng）性問題（tí）的認識總體（tǐ）不夠。近年來，逐漸吸收了國外部分研究成果，頒布了一些汽車（chē）電磁兼容標準，但（dàn）與 ISO、IEC等標準還有較（jiào）大的差距 。目（mù）前國內涉及到汽車整車及零部（bù）件電磁兼容性能的標（biāo）準有 GB14023、GB/T18387、GB18655、GB/T17619、GB/T19951、GB/T21437 共 6 個，均為全部或（huò）部（bù）分等同采用相關標準製定。主要對內燃機汽車的整車（chē）輻射騷擾，電動車輛（liàng）的電磁場發射強度，車載（zǎi）電子、電器部件（jiàn）的傳（chuán）導和輻射騷擾，車輛電子電器部件的電磁抗擾度性能（néng），整車及零（líng）部件抗靜電放電幹擾的性能，由傳導和耦合引起的零部（bù）件電磁（cí）騷擾特性等方麵的（de）要求、測量和評價方法作出規定。

我國（guó）汽（qì）車（chē）公告、3C等法規檢測僅對上述前 3 項、前 1 項標準提出了要求，但（dàn）從零部件配（pèi）套、車輛出口（kǒu）認證以及切實完善汽車電磁兼容性能來看，國內汽車電磁兼容標準化工作還需進一步加（jiā）強，應采納更多*標準。

2、國外（wài）現狀汽車發達國家和地（dì）區（qū）很早就開展了汽車電磁兼容問題的研究，現在已經（jīng）取得（dé）了不少成果，並頒布了（le）較完善的車輛電磁兼容標準法規，一些汽車製造廠商還製定了遠高於標準的企業標準。目前國外涉及汽車（chē）整車及零部件的電磁兼容測試標準多達（dá） 29 個，主（zhǔ）要有以下幾類：標準，如（rú） ISO係列（共（gòng） 15 個抗擾度標準）、CISPR 係列（2 個騷擾（rǎo）標（biāo）準） 等；地區標準，如（rú）歐洲的72/245/EEC 指令和 ECE R10 法規（涵蓋 ISO、CISPR 所有標準）等；國家標準，如美國汽車工程學會 SAE 係列標準（zhǔn）（共 29 個騷擾和抗擾度標準）等；汽車廠商的企業標準，如（rú）福特的 ES- XW7T- 1A278- AC，大（dà）眾的 VW TL80101、VW TL 82066，現代（dài）的 Hyundai ES 39110- 00、HyundaiES96100- 01 等。這些標準法規對汽車整車及零部件的電磁輻射（shè）騷（sāo）擾、傳導騷擾、瞬態傳導騷擾、輻射抗幹擾、瞬態傳導抗幹擾、抗靜電放電等的（de）測（cè）試方（fāng）法（fǎ）及限（xiàn）值都進行了詳細的規定，既可以有效（xiào）保證汽車的電（diàn）磁兼容性能，又能使汽車的整體綜合性（xìng）能得到顯著提高。

五、總結

由於電子（zǐ）技術在汽車（chē）上的廣泛應用，各種車（chē）載電子、電器數量增長迅猛，造成車（chē）載用電設備密（mì）集程度越來越大。因此，汽車的電磁兼容性能（néng）已成為影響整車性能的重要（yào）因素，甚（shèn）至將成為製約汽車技術繼續發展的瓶頸之一。為解決此問題，汽車廠（chǎng）家應當建立（lì）起一套完善的車載電子、電器零部件的（de）管理流程，在確定整車需要（yào）達到的 EMC指標情況（kuàng）下，建立起從整車 EMC 指標向車載電子、電器 EMC指（zhǐ）標進行（háng）分解的技術體係，加強試驗檢測和仿真分析，以終保證（zhèng）整車（chē）的電磁兼容性能，從而保障整車可靠的安全性、環保性、節能性和舒適（shì）性等綜合性（xìng）能。