整车EMC及汽车线束EMC设计经验总结

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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。随着汽车电动化、智能化、网联化的发展,以及车载无线通信系统技术等应用越来越广泛,电动汽车与复杂电磁环境间的相容性将成为未来电动汽车电磁兼容性测试评价的一个重要趋势。本文线束工程师之家将为大家介绍整车电磁兼容,及作为线束工程师的我们该如何考量。

1、EMC的定义

EMC也叫做电磁兼容, 是 Electro Magnetic Compatibility 的简称,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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

简单来说,EMC包括了两个关键因素:电磁干扰和电磁敏感性文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

EMI :电磁干扰(Electro Magnetic Interference)。电磁干扰测试是测量被测设备在正常工作状态下产生并向外发射的电磁波信号的大小来反应对周围电子设备干扰的强弱。EMI是主动性的,即对外界产生的干扰。电磁干扰主要包括辐射发射和传导发射。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

EMS:电磁敏感性(Electro Magnetic Susceptibility)。电磁敏感度测试是测量被测设备对电磁骚扰的抗干扰的能力强弱。EMS是被动性的,即抵抗外界的干扰。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

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零部件电磁兼容性是整车电磁兼容性的基础和前提,用于汽车上的零部件不仅应满足零部件电磁兼容性要求,同时在整车电磁兼容性出现问题时,零部件供应商也有义务支持并进行相关整改。理论与实践证明,任何电磁干扰的发生必须具备3 个条件: 干扰源、传播干扰的途径和易敏感设备。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

EMC三要素

干扰源:产生变化的电压或电流的零部件。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

传播途径:包括传导耦合、辐射耦合。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

敏感设备:易被干扰的设备。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

线束本身为无源器件,自身不产生电磁干扰,但线束是 “传播途径”!文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/vehicle-emc-and-automotive-wire-harness-emc-design/

EMC就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。

2、整车EMC所面临挑战及相关标准

2.1、EMC面临的调整

高压部件的集成化会带来更严重的电磁干扰,高压部件的电磁兼容设计挑战更大。带来的挑战,电磁干扰强度高,部件之间耦合路径复杂;

高频化带来的挑战,尽管使用SiC(碳化硅)器件的高压部件使逆变器大幅小型化,但其更高的开关频率(du/dt,di/dt)带来更强的电磁传导及辐射干扰,电磁兼容遇到更大挑战;

汽车智能与网联化功能的拓展,给全面准确的进行工况模拟,探测EMC问题带来新的挑战;

目前EMC 测试需要布置在暗室里,场地及测试设备的限制,如何在施加骚扰或者接收车辆部件辐射的前提下,使用模拟工况激发车辆的众多传感器做出贴近真实工况的反应是目前的难点,而且目前应对电磁干扰问题,并无十分清晰的标准界定容忍程度,各项标准仍在完善中;

EMC测试和整改均牵涉到系统级的改善,改善周期长花费大,给车企带来较大成本压力。

伴随更多电气部件和控制功能在车辆上的集成,零部件与整车EMC标准需要交互。

2.2、整车EMC相关标准

随着新能源车的发展,国内外相关的标准及试验方法也在不断完善,目前国际上相关的标准系列都进行了更新。

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国家标准

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ISO 国际标准

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3、线束EMC设计案例与分析

3.1、高压线束EMC设计

1、高压线与低压线应分开布置,必须靠近时应尽可能垂直交叉布置。

2、高压线束而言,选用带屏蔽层的高压线束和连接器,是极其有效的一种减少不必要电磁干扰的方法。实验显示,带屏蔽层的高压线束和连接器能够有效减少100kHz到200MHz频率范围内的不必要的干扰。

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3.2、接地分配EMC设计

1、各控制模块的电子地与大功率感性负载的地线分开搭铁 (A、B和C),安全系统的地要与其他电气地分开布置,甚至双搭铁 ( A、B和D),同系统同搭铁,避免不同系统间的串扰(D是影音系统共地)。

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2、有屏蔽要求的系统屏蔽层与车身连接必须特别注意不能在屏蔽层上产生电流( 12V系统是单线制、负极搭铁)。

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3、搭铁点尽可能的靠近电源回路, 搭铁回路和电源回路尽可能的靠近车身。

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3.3、电源分配的EMC设计

1、对电源波动敏感传感器类电器件,不能与点火线圈类电压波动大的感性电器件共用电源;

2、有一些对电源要求特别高的传感器和执行器,则需要把电源提供给控制单元,经过控制单元处理后再提供;

3、安全件和重要设备采用独立保险。例如:ECM、ESP、TCU等;

4、大功率设备采用独立保险。例如:电子扇、EPS等。

3.4、其他线束EMC设计要点

1、弱信号线尽量减少与大功率感性负载的电源线、地线并行布线,如不能避免需要增强弱信号用电器的抗干扰能力。

2、减少电源线、搭铁线的绕线,所有的电器件都就近取电、就近搭铁。特殊情况除外,系统必须共地,如摄像头地回到主机内部搭铁。

3、汽车天线和视频影像系统等传输频率很高的地方,使用同轴电缆。(常见的特性阻抗为50Ω/75Ω)。

CAN网络,以太网及其他信号传输要求高的系统使用双绞线。

4、线束EMC设计经验总结

线束本身为无源器件,自身不产生电磁干扰,但线束是 “传播途径”!EMC最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。

1、线束布线及接地,信号线远离高压网络和强干扰源。

2、重要控制信号采用屏蔽线缆传输,且屏蔽层做好360°搭接处理。

3、高压线束布置上使小功率敏感电路紧靠信号源,大功率干扰电路紧靠负载

4、尽可能分开小功率电路和大功率电路

5、线束布线沿着车身布置,减小线束间的感应干扰和辐射干扰

6、减小线束接收干扰的面积:线束应设计成最小长度、最小阻抗和最小环路面积,最好采用双绞线等回路面积小的供电方式。

7、增大设备到干扰源的距离:在干扰设备布置不变的情况下,改造敏感部件的安装位置,增大到干扰源的距离。

8、为了避免高压线束传输强电电流时产生电磁干扰,导致低压线束对控制单元供电及信号传输受到电磁干扰的风险。

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