汽车电磁兼容技术基础

2021年5月21日
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EMC(Electro magnetic compatibility,电磁兼容)是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中,按设计要求正常工作的能力。本文详细的介绍了汽车电磁兼容EMC技术基础,值得一看,以下为正文。

汽车电磁兼容技术基础

一、电磁兼容性概况

近年,日益繁多的电子产品广泛应用于汽车,并逐渐形成了汽车电子技术。当今的汽车,应用电子技术的程度已成为提升汽车技术水平的重要标志。汽车应用电子产品涉及到共性问题——汽车电磁兼容技术。

汽车电磁兼容技术关乎汽车特定电子系统及其周围电子系统运行的安全可靠性,关乎电子控制功能的运行的安全可靠性。诸如电子控制汽车制动系统、电子控制传动系统、电子控制转向系统。乃至影响汽车整车的安全可靠性。

因此对于现代汽车而言,汽车电磁兼容技术与汽车排放技术、汽车安全技术同为汽车共性技术。

二、电磁兼容性概念

1.电磁兼容性(EMC)英语:Electro-Magnetic Compatibility

缩写为:EMC

2.国家标准GB/T4365-2003定义:

设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

3.电磁骚扰与电磁干扰

电磁骚扰:任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对生命或无生命物质造成有损害影响的电磁现象。它产生影响,可能无影响结果。

电磁干扰:电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。它产生影响并有影响结果。

4.磁抗扰性与电磁敏感性

电磁抗扰性:装置、设备或系统面临电磁骚扰时不降低运行性能的能力。

电磁敏感性:在存在电磁骚扰的情况下,装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感性就是缺乏抗扰性。

三、汽车电磁兼容性

ECE:欧洲经济委员会,简称 ECE

EEC指令72/245/EEC(最新修订为2004/104/EC)的定义:

车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境中能令人满意地工作,又不对该环境中任何事物造成不应有的电磁骚扰的能力。即,在汽车及其周围的空间中,在一定的时间内运行的时间),在可用的频谱资源条件下,汽车本身及其周围的用电设备可以共存不致引起降级。

1.电磁兼容特性

1.1 整车的EMC特性:电磁干扰(EMI)特性及磁抗扰(EMS)特性

车内各种部件的相互干扰:传导干扰及射干扰

外部环境对车辆的干扰:环境电磁场----高达200V/m,甚至500V/m、人体放电及自然的干扰----雷电。

1.2 电子电器部件EMC特性

EMI特性(发生体)

传统部件:雨刮器、冷却风扇电机、发电机

现代部件:中央门锁控制器、电子燃油喷射控制器、各种电子模块、各种电机、ECU等。

EMS特性(接收体)

各种电子模块、ECU、安全气囊控制器、电子燃油喷射控制器、信号线缆等。

2.汽车磁兼容标准体系

2.1 车辆外的辐射标准

GB/T 14023—2000 (等同于 CISPR 12:1997)

车辆、机动船和有火花塞点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法

这个标准是由CISPR,即国际无线电干扰特别委员会确立的,其主要目的是对居住环境中使用广播接收机(30MHz~1000MHz)提供保护。它主要包括宽带发射和窄带发射的限值和测量方法,其中对窄带的限值要求更为严格。

对于窄带辐射的要求,本标准弱于GB 18655-2002 的要求,所以,如果满足了GB18655标准的测试车辆,也被认为满足本条款,不必再进行测量。

2.2 车辆电气电子器件对内的辐射标准

GB 18655—2002 (等同于 IEC/CISPR 25:1995)

用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法。

由于车辆产生的电磁骚扰不但对车辆外界的无线电设备造成影响,而且也会对车辆内部的各种电子部件造成不良影响,这个标准主要用于保护车载接收机免受汽车产生 的传导和辐射骚扰,它分为两部分,一部分是整车的测量方法和限值,另一部分是通过建立与整车无关的车载元件和模块的测试方法,来为零部件的电磁辐射设定一个限值,用以保护车载接收装置免受干扰。

它保护的接收机 类型包括声音和电视接收机,地面移动通讯,无线电话,业余爱好者和民用无线设备。由于这些设备的主要特点是电磁干扰对他们造成短时间品质变坏是可以接收的,不会导致严重后果,因此,这个标准是按照零部件干扰时间长短来分类,设定不同的限值范围。这也符合无线电的一般要求。但是,对于汽车内电子控制系统, 这样的要求是不够的,因为汽车电子控制系统对于稳定性要求很高,他们的正常工作关系到汽车的安全,所以安全性要求不论是短时间还是长时间工作的器件,都不能造成重大的干扰。

试验需要对被测设备进行分类,骚扰源被分为三种类型:

(a) 连续/长持续时间型和自动短持续时间型宽带设备
(b) 手动短持续时间型宽带设备
(c) 窄带设备

这个标准的试验包括整车测量和零部件/模块的测量。

2.3 车辆电气电子器件抗扰度标准

GB/T 17619—1998,机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法

随着汽车电子化程度的不断提高,对于汽车的电磁兼容性能的要求越来越高,这个标准对机动车电子电器组件(ESA)的电磁抗干扰性提出了技术要求,以增加车辆运行的安全性、可靠性及电磁抗扰性。

标准规定了在一定测试条件下的抗扰性电平的限值,在试验时使用这些限值进行试验,要求电子电器组件能够正常工作。

在试验过程中,被测ESA应处于正常工作状态。如果ESA包含多个单元,相互连接电缆应同车上使用的连接线束一致。

测试试验应在20~1000MHz频率范围内进行,为保证ESA满足要求,试验应在此频率范围内的至少14个点上进行。考虑到设备的响应时间,被测设备的承受时间应足以使其在正常条件下产生响应,且最短不得少于两秒。

试验的波形信号为正弦波,并且幅值由一个1kHz的正弦信号调制。在20~1000MHz频率范围内,ESA可以选用带状线方法,自由场方法,TEM小室方法或者大电流注入方法。所有方法都要求在具有屏蔽设施的场地进行。

ECE R10《关于就电磁兼容性方面批准车辆的统一规定》

四、 EMC试验项目

• EMI测试:辐射发射骚扰传导耦合/瞬态发射骚扰
• EMS试验:辐射场抗扰性试验传导耦合/瞬态抗扰性
静电放电(ESD)
大电流注入(BCI)
横电磁波(TEM)小室
带状线

五、实验测试仪器和设备

• 测量仪器:EMI接收机
具有峰值、准峰值、均值检波器,CISPR带宽(120kHz)
• 天线:一般采用宽带天线。
如:双锥天线、对数周期天线或复合宽带天线(30--1000MHz)
• 场地:开阔试验场(OATS)
电波暗室(ALSE)
• 其它:功率放大器、监测/监视系统、信号源。

六、汽车EMC电器电子装备表格

装     备

控制器
生产商
批准号(报告号)
发动机ECM(含限速器)
发电机
潍柴动力股份有限公司
0281Y0346H_V03_14C0
ABS 控制单元
克诺尔制动设备(上海)有限公司
e1  024040
暖风空调机控制单元
浙江箬横机电制造有限公司
燃油及空气加热控制单元
北京京威汽车设备有限公司
组合仪表及车速里程表
浙江同怡汽车仪表有限公司
闪光继电器
浙江温州附件厂
QB06691Z90981
雨刮电机
湖北万向
QA04682D16599
暖风电机
延边星禹
QB06701Z94101
冷却风扇电机
江阴双祥
电动升降器
浙江温州天球
CD机
徐州徐港电子有限公司
QS/RP-03--CD RADIO-08048

七、电磁干扰的现状

根据国内权威机构车内骚扰测量结果(2003年)的统计分析得出结论:

a.发动机在整个频段的表现都不理想;
b. 闪光继电器、雨刮电机、暖风电机的不合格频段主要集中在VHF30MHz~172 MHz和LW频段;
c. 在0.15~30 MHz频段,闪光继电器、雨刮电机、暖风电机均符合部件传导/辐射1级要求;
d. 传导骚扰特性符合部件传导1级限值要求,其辐射骚扰特性基本能够达到标准要求;
e. 闪光继电器、雨刮电机、暖风电机在30~172 MHz频段存在明显的传导和辐射骚扰,现阶段此类产品多数未考虑电磁骚扰抑制。

八、采取措施

由于屏蔽、滤波、合理接地合理布局等抑制干扰的措施都是很有效的,在工程实践中被广泛采用。但是随着用电子系统的集成化、综合化,以上措施的应用往往会与成本、质量、功能要求产生矛盾,必须权衡利弊研究出最合理的措施来满足电磁兼容性要求。

1.电气零部件的设计及其骚扰特性
对电机的设计中,可采用对称力磁绕阻,将电机绕阻不是接到电枢的一边,而是对称的布置到电枢的两边。这样可以使线端的骚扰电压降低为原骚扰电压的1/2~1/10,还有电刷接触部分的处理、对于电机负载工况的研究、采取一定的方式削弱继电器的瞬时脉冲等,最终可以在一定程度上提高这些部件的电磁骚扰的品质。

2. 整车设计及其骚扰特性

3.在整车设计中应该根据需要选择适当级别的零部件产品。另一方面,要对于整车内部防止电磁骚扰的设计必须加以考虑,比如说线束布置、接受天线的选择和安装等,并充分考虑各种零部件之间以及整车与零部件之间的匹配。

4.屏蔽技术对于车内电磁骚扰的抑制

5.滤波技术对于车内电磁骚扰的抑制

6.接地技术对于车内电磁骚扰的抑制

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