汽（qì）車電磁兼容（EMC）問題的探討

一、汽車電磁兼容的問題（tí）概述（shù）為滿足人們對（duì）汽車的安全、環（huán）保、節（jiē）能（néng）以（yǐ）及舒（shū）適等性（xìng）能日益增高的要求，裝備（bèi）電子、電器設備，應用電子技術是（shì）至（zhì）有效的手段 。

製動防抱死係（xì）統（ABS）、車身控製（zhì）模塊（BCM）、電子防盜係統（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（chē）載自動診斷係統（OBD）、電子點火係統（EIS）、電子製動力分（fèn）配裝置（EBD）、電子穩定程序（ESP）、驅動防滑控製係統(ASR)、輪胎氣壓監（jiān）測係統（TPMS）、電子控製刹車（chē）輔（fǔ）助裝置（EBA）、倒車雷達（PDC）、電子巡航控製係統（CCS）、衛星定位（wèi）導航係統（GPS）、行駛記錄儀 （TDR） 和車載移動數字電視（MDTV）等（děng）電子係統、裝備正越來越多地應用到汽車（chē）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（shuǐ）平等方麵*，但也帶來了新的問題，即對外界的電磁騷擾隨之（zhī）增大；同時，這些效果的獲得，前提條（tiáo）件是確保（bǎo）車載（zǎi）電（diàn）子、電器設備能夠正常工作。而現實情況是（shì），車載電子、電器（qì）件由於存在電磁兼容性問（wèn）題，電磁騷擾水平往往超標，或受（shòu）到電磁幹（gàn）擾（rǎo）後自身工作不（bú）正常，嚴重時甚至遭受損壞。

EMC試驗

長（zhǎng）期以來，人們對汽車（chē）的噪聲、振動（dòng）、排放等方麵存在問題的認識廣泛而深入，投入了大量的（de）人（rén）力、物力和財力進行（háng）研究，取得了較好的成效。但是，隨著汽車麵臨的電磁環境的複雜性加劇，使得汽車的電磁兼容問題變（biàn）得越來越突出和嚴重 。一方麵，汽車（chē）日常使用受到外部的電磁幹擾越來越（yuè）多，如周圍環境中的通訊設備、電力設備、無線電廣播（bō）等；另一方麵，汽車上安裝的電子、電器設備也越來越多，車載電（diàn）子、電器設備工作時，既會對其周圍的其它車載（zǎi）電子、電器設備產生電磁幹擾，自身也會受到周圍其它車載電子、電器設備的電磁幹擾的影（yǐng）響。上汽車產業（yè）發達的國家已（yǐ）把電磁兼容列為繼（jì）排放、噪聲之後的汽車第（dì）三大“汙染”問題。

二、汽車電磁兼容問題的典型表現（xiàn）

任何電子（zǐ）、電器設備在運行時都會（huì）向周圍傳遞電磁信號，其電磁信號可能對其它設備的正常工作產生幹擾，同時設備本（běn）身（shēn）也可能受到周圍電磁環境的幹擾。電磁幹擾的典型（xíng）特征是看不見（jiàn）、摸不著， “莫名（míng）其妙”， “來無影、去無蹤”；隻要有電磁（cí）幹（gàn）擾存在（zài），就有故障出現；隻要電磁幹擾消失，故障就消失。

電磁幹擾可能是暫時的，影（yǐng）響很小。如車載（zǎi） DVD經常出現死機現象（xiàng）或公路邊電視機在汽車駛過時圖像出（chū）現抖動。但是，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） 等在車輛行駛過程（chéng）中受到電（diàn）磁幹擾很可能被（bèi）誤觸發（fā）或失效，這就可能產生（shēng）嚴重的交通事故。汽車典（diǎn）型的電磁兼容性問題表現如下：1）某轎車上裝有靈敏的（de） ABS，下雨時，因啟動（dòng）刮水器產生的電磁幹（gàn）擾誤觸發了 ABS，導致後車追尾事故。2）某客車行駛在高（gāo）速公路上，突遇降雨天氣。在啟動刮水器後，出現了電控氣（qì）動門自動打開（kāi）的故障。3）某柴油載貨車行駛至某雷達站附近時，出現了自（zì）動熄火的故障，在拖離該路段後故障自動消失。4）進（jìn）行某混合動力客車 ABS性能試驗（yàn）時，啟動車輛但還未行（háng）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（nèi）燃機客車 ABS 性能時，儀器的輪速曲線*正常。

前兩（liǎng）種現象都是由刮水器電機（jī）產生的電磁幹擾引起的，而且（qiě） ABS 和車門的電控泵的（de）抗電磁幹擾能力還有待（dài）增（zēng）強。第三（sān）個例子是（shì）由於發動（dòng）機電控單元（yuán）（ECU）不能承受較強的外來電磁幹（gàn）擾信號所引起的。第四個例（lì）子一（yī）方麵說（shuō）明，該混合動力（lì）客車產生的電磁幹擾非常嚴重；另一方麵也說明該 ABS 性能測試設備的抗電磁幹擾（rǎo）的（de）能力還有待進一步加強。總（zǒng）之，汽車電氣係（xì）統內部的各種瞬變電壓，火花（huā）塞之間、喇叭觸（chù）點、調節器（qì）觸點、發電機和起動機電（diàn）刷與換向（xiàng）器之（zhī）間的火花放電，各種電路開關的（de）電（diàn）弧放電以及車輪與地麵、車身與空氣間摩擦產生的靜電（diàn）放（fàng）電等都會產生電磁幹擾，並（bìng）直（zhí）接影響（xiǎng）到車內電子、電器產品或（huò）測（cè）試設備（bèi）的正常工作。三（sān）、影響（xiǎng）汽（qì）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磁幹擾源、電磁（cí）幹擾傳播（bō）途徑和電磁敏感設備。汽車電磁幹擾（rǎo）源可分為車內（nèi）電磁幹擾源和（hé）車外電磁幹擾源（yuán）。由於車外電磁幹擾源幾乎不（bú）受汽車行業的約束，能（néng）采取的措施主要在（zài）於抑製（zhì）車內電磁（cí）幹擾（rǎo）源。

EMC試驗

1、車內電磁幹擾源車內電磁（cí）幹擾源主要是指產生電磁幹擾信號的車載電器部件或係（xì）統，如火（huǒ）花塞、啟動電機、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主要有：1）發動機點火（huǒ）係統。汽車點火係統產生的電磁（cí）幹擾是車內幹擾源的重要組成部分，點火（huǒ）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（shí）際上是（shì）一（yī）個電感、電（diàn）阻、電容、線圈組成的（de）振蕩電路。當初（chū）級電路被切斷後，在（zài）初級電路所發生的是一種衰減振蕩，初級線圈的大電壓一般為 300～500V。在次級線圈中所感應的次級電壓至大（dà）值一般為 20 000～30 000 V，因此，點火時在點火線圈周圍會（huì）產生強烈的電磁幹（gàn）擾。

當次級（jí）電路（lù）開始擊穿（chuān）火花塞間隙時，存儲於火花塞分布電（diàn）容中的能量迅速（sù）釋放，在幾微秒時（shí）間內放電結束，但形成的電流則非常大，可達幾十（shí）安培。這一階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。這個放電脈衝（chōng）不但通過點火線圈與火花塞（sāi）間的高壓線向外部形成電磁輻射（shè），而且會沿著導線對其它電子、電器傳導幹擾信號。同時，在（zài）火花塞被擊穿放電時，火花將形成 0.15～1 000 Hz電磁波（bō）向周圍輻射，對其它（tā）電子電器設備形成強烈（liè）的電（diàn）磁輻射幹（gàn）擾。2）交流發電機。車載交流發電機產生的電磁幹擾是感性負載幹擾的重要組成（chéng）部分。一方麵，由（yóu）於交流發電機采用炭刷與滑（huá）環將勵磁電流引入轉子線圈，在運（yùn）轉過程中，隻要兩（liǎng）者的接觸狀態稍有變（biàn）化，就會產生電火花，形成電磁輻射幹擾；另一方麵，發電（diàn）機負載和轉速等變（biàn）化會引起輸出電壓的變化，電壓調節器則通過通斷勵磁繞（rào）組、調節勵磁磁通來補償其變動，這會在磁場線圈中引（yǐn）起頻率、峰值不等（děng）的瞬變脈衝電壓，如開關時間 2ms，對應（yīng） 500 Hz 的頻率，由傅裏葉分析可知，其諧波頻率將高達（dá）數（shù）千或上兆赫茲，產生射頻幹（gàn）擾信號。

另外（wài），交流發電機在工作時（shí）突然卸載或在額定工作（zuò）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（yā）。瞬（shùn）變（biàn）電壓的幅值可（kě）達 75～150 V，衰減（jiǎn）時間可持續 100～200 ms。這種瞬（shùn）變過電壓對（duì）汽（qì）車其它（tā）電子器件會產生相當大（dà）的衝（chōng）擊，導致設備工作異常或損壞。3）電（diàn）動機。汽車上所用的電機數量越來（lái）越多，如起動機、風扇電機、刮水器電機、暖（nuǎn）風電機、空調電機、噴水電機、車窗電機、油泵電機和電動座椅電機等都屬於永磁直流電動機。電機在運轉過程中難免產生電（diàn）火（huǒ）花（huā），會對其它的設備產生電磁（cí）幹擾，如刮水器電機在換極（換相）時對電路產生較強（qiáng）的電磁幹擾。雖（suī）然這些（xiē）電動機一般都有封閉金屬外（wài）殼的屏蔽（bì）罩，但由於缺乏針對性設計，不但發射輻射電磁幹擾信號，而且通過電源（yuán）線和搭鐵（tiě）線向外傳導幹擾信號。

另外，電動機在工作切換或開關時（shí）會產生（shēng）瞬變電壓，大（dà）多以高幅值的負脈衝及隨（suí）後的（de）低幅值正向脈衝出現，峰值可達 300 V 左右，持續時（shí）間大約 300 ms。這種瞬變脈衝具有浪湧特（tè）性，具有豐富（fù）的諧波，可能幹擾車載電子、電器控製模塊（kuài）的（de）正（zhèng）常工作，導致（zhì）電子器件的邏輯混亂或損壞敏感器件。4）電源係統。汽車電路係統由蓄電池和交流發電機作為核心電源（yuán），車體作為共用搭鐵，各個電子、電器裝置並聯其上。傳統汽車電源係統（12 V或 24 V）存在著非瞬（shùn）變性過電壓和瞬變性過電壓兩種過電壓。由磁場回路或調節器故障產生的非瞬變性過電（diàn）壓峰值可達 75～130 V，很容易（yì）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（gāo）的瞬變過電（diàn）壓（100～150 V）雖然對傳統車（chē）載電器影響較小（xiǎo），但可能致使一些敏感的（de）車載電子裝置（如電子調節器、電子點火裝置及其它電子控（kòng）製單元（yuán））出現故障或損壞。

另外，因混合（hé）動（dòng）力或純電動汽車一般采用交（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（guò）逆（nì）變器（qì）轉換為電機（jī）所需要的交流電，逆變後的交流電含（hán）有大量的諧波成分，並通過輸入輸出線向空間（jiān）發射（shè）頻譜範圍較（jiào）廣（9 kHz～1 GHz）的強電場和磁場，會對（duì）車載電子電器（qì）件產生很嚴重的電磁幹擾。5）靜電放電（diàn）幹擾。靜電是由兩種（zhǒng）不同物質相互摩擦，因物體表麵間電子移動而產（chǎn）生的。車輛在行駛時，駕乘人員衣物與座椅間的摩擦，車輪（lún）與地麵間的摩擦，車身（shēn）與空氣的摩擦等都可能產生靜電，形成靜電幹擾源，引發靜電放（fàng）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、短時間、小電流，但極可能使一些電子控製單元（yuán）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（de）高機動性決（jué）定了（le）其可能會處（chù）於各種電磁場中，既有電磁環境良好的鄉村地（dì）區，又有電磁場環境異（yì）常複雜的城市、機場及雷達站。車外電磁幹擾源包括人為幹擾源和自（zì）然幹擾源兩類。1）人為電磁幹擾是指（zhǐ）汽車外部人工裝置產生的電磁幹擾（rǎo），主要有（yǒu）其它車輛點火（huǒ）係（xì）統的輻射幹擾（rǎo）、電動車電源係統、高壓電力（lì）係統（tǒng）、車外雷達、無線電發射機、移動通訊設備等發射（shè）的電磁波，以及高壓輸電線的電暈放電（diàn）產生的電磁輻射幹擾等。2）自然幹擾是（shì）指由自（zì）然現象引起的電（diàn）磁幹擾，比較典（diǎn）型的有雷電、大氣層的電場和電離層變化、太陽黑子的電磁輻射以及（jí）來自宇宙的射線等。大多數情況（kuàng）下，這（zhè）種電磁幹擾非常複雜，對汽車的幹擾影響可以忽略。但由於雷電放電的電流高（gāo）達幾十千安，上升時間不到 1μs，釋放出頻譜極寬、強場很（hěn）大的幹（gàn）擾信號，對車輛影（yǐng）響（xiǎng）很大，甚至直接損毀車輛和傷亡人員。

3、汽車電磁幹擾傳播途徑車載電器產生的電磁幹擾信（xìn）號既可以通過汽車導線直接（jiē）進（jìn）入其它電子、電器設備內部，又可以通過等（děng）效天線（如點火係統高（gāo）壓線、設備中（zhōng）較長的線纜、芯片管腳）輻射到無線電設備內部。也（yě）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和通過（guò）空間（jiān）輻射兩種方式，即傳導幹擾和輻射幹擾。1）傳導幹擾就（jiù）是電磁幹（gàn）擾通過導線（xiàn）傳輸，即通過設備的信號線、控製線、電源線等直接侵（qīn）入電子、電器內部（bù）。由（yóu）於（yú）汽車和外界沒有直接的電路（lù）連（lián）接關係，所以（yǐ）傳導幹（gàn）擾基（jī）本上都是（shì）由車載電子（zǐ）電器部件引起的，且通常是因電動機、繼電器以及其它感（gǎn）性負（fù）載的瞬態脈衝電壓產生的（de），其瞬態脈衝電壓可達 200 V，可能導致額定工作電壓為 12 V或 24 V 的（de）電（diàn）子、電器件（jiàn）工作異常或被損壞。2）輻射幹擾的（de）實質是電磁幹擾源的電磁能量以場的形（xíng）式向四周空間傳播。汽車上的電磁場強既包括（kuò）車載電子、電器輻射場強，又包括外界電磁輻射場強。電磁輻射幹擾（rǎo）的（de）傳輸路徑非常複雜，既（jì）可以直接輻射到電子、電（diàn）器上，又可以先輻射到線束上（shàng）然後再以傳導幹擾的方式進（jìn）入（rù）電子（zǐ）、電器。

4、電磁（cí）敏感設備因遭（zāo）受電磁幹（gàn）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（gǎn）設備。在汽（qì）車電控係統中，基於數（shù）字電路的控製係統已逐漸替代了早期由機（jī）電或模擬設備完成的許多功能。但由於半導體邏輯器件對電磁幹（gàn）擾的敏感度（dù）較高，加之汽車線束與某些高場強頻（pín）段的波長可以比擬，使得大量車載電子、電（diàn）器零部（bù）件同時也成為了電磁敏感設備（bèi） 。

如以弱電信號為控（kòng）製依據的各（gè）種氧傳感器、防（fáng）爆震傳感器、發動機 ECU、車身控製模塊（BCM）、ABS輪（lún）速傳感器、CAN總線（xiàn）等，常常是多個信（xìn）號經過軟（ruǎn）件控製複用到同一個硬件總線。一個隨機瞬態脈衝很可能就破壞了內部時（shí）鍾晶振的時（shí）序、中斷或打亂了（le）正被傳輸的數據以及程序的執行狀態等，導（dǎo）致（zhì）相關（guān）部件收到錯誤信號，使係統的控製功能失（shī）效。車載電器（qì）低電壓、大電流負載（zǎi）特性使其開關（guān）過程在供電線路上會產生很多脈衝幹擾，進一步惡化汽車（chē）電氣係統的電磁環境。

盡管（guǎn）可以采取一些措施限製車內電磁幹擾源產生的幹擾噪（zào）聲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（liàng）內部，特別是車輛外的電磁幹擾是難以*消除的，無限製地加（jiā）大幹擾抑製措施會成倍地增加（jiā）生（shēng）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（jù）有一（yī）定的（de）抵抗（kàng）電磁幹（gàn）擾（rǎo）的能力，以保（bǎo）證其自身正常工作，達到車載設備相互共（gòng）存、互不（bú）影響的（de）狀態。根據實現功能的重要程度，各個（gè）汽車廠商對車載零部件抗擾度性（xìng）能等級要求各不相同。對車載 DVD、音視頻係統，要求至少為 C級，對車（chē）身控製模塊（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。

EMC試（shì）驗

四、 汽車電（diàn）磁兼容性能的評價（jià）新車型開發時，其電磁兼（jiān）容性能究竟（jìng）怎樣（yàng），能否滿足相關標準法規的要求，需要（yào）進行評價。

目（mù）前，國內外采用的至直接、至有（yǒu）效的評價方法就是根據相關標準進行測試評估。當然，還（hái）有仿真分析法等（děng）。

1、國內現狀由於我國汽車工業整體水平落後，對汽車電磁（cí）兼容（róng）性問題的認識總體不夠。近（jìn）年來，逐漸吸收了國外部分研究成果（guǒ），頒布（bù）了一些（xiē）汽車電磁兼容標準，但（dàn）與 ISO、IEC等標準（zhǔn）還有較大的差距 。目前國內涉及到汽車整車及零部件電磁（cí）兼容性能的（de）標準有 GB14023、GB/T18387、GB18655、GB/T17619、GB/T19951、GB/T21437 共（gòng） 6 個，均為全部（bù）或部分等同采用相關（guān）標（biāo）準（zhǔn）製定。主要對內燃機汽車的整車輻射騷擾，電動車輛的電磁場發射強度，車載電子、電（diàn）器部件（jiàn）的傳導和輻射騷擾，車（chē）輛電子電器部件的電磁抗擾度性能，整車及零部件抗靜電放電幹擾的性能，由傳（chuán）導和耦合引（yǐn）起的零部（bù）件電磁騷擾特（tè）性等方麵的要求、測量和評價方法作出（chū）規定。

我國汽車（chē）公告、3C等法規檢測僅（jǐn）對上述前 3 項、前 1 項標準提出（chū）了要求，但從零部件（jiàn）配套、車輛出口認證以及切實完善（shàn）汽車電磁兼容性能來看，國內（nèi）汽（qì）車電磁兼容標準化工（gōng）作還需進一步加強，應采納更多*標（biāo）準。

2、國外現（xiàn）狀汽車發達國家和地區很早就開展了汽車電（diàn）磁兼容問題的研究，現（xiàn）在（zài）已（yǐ）經取得了（le）不少成果，並頒布了較完善的車（chē）輛電磁兼（jiān）容標準法規，一些汽車製（zhì）造廠商還製定了遠高於標準（zhǔn）的企（qǐ）業標準。目前國外涉及汽（qì）車整車及零部件的電磁兼容測試標準多達 29 個，主要有以下幾（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；國家標準，如美國汽（qì）車工程學會 SAE 係列標準（共 29 個騷擾和抗（kàng）擾（rǎo）度標準）等；汽車（chē）廠商的企業標準，如福特的 ES- XW7T- 1A278- AC，大眾的 VW TL80101、VW TL 82066，現代的 Hyundai ES 39110- 00、HyundaiES96100- 01 等。這些標準法規對汽車整車（chē）及零部件的電（diàn）磁輻射騷擾、傳導騷擾、瞬態傳導騷擾、輻（fú）射抗幹擾、瞬態傳導抗幹擾、抗靜電放電等的測試（shì）方法（fǎ）及限值都進行了詳細的規定，既可以有效保證汽車（chē）的電磁兼容性能，又能使汽車的整體綜合性能得到顯著提高。

五、總結

由於電子技術在（zài）汽車上的廣泛應用，各種車載（zǎi）電子、電器數量增長迅猛，造成車載用電設（shè）備密集程度越來越大。因此，汽車的電（diàn）磁兼容性能已成為影響整車性能的重要因素，甚至將成為製約汽車技術繼續發展的瓶頸之（zhī）一。為解決此問題，汽車廠家應當建立起一（yī）套完善的車載電子（zǐ）、電器零部件的管理流程（chéng），在確定整車需要達到的 EMC指標情況（kuàng）下，建立起從整車 EMC 指標向車載電子、電器 EMC指標進行分解的技（jì）術體係，加強試驗檢測和仿真分析，以終保證整車的電磁（cí）兼容性能，從而保障整車可靠的安全性、環保性、節能性和舒適性等綜合性能。