汽車電（diàn）磁兼容（EMC）問題的探討

一、汽車電磁兼容的問題（tí）概述為滿足人們對汽車的安全、環保（bǎo）、節能（néng）以及舒適等性能日益增高的要求，裝備電子、電器設備，應用電子技術是至有效（xiào）的手段 。

製動防抱死係統（ABS）、車（chē）身控製模塊（BCM）、電子防盜係統（EATS）、電動助力轉向（xiàng）（EPS）、電（diàn）子（zǐ）燃油噴射 （EFI）、電（diàn）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）、電子穩定程序（ESP）、驅動防滑控製係統(ASR)、輪胎氣（qì）壓監測（cè）係統（TPMS）、電子控製刹車輔助裝置（EBA）、倒車雷達（PDC）、電子巡航控製係統（CCS）、衛星定（dìng）位（wèi）導航係（xì）統（GPS）、行（háng）駛記錄儀 （TDR） 和車載移動數字（zì）電視（MDTV）等（děng）電子係統、裝備正越來越多地應用到汽車上。

電（diàn）子技術的應用，在提升汽車動力性（xìng）、經濟性、舒適（shì）性（xìng）、安全性（xìng），降低汙染物排放（fàng）水平等方麵*，但也帶來了新的問題，即對外界的電磁騷擾隨之增大；同時，這些效果的獲得，前（qián）提條件是確保（bǎo）車（chē）載電子、電器設備能夠（gòu）正常工作。而現實情況是，車載電（diàn）子、電器件由於存在電磁兼容性問題，電磁騷擾（rǎo）水平往往超標，或受到電磁幹擾後自身工作不正常，嚴重時甚至（zhì）遭受損壞。

EMC試驗

長期以來，人們對汽車的噪聲、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（wù）力和財力進行研究（jiū），取得了（le）較好的成效。但是，隨著汽（qì）車麵臨的電磁環境的複（fù）雜性加劇，使得汽車的電磁兼容問題變得越來越突出和嚴（yán）重 。一方麵，汽車日常使用受到外部的電磁（cí）幹擾（rǎo）越來（lái）越多（duō），如周圍環境中的通訊設備、電力設備、無線電（diàn）廣播等；另一方（fāng）麵，汽車上安裝的電子、電器設備也越來越多，車載電子（zǐ）、電（diàn）器設備工作時，既會對其周圍的其它車載電子、電（diàn）器設備產生電磁幹擾，自身也會受到周圍其它車載電子、電器設備的電（diàn）磁幹擾的影響。上汽車產（chǎn）業發達（dá）的國（guó）家已把電磁兼容列為繼排放、噪聲之後的汽車第三大“汙染（rǎn）”問題。

二、汽車電磁兼容問題的典型（xíng）表（biǎo）現

任何電子、電（diàn）器設備在運行時都會向周圍傳遞（dì）電磁信號，其電（diàn）磁（cí）信號可能對其它設備（bèi）的正常工作產生幹擾（rǎo），同時設備本身也可（kě）能受到周圍電磁（cí）環境的（de）幹（gàn）擾。電磁（cí）幹擾的典型特征是看不見、摸（mō）不著， “莫名其妙”， “來無影、去無蹤”；隻要有電磁幹擾存在，就有故障出現（xiàn）；隻要電磁幹擾消失，故（gù）障就消失（shī）。

電磁幹擾可能是暫時的（de），影響很小。如車載 DVD經常出現死機現象或公路邊電視機在汽車駛過時圖像出現（xiàn）抖動。但是，幹擾也可能是致命的，如（rú）汽車的安全氣囊（SRS）、製（zhì）動防抱（bào）死係統（ABS） 等在車輛行駛過程中受到電磁幹擾很可能被誤觸發或失效（xiào），這就可能產生嚴重的（de）交通事故。汽車典型的（de）電磁兼容性問題表（biǎo）現如下：1）某轎車上裝有靈敏（mǐn）的 ABS，下雨時，因啟動刮水器產生的電磁幹擾誤觸發了 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（tiān）氣。在啟動刮水器後，出現了電控氣動門自動打開的故障。3）某柴油載貨車行駛至某雷達（dá）站附近時，出現了自動熄火的故障，在拖離該路段後故（gù）障自動消失。4）進行某（mǒu）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（dòng）；但在測試傳統內燃機客車 ABS 性能時，儀器的輪速曲線*正常。

前兩種現象都是由刮水器電機產生的電（diàn）磁（cí）幹擾引起的，而（ér）且 ABS 和車門的電控泵的抗電（diàn）磁幹擾能力還（hái）有待（dài）增強。第三個例子是（shì）由（yóu）於發動機（jī）電控單（dān）元（ECU）不能承受（shòu）較強的外來電磁幹擾信號（hào）所引起的。第四個例子一方麵說明，該混合動力客車產生的電磁幹擾非常嚴（yán）重；另一方麵（miàn）也說明該 ABS 性（xìng）能測試設備的抗電磁幹擾的能力還有（yǒu）待進一步加強。總之，汽（qì）車電氣係（xì）統內部的各種瞬變電壓（yā），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的火花（huā）放電，各種電路開（kāi）關的電弧放電以及車輪與地麵、車身（shēn）與空氣間摩擦（cā）產生的靜電放（fàng）電等都會產生電磁幹擾，並直接（jiē）影響（xiǎng）到車內電子、電器產品或測試設備的（de）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性能的主要因素有電（diàn）磁幹擾源、電磁幹擾傳播途徑和電磁敏感設備。汽（qì）車（chē）電磁幹擾源可分為車內電磁幹擾源和車外電磁幹擾源。由於車外（wài）電磁幹擾源幾乎不受汽車行業的約束，能采取的措施主要在於抑製車內電磁幹擾源。

EMC試驗

1、車內電磁幹擾源車（chē）內電磁幹（gàn）擾源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、發電機、刮水器、電喇叭、各種儀表（biǎo）等。目前汽車內部的電（diàn）磁幹擾源主要有：1）發動（dòng）機點火係統。汽車點火係統（tǒng）產生的電磁幹擾是車內幹擾源的（de）重要組成部分，點（diǎn）火係統工作期間會產生很強的電磁幹擾信號。從電路（lù）原理來看，點火係統實際上是一個電感、電（diàn）阻、電容、線圈組成的振蕩電路（lù）。當初級電路被切斷後，在（zài）初級（jí）電路所發（fā）生的是一種衰減振蕩，初級線圈的大（dà）電壓一（yī）般為 300～500V。在次級線圈中所（suǒ）感應的次級電壓至大值一般為 20 000～30 000 V，因此，點火時在點火線圈周圍會產生（shēng）強烈的（de）電磁幹擾。

當次級電路開始擊穿火花塞間隙時，存儲於火花（huā）塞分布電容中的（de）能量迅速（sù）釋放，在幾微秒時間內放電結束，但形成的電流則非常大，可達幾十安培。這一階（jiē）段的放電特征是次級電路的電壓和電流形成陡峭的脈衝放電形式。這個放電脈（mò）衝不但通過點火線圈與火花塞間的高壓線向外部形成電磁輻射，而且會沿著導線對其（qí）它電子、電（diàn）器傳導幹擾信號。同時，在火花塞被擊穿放電時，火花（huā）將形成 0.15～1 000 Hz電磁波向周圍輻射，對其它電（diàn）子電器設備形成強烈的電磁（cí）輻射（shè）幹擾。2）交流發電機。車載交（jiāo）流（liú）發電機產生的（de）電磁（cí）幹擾是感性（xìng）負載（zǎi）幹擾（rǎo）的重要（yào）組成部分。一方麵，由於交流（liú）發電機采用炭刷（shuā）與滑環將勵磁電流引（yǐn）入轉子（zǐ）線圈（quān），在運轉過程中，隻要兩（liǎng）者（zhě）的接觸狀態稍有變化，就會產生電（diàn）火花，形成電磁輻射幹擾；另一方麵，發（fā）電（diàn）機負（fù）載和轉速等變化會引起輸出電壓的變化，電壓調節（jiē）器則（zé）通過通斷（duàn）勵磁繞組、調節勵（lì）磁磁通來補償其變動，這會在磁場線圈中引起頻率、峰值不等（děng）的瞬變脈（mò）衝電壓（yā），如開關時間 2ms，對應 500 Hz 的頻（pín）率，由傅裏葉分析（xī）可知，其諧波頻率將高達數千或上兆（zhào）赫茲，產（chǎn）生射頻幹擾信號。

另外，交流發電機在工（gōng）作時突然卸載或在額定工作負載時突然與正在放電的蓄電池斷開，會產生嚴重的瞬變電壓。瞬變電壓（yā）的幅值可達 75～150 V，衰減時間可持續 100～200 ms。這種瞬變過電壓對汽車（chē）其它電子器件會產生相當大的衝擊，導致設備工作（zuò）異（yì）常或損壞（huài）。3）電（diàn）動機（jī）。汽車上所用的電機數量越來越多，如起動機、風扇電機、刮（guā）水器電機、暖風電機、空調電機、噴水電機、車（chē）窗電機、油泵電機和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）難免產生電火花，會（huì）對其它的設備產生電磁幹擾，如（rú）刮水器（qì）電機在換極（換相）時對（duì）電路產生較強的電磁幹擾。雖然這些電動機（jī）一般都有封閉金屬外殼的屏蔽罩，但由於缺乏（fá）針對性設計，不但發射輻射電磁幹擾信號，而且（qiě）通過（guò）電源線和（hé）搭鐵線向外傳導幹擾信號。

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

另（lìng）外，因混合（hé）動力或純電（diàn）動汽車一般（bān）采用交流電機作為輔助動力或動力單元，蓄電池的直流電要經（jīng）過逆變（biàn）器轉換為電（diàn）機（jī）所需要（yào）的交流電，逆變後的交流電含有大量的諧波成分，並（bìng）通過輸（shū）入（rù）輸出線向空間發射頻譜範圍較廣（9 kHz～1 GHz）的強電場和磁（cí）場，會對車載電子電器件產（chǎn）生很嚴重的電磁幹擾。5）靜（jìng）電放電幹擾（rǎo）。靜電是由兩種不同物質相互摩擦，因物體表麵間電（diàn）子移動而產（chǎn）生的。車輛在行駛時，駕乘人員衣物與座（zuò）椅（yǐ）間的（de）摩擦，車輪與地麵間的摩擦，車身與（yǔ）空氣的摩擦（cā）等（děng）都可能產生靜（jìng）電，形成靜電幹擾源，引發靜電放電現象（xiàng）。在（zài）靜電放電過程中（zhōng）產生的放電電流將形（xíng）成傳導幹擾，放電火花則形（xíng）成輻射幹擾。這種（zhǒng）類型的幹擾特點是高電壓、短時間、小電流，但極可能使一（yī）些電子控製單元產生誤動作，甚至造成長期性破壞。

2、車外電磁幹擾源汽車的高機（jī）動性決（jué）定了其可能會處於各種電磁場中，既有電磁環境良好的鄉（xiāng）村地區，又有電磁場環境異常複雜的城市、機場及雷達站。車外電磁幹（gàn）擾源包括人為幹擾（rǎo）源和自然幹擾源兩類。1）人為電磁幹擾是指汽車外部人工裝置產生的電磁幹擾，主要有其它車輛點火係統的輻射幹擾、電動車（chē）電源係統（tǒng）、高壓電力係（xì）統、車外雷達、無線電發射機（jī）、移（yí）動通訊設備等（děng）發射的電磁波，以（yǐ）及高壓輸（shū）電線的電暈放電產生的電磁輻（fú）射（shè）幹（gàn）擾等。2）自然幹擾是指由自然（rán）現象引起的電磁幹擾（rǎo），比較典型的有雷電（diàn）、大氣層的電場和電離層變化、太陽黑子的電磁輻射以及來自宇宙的射線等。大多數（shù）情（qíng）況下，這種電（diàn）磁幹擾非常複雜，對汽車的幹擾影響可（kě）以忽（hū）略。但由於雷電放電的電流高達幾十千安，上升時間（jiān）不到 1μs，釋放出頻譜極寬、強場很大（dà）的（de）幹擾信號，對車輛（liàng）影響很大，甚至直接損毀車（chē）輛和傷亡人員。

3、汽車電磁幹（gàn）擾傳播途徑車載電器產生的電磁幹擾信號既可以（yǐ）通過汽車導線直接進入其（qí）它電子、電器設備內部，又可以通過等效天線（如點火係統（tǒng）高壓線、設備中較長的線纜、芯片管腳）輻射到無線電設備內部。也就是說，汽車上的電磁幹擾傳播途徑主要有沿著（zhe）導線直接傳導和通過空間輻射兩種方（fāng）式，即傳導幹擾（rǎo）和輻射幹擾。1）傳導幹擾就是電磁幹（gàn）擾通過導線傳輸，即通過設備的信號線、控製線、電源線等直接侵入電子（zǐ）、電器內部。由於汽車和外界沒有直接的電路連接關係，所以傳導幹擾基（jī）本上都是由車載電子電器部件引起的，且通常是（shì）因電動機、繼電器以及其它感性負載的瞬態脈衝電壓產生的，其瞬態脈衝電壓（yā）可達 200 V，可能導致額定工作電（diàn）壓為 12 V或 24 V 的電（diàn）子、電器件工作異常或被損壞。2）輻射幹擾的實（shí）質是電磁幹擾源的電磁（cí）能量以場的（de）形式向四（sì）周空間傳播。汽車上的電（diàn）磁場（chǎng）強既包括車載電子、電器輻射場強，又包括外界（jiè）電（diàn）磁輻射場強。電磁輻射幹擾（rǎo）的傳輸路徑非常複雜，既可以直接輻（fú）射到電子、電器上，又可以先輻射到線束上然後再以傳導幹擾的方式（shì）進入（rù）電（diàn）子、電器。

4、電磁敏（mǐn）感設備因（yīn）遭受電磁幹擾而可能偏離其正常工作狀態的電子、電器裝置就是電磁敏感設備（bèi）。在（zài）汽車電（diàn）控係統中，基於數字電路的控製係統已逐漸替代了（le）早期由（yóu）機電或模（mó）擬設備完成的許多功能。但由於半導（dǎo）體邏輯器（qì）件對（duì）電磁幹擾的敏感度較高，加之（zhī）汽車線束與某些（xiē）高（gāo）場強頻段的波長可以比擬，使得大量車載電子、電器零部件同時也成為了電磁敏感設備 。

如以弱電信號為（wéi）控製依據的各（gè）種（zhǒng）氧傳感器、防爆（bào）震傳感器、發動機 ECU、車身控製模塊（BCM）、ABS輪速傳感器、CAN總線等，常常是多個信號經過軟件控製複（fù）用到同一（yī）個硬件總線。一個隨機瞬態脈衝很可能就破壞了內部時鍾晶振的時序、中斷（duàn）或打亂了（le）正被傳輸的數據以及程序的執行狀態等，導致相關部件收到錯誤（wù）信號，使（shǐ）係統的控製功能失（shī）效。車載電器低電壓、大電流負載特性使其開關過程（chéng）在供電線路上會產生很多脈衝幹擾，進一步惡化汽車電氣係（xì）統的電磁環境。

盡（jìn）管可以采取一些措施限製車內電磁幹（gàn）擾源產生的幹擾噪聲（shēng）電平處於合理的範圍內，減少車輛對環境的電磁汙染，但車輛內部，特別是車輛外（wài）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。這就要求敏感設備應具有一定（dìng）的抵抗電磁（cí）幹擾（rǎo）的能（néng）力，以（yǐ）保證其自身正常工作，達到車載設備相互共存、互不（bú）影響的狀態。根據（jù）實（shí）現功能的重要程（chéng）度，各個（gè）汽車廠商對車（chē）載零部件抗擾度性能等級要求各不相同。對車載 DVD、音視頻（pín）係統，要（yào）求至少為 C級，對車身控製模（mó）塊（BCM）、發動機 ECU、ABS、CAN 總線等則為 A 級的要求。一般而言，至少都是 C級或以上（shàng）。

EMC試驗

四、 汽車電（diàn）磁兼容性能的評價新車型開發時，其電（diàn）磁兼容性能究竟怎樣，能（néng）否（fǒu）滿足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、至有效的評價方法就是根據相關標準進行測試評估。當然（rán），還有仿真（zhēn）分析法等。

1、國內現狀由於我國（guó）汽車（chē）工業整體水平落後，對汽車電磁兼容性問題的認識總體不夠。近年來，逐漸吸收（shōu）了國（guó）外部（bù）分研究成果，頒布了一些（xiē）汽車電磁（cí）兼容標準，但與 ISO、IEC等標準還有較大的差距 。目前（qián）國內涉及到汽車整車及零部件電磁兼容性能的標準有（yǒu） GB14023、GB/T18387、GB18655、GB/T17619、GB/T19951、GB/T21437 共 6 個，均為全部或（huò）部分等同采用相關標準製定。主要對內燃機汽車的整車輻射騷擾（rǎo），電動車輛的電磁（cí）場發射強度，車載電子（zǐ）、電器部件的傳（chuán）導和輻射騷擾，車輛電子電器部件的電磁抗擾度性能，整車及零部件抗（kàng）靜電放電幹（gàn）擾的性能，由傳（chuán）導和耦合引起的零部件電磁騷擾特性等方麵的要（yào）求、測量和（hé）評價方法作出規定。

我國汽車公告、3C等法規檢測僅對上述前 3 項、前 1 項標準提出了要求（qiú），但從零部件配套、車輛出口認證以及切實（shí）完善汽車電磁兼容（róng）性（xìng）能來看，國內（nèi）汽（qì）車電磁兼容標（biāo）準化工作（zuò）還（hái）需進一步加強，應采納更多*標準（zhǔn）。

2、國外現狀汽車發達國家和地區很早就（jiù）開展了汽車電磁兼容問題（tí）的研究，現在已經取得了不少成果（guǒ），並頒布了較完善的車（chē）輛電磁（cí）兼容標準法規，一些汽車製造廠（chǎng）商還製定（dìng）了遠高於標準的企業標準。目前國外涉及汽車整車及零部件的電磁兼容（róng）測試標準（zhǔn）多達 29 個，主要（yào）有以下幾（jǐ）類：標準，如 ISO係（xì）列（共 15 個抗擾度標準）、CISPR 係列（2 個騷擾標準） 等；地（dì）區標準，如歐洲的72/245/EEC 指令和 ECE R10 法規（涵蓋 ISO、CISPR 所有標準）等（děng）；國家標準，如美國汽車工程學會 SAE 係列標準（共 29 個騷擾和（hé）抗擾度標準）等（děng）；汽車廠商的企業標準（zhǔn），如福特的 ES- XW7T- 1A278- AC，大眾（zhòng）的 VW TL80101、VW TL 82066，現代的 Hyundai ES 39110- 00、HyundaiES96100- 01 等。這些標（biāo）準法（fǎ）規對汽車整車及零部件的（de）電磁輻射騷擾（rǎo）、傳導騷擾、瞬態傳導騷擾、輻射抗幹擾、瞬態傳導抗幹擾、抗（kàng）靜電放（fàng）電等的測試方法及限值都（dōu）進（jìn）行了詳細的規定，既可以有效保證汽車（chē）的（de）電磁兼容性能，又能使汽車的整體綜合性能得到顯著提高。

五（wǔ）、總結

由於電子技術在汽車上的廣泛應用（yòng），各種車載電子、電器數量增長迅猛，造成車（chē）載用電設備密集程度越來越大。因此，汽車的電磁兼容性能已成為影響整車性能的重要因（yīn）素，甚至將成為製約汽車技術繼續發展的瓶頸之一（yī）。為解決此問題，汽車廠家應（yīng）當建立起一套完善的車載（zǎi）電子、電器零部（bù）件的管理流程，在確定整車需要（yào）達到的 EMC指標情況下，建立起從整車 EMC 指標向（xiàng）車載電子、電器 EMC指（zhǐ）標進行分解的技術體係，加強試驗檢測（cè）和仿真分析，以終保證整車的電磁兼容性能，從而保障（zhàng）整車可（kě）靠的安全性、環保性、節能性（xìng）和舒適性等綜合性（xìng）能。