汽車電磁兼容（EMC）問題的探討

一、汽（qì）車電磁兼容的問題概述為滿足人們對汽車的安全、環保、節能以及舒適等性（xìng）能日益增（zēng）高的要求，裝備電子、電器設備，應用電子技術是至有（yǒu）效的手段 。

製動防抱死係統（tǒng）（ABS）、車身（shēn）控（kòng）製模塊（BCM）、電子防盜係統（EATS）、電動助力轉向（EPS）、電子燃油噴射（shè） （EFI）、電（diàn）子油（yóu）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（zǐ）製動力分配裝置（EBD）、電（diàn）子穩定程序（ESP）、驅動防滑控製係（xì）統(ASR)、輪胎氣壓監（jiān）測係統（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）、衛星定位導航（háng）係統（GPS）、行駛記錄儀 （TDR） 和車載移動數字電視（MDTV）等電子係統、裝備正越來越多地應用到（dào）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（zhè）些效果的獲（huò）得，前提條（tiáo）件是確保車載電子、電器設備能夠正常工作。而現實情況是，車載電子、電器件由（yóu）於存在電磁（cí）兼容性問題（tí），電磁騷擾水平往往超標，或受到電磁幹擾後自身工作不正常，嚴重時甚至遭受損（sǔn）壞。

EMC試驗

長期（qī）以來，人們對汽車的噪（zào）聲、振動、排放等方麵存（cún）在問題的認識廣泛（fàn）而深入，投入了大量的人力、物力和財力進行研究，取得了較好的成效。但是（shì），隨著汽車麵臨的電磁環境的複（fù）雜性加劇（jù），使得汽（qì）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幹擾越來越（yuè）多，如周圍（wéi）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（lái）越多，車（chē）載（zǎi）電子、電器設備工作時，既會對其周圍的其它車載電子、電器設備產（chǎn）生（shēng）電磁幹擾（rǎo），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（de）影（yǐng）響（xiǎng）。上汽車產業發達（dá）的國家已把電磁兼容列為（wéi）繼排（pái）放、噪聲之後的汽車第三（sān）大“汙染”問題。

二、汽車電磁兼容問題的典型表現

任何電子、電器設備在運行時都會向周圍傳遞電磁信號，其電（diàn）磁信號可能（néng）對其它設備的正常工作產生（shēng）幹擾，同時設備（bèi）本身也可能受到（dào）周圍電磁環境的幹（gàn）擾。電磁幹擾的典（diǎn）型特征是看不見、摸不著， “莫名其妙”， “來無（wú）影、去（qù）無蹤”；隻要有電磁幹擾存在，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（de），影響很小（xiǎo）。如車載 DVD經常出現死機現象或公路邊電視機（jī）在汽車駛過時圖像出現抖動。但是，幹擾也可能是致命的，如汽車的（de）安全氣囊（SRS）、製動防抱死係統（ABS） 等在（zài）車輛（liàng）行駛過程中受到（dào）電磁幹擾很可能被誤觸發或失效，這（zhè）就可能產生（shēng）嚴重的交通事故（gù）。汽車典型的電磁兼容性問題表現如下：1）某轎車上裝有靈敏（mǐn）的 ABS，下（xià）雨時，因啟動刮水器（qì）產生的電磁（cí）幹（gàn）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，突遇降雨天氣（qì）。在（zài）啟動刮水器（qì）後，出現了電控氣動門自動打開的故（gù）障。3）某柴油載貨車行駛至某雷達站附近（jìn）時，出現了自動熄火的（de）故障，在拖離該路段後故（gù）障自動消失。4）進行某（mǒu）混合動力客（kè）車 ABS性能試驗時，啟動車輛但還（hái）未行（háng）駛時，測試儀（yí）器的輪速曲線就出現異常波動；但在測試（shì）傳統內（nèi）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磁幹擾引起的，而且 ABS 和車門的電控泵的抗電磁幹擾能力還有待增強。第三（sān）個例子是由於（yú）發動機（jī）電控單元（ECU）不能（néng）承（chéng）受較強（qiáng）的外來電磁幹擾信號所引起的。第四個例子一方麵說明（míng），該混合動力客車產（chǎn）生的電磁幹擾非（fēi）常嚴重；另（lìng）一方麵也說明該 ABS 性能測試設備的抗電（diàn）磁（cí）幹擾的能力還有待進一步加強。總之，汽車（chē）電氣係統內部的各種（zhǒng）瞬變電壓，火（huǒ）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，各種電路開關的電弧放電以（yǐ）及車輪與地麵、車身與空氣間摩擦產生的靜電放電等都會產生電磁幹擾，並直（zhí）接影響到車內電子（zǐ）、電器產品或測試設備的正常工作。三、影響汽（qì）車電（diàn）磁兼容性能（néng）的因素影響汽（qì）車電磁兼容性能的主要因素有（yǒu）電磁幹擾源、電（diàn）磁幹擾傳播途徑和電磁敏感設備。汽車電磁幹（gàn）擾源可分為車內電磁幹擾源和車外電磁幹擾源。由於車外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（yì）製車內電磁幹擾源。

EMC試驗

1、車內電磁幹擾源車內電磁幹擾源主要是指產生電磁幹擾信（xìn）號的車載電器部件或係統，如火（huǒ）花塞、啟動（dòng）電（diàn）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（yuán）主要有：1）發動機點火係統。汽車點火係統產生的電磁幹擾是車內幹擾源的重要組成部分（fèn），點火係統工作期間會產生很（hěn）強的電磁幹擾信號。從電路原理來看，點火係統實（shí）際上是一個電感、電阻、電容、線圈組成的（de）振蕩電路。當初級電路被切斷後，在初（chū）級電路所發生的是一種衰（shuāi）減振蕩，初級線圈的大電壓一般為（wéi） 300～500V。在次級線圈中所感應的（de）次級電壓至大值（zhí）一般（bān）為 20 000～30 000 V，因此（cǐ），點火時在點火線圈周（zhōu）圍會產生強烈的電磁幹擾。

當次（cì）級電路開始（shǐ）擊穿火（huǒ）花塞間隙時，存儲於火花塞分布電容中的能（néng）量迅速（sù）釋（shì）放，在幾微秒時間（jiān）內放電結（jié）束，但形（xíng）成（chéng）的電流則非常大，可達（dá）幾十安培。這一階段的放電特征是次級電路的（de）電壓和電流形成陡峭的脈（mò）衝放電形（xíng）式。這個（gè）放電（diàn）脈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（ér）且會沿著導線對其它電子、電器傳導幹擾信號。同時，在火花（huā）塞被擊穿放電時，火花將形成 0.15～1 000 Hz電磁波向（xiàng）周圍輻射，對其它電子電器設備形成強烈的電磁輻射幹擾。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部分。一方麵，由於交流發電機采用炭刷與滑環（huán）將勵磁電流引（yǐn）入（rù）轉子線圈，在運轉（zhuǎn）過（guò）程中，隻要兩者的接觸狀態稍有變化，就會產生電火花，形成電磁輻射幹（gàn）擾；另一方麵，發電機負載和轉速等（děng）變化（huà）會引起輸出電壓的變化，電壓調節器則通過通斷勵（lì）磁繞組、調節勵磁磁通來補償其變動（dòng），這會在磁場線圈中引起頻率、峰值（zhí）不等的瞬變脈衝電壓（yā），如開（kāi）關時間 2ms，對應 500 Hz 的頻率，由（yóu）傅（fù）裏（lǐ）葉分析可知，其諧波頻率（lǜ）將（jiāng）高（gāo）達（dá）數千或上兆赫茲，產生射（shè）頻（pín）幹擾信號。

另外，交流發電機在工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（chóng）的瞬變電壓。瞬變電壓的幅值可達 75～150 V，衰減時（shí）間可持續 100～200 ms。這種瞬變過電壓對汽（qì）車（chē）其它電子器件會產生相當（dāng）大的衝擊，導致設備工作異常或損壞。3）電（diàn）動機。汽車上所用（yòng）的電機數量越來越多，如起（qǐ）動機、風（fēng）扇電（diàn）機、刮水器電機、暖風電機、空調電（diàn）機、噴水電機、車（chē）窗電（diàn）機、油泵電（diàn）機和電動座椅電機等都（dōu）屬於永磁直流電動機（jī）。電機在運轉過程中（zhōng）難免產生電火花，會對其它的設備產生（shēng）電磁幹擾，如刮水器電機在換極（換相）時對電路產生較強的（de）電磁幹擾。雖然這些電動機一般都有封閉金屬外殼的屏蔽罩，但由於缺（quē）乏針對性設計，不但發射輻（fú）射電磁幹擾信號，而且通過電源線和搭鐵線向外傳導幹擾信號（hào）。

另外，電動機在工作（zuò）切換或開關時會產生瞬變電壓，大多以高幅值（zhí）的負脈衝及隨後的低幅值正（zhèng）向脈衝出現（xiàn），峰值可達 300 V 左右，持續（xù）時（shí）間大約 300 ms。這種瞬變脈衝具有浪湧特性，具有（yǒu）豐富的諧波（bō），可能幹擾車載電子、電器控製模塊的（de）正常工作，導致電（diàn）子器件的邏輯（jí）混亂或損壞敏（mǐn）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（diàn）子、電器裝（zhuāng）置並聯其上。傳統汽車電源係統（12 V或 24 V）存在著非瞬變性過（guò）電壓和瞬變性過電壓兩種過電壓。由磁場回路或調節器（qì）故（gù）障產生（shēng）的非瞬（shùn）變性過電壓峰（fēng）值可達 75～130 V，很（hěn）容易（yì）直接損壞車載電子、電（diàn）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（fú）值很高的瞬變（biàn）過電壓（yā）（100～150 V）雖然對傳統車載電器影響較小，但可能致（zhì）使一（yī）些敏感的車載電子裝（zhuāng）置（如電子調節器、電子點（diǎn）火裝置及其它電子控製單元）出現故障或損壞。

另外，因混合動力或純電動汽車一（yī）般采用交流電機作為輔（fǔ）助（zhù）動力或動力單元，蓄電池的（de）直（zhí）流電要經過（guò）逆變器（qì）轉換（huàn）為電機（jī）所需要的交流電，逆變後的交流電含有（yǒu）大量的諧波成分，並通過輸（shū）入（rù）輸（shū）出線向空間發射頻譜範圍較廣（9 kHz～1 GHz）的強電（diàn）場和（hé）磁場，會（huì）對（duì）車載電子電器件產生很嚴重的電磁（cí）幹擾。5）靜電放電幹擾。靜電是由兩種不（bú）同物質相（xiàng）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（yǐ）間的（de）摩擦，車輪與地麵間的摩（mó）擦，車身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（diàn）放電現象。在靜電放電過程中產生的放電電（diàn）流將形成傳導幹擾，放電火花則形成（chéng）輻射幹擾（rǎo）。這種（zhǒng）類型的幹擾特點是高電壓（yā）、短時間、小電流，但極（jí）可能使一些電子（zǐ）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動性決定了其可能會處於各種（zhǒng）電磁場中，既有電磁環境良好（hǎo）的鄉村地區，又有電磁場（chǎng）環境異常複雜的城市、機（jī）場及雷達（dá）站。車外電（diàn）磁幹擾源包括人為幹擾源和自（zì）然幹擾源兩類。1）人為電磁幹擾是指汽車外部人工裝置產生的電磁幹擾（rǎo），主要有其它車輛點火係統（tǒng）的輻射幹擾、電動車電源係（xì）統、高壓（yā）電力係統、車外（wài）雷達、無線（xiàn）電發射機、移（yí）動通訊設備等發射（shè）的電磁波，以及（jí）高壓輸電線的電暈放電產生的電磁輻射幹擾等。2）自然幹擾是指由自然現象引起的電磁幹擾，比較典型的有雷電、大（dà）氣層（céng）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。大多數情況下，這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達幾十（shí）千安，上升時間不（bú）到（dào） 1μs，釋放出頻譜極寬（kuān）、強（qiáng）場很（hěn）大的幹擾信號，對車輛影響很大（dà），甚至直接（jiē）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（gàn）擾信號既可以通過汽車導（dǎo）線直接進（jìn）入其它電子（zǐ）、電器（qì）設備內部，又可以（yǐ）通過等效天線（如點火係統高壓線、設備中較長的線纜、芯片（piàn）管腳）輻射到無線電設備內（nèi）部（bù）。也就是說，汽車上的電磁（cí）幹擾傳播（bō）途徑主要有沿著導線直接（jiē）傳導和通過空間輻射（shè）兩種方式，即傳導幹擾和輻射幹擾（rǎo）。1）傳導（dǎo）幹擾就（jiù）是電磁幹擾通過（guò）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、電器內部。由於汽車和外界沒有（yǒu）直接（jiē）的電路連（lián）接關係，所以傳導（dǎo）幹擾基（jī）本上都是由車載電子電器部件引起的，且通常是因（yīn）電（diàn）動機（jī）、繼電器以（yǐ）及（jí）其（qí）它感性負載的瞬態脈衝電壓產（chǎn）生（shēng）的（de），其瞬態脈衝（chōng）電壓可達 200 V，可能導致額定工作電壓為 12 V或 24 V 的電子、電器（qì）件工作異常或被損壞。2）輻射幹（gàn）擾的實質是電磁幹擾源的電磁能（néng）量以場的形式（shì）向四周空（kōng）間傳播（bō）。汽車上（shàng）的電磁場強既包括車載電子、電器（qì）輻射場強，又包括外界電磁輻射場強。電磁（cí）輻射（shè）幹擾的傳輸路徑非常複雜，既（jì）可以直接輻射到電子、電器上，又可以先輻射到線束上然（rán）後（hòu）再以（yǐ）傳導（dǎo）幹擾的方式進入電子、電器。

4、電磁敏感設備因遭受（shòu）電磁幹擾而可能偏（piān）離其正常工作狀態的電子、電器裝置就是電磁敏（mǐn）感（gǎn）設備。在汽車電控係統中，基（jī）於數字（zì）電路的控製係統已（yǐ）逐漸替代了早期（qī）由（yóu）機電或模（mó）擬設備完成（chéng）的許多（duō）功能（néng）。但由（yóu）於半導體邏輯器件對電磁幹擾的敏感度較高，加之汽（qì）車線束與某些高場強（qiáng）頻（pín）段的波長可（kě）以比擬，使得（dé）大量車載電子、電器零部件同時也成為了（le）電（diàn）磁敏感設備 。

如（rú）以弱電信號為控製依（yī）據的（de）各種氧傳感器、防爆震傳感器、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（hào）經過（guò）軟件控製複用到同一（yī）個（gè）硬件（jiàn）總線。一個隨機瞬態脈衝很可能就破（pò）壞了內部時鍾晶振的時序、中斷或打（dǎ）亂了正被傳輸的數據以及程序的執（zhí）行狀態等，導致相關部件（jiàn）收到（dào）錯誤信號，使係統的控製（zhì）功（gōng）能失效。車載電器低電壓、大電流負（fù）載特性使其開關過程在供電線（xiàn）路上會（huì）產生很多脈衝幹擾，進一（yī）步惡化汽車電氣係統的電磁環境。

盡管可以采取一（yī）些（xiē）措施（shī）限製車內電（diàn）磁幹擾（rǎo）源產生（shēng）的幹擾噪聲電平處於合理的範圍內，減少車（chē）輛對環境的電磁汙染（rǎn），但（dàn）車輛內部，特別是（shì）車輛外的電磁幹擾是難以*消除的，無限製地加大幹擾抑製措施會（huì）成倍地增（zēng）加生（shēng）產成本，在實際工程應用（yòng）中是不可行的。這就要求（qiú）敏感（gǎn）設備應具有一定的抵抗電磁（cí）幹擾的（de）能力，以保證其自身正（zhèng）常工作，達到車（chē）載設備相互（hù）共存、互不影響的狀態。根據實現功能的重要程度，各個汽車廠商對車載零部（bù）件抗擾度性能等級要求各不相同。對車載 DVD、音視頻係統，要（yào）求至少為 C級，對車身控製模塊（BCM）、發動（dòng）機 ECU、ABS、CAN 總線等則為 A 級的要求。一般而言（yán），至少都是 C級（jí）或以上。

EMC試驗

四、 汽（qì）車電磁兼容性能的評價新（xīn）車型開發時，其電磁兼容性能究竟怎樣，能（néng）否滿足相關標準法規的要求，需要進行評價。

目前，國內外采（cǎi）用的至直接、至（zhì）有（yǒu）效的評價（jià）方法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（bú）夠。近年來，逐（zhú）漸吸收了國外部分研究成果，頒布了一些汽車電磁兼容標準，但與 ISO、IEC等標準還有較大的差（chà）距 。目前國內涉及到汽車整車及零部件電磁兼容（róng）性能的標準有 GB14023、GB/T18387、GB18655、GB/T17619、GB/T19951、GB/T21437 共（gòng） 6 個，均為（wéi）全部或（huò）部（bù）分等同采用相關標準製定。主要對內燃機（jī）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、電器部件的傳導和輻射騷擾，車輛電（diàn）子電器（qì）部件的電磁抗擾度性能，整車及零部件抗靜電放電幹擾（rǎo）的性（xìng）能，由傳導和耦合引起的零（líng）部件電磁騷（sāo）擾特性等方麵的要求、測量（liàng）和評（píng）價方法作出規定（dìng）。

我國汽車公告、3C等法規檢測僅（jǐn）對上述前 3 項、前 1 項（xiàng）標（biāo）準提出了要求（qiú），但從零部件（jiàn）配套、車輛出口認（rèn）證以及切（qiē）實完善汽車電磁兼容性能來看，國內汽（qì）車電磁兼容標準化工作還（hái）需進（jìn）一步加強，應采納（nà）更多（duō）*標準。

2、國外現狀汽（qì）車發達國家和地區很早就開展了汽車電磁兼容問題的研究，現在已（yǐ）經（jīng）取得了不少成果，並頒布了較完善的車輛電磁兼容標準法規，一些（xiē）汽（qì）車製造廠商還製定了（le）遠高於標準的企業標準（zhǔn）。目前國外涉（shè）及汽車整車及零部件的（de）電磁兼容測試標準多達 29 個，主要有以下幾類：標準，如 ISO係列（共 15 個抗擾度標準）、CISPR 係列（2 個騷擾標準） 等；地區標準，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（měi）國汽車工程學會 SAE 係列標準（zhǔn）（共 29 個騷擾（rǎo）和抗擾度標準（zhǔn））等（děng）；汽車廠商的企業標準（zhǔn），如福特的 ES- XW7T- 1A278- AC，大眾的 VW TL80101、VW TL 82066，現（xiàn）代的 Hyundai ES 39110- 00、HyundaiES96100- 01 等。這些標準法規對汽車（chē）整車及零部件的電磁輻（fú）射騷擾、傳導騷擾、瞬態傳導騷擾、輻射抗幹擾、瞬態傳導抗幹擾、抗靜電放電等的測試方法及限值都進行了詳（xiáng）細的規定，既可以有效保證汽車的電磁兼容性能，又能使汽車的整體綜合性能得到顯著提高。

五、總結

由於電子技術在汽車上的廣泛應用，各種車載電子、電器數量增長迅猛，造成車載用電設備密集程度越來越大。因此，汽車的電（diàn）磁兼容性（xìng）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（fā）展的瓶頸之一。為解決此問題，汽車廠家應當建立起一套完善的車載電子、電器零部件的管理流程，在確定整車需要（yào）達到的（de） EMC指標情況下，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（tǐ）係，加強試驗檢測和仿真分析，以終保證整車的電磁兼容性能（néng），從而保障整車可靠的安（ān）全性、環保性、節能性和舒適性等綜合性能。