汽车电气系统EMC设计问题改进措施

摘 要：对于汽车电子系统以及周围电子系统运作的安全性来说汽车电磁兼容技术至关重要,其最终对汽车整体可靠性造成了严重影响.因此,要想确保EMC的良好性能,必须完善汽车电气系统的EMC设计.本文主要分析了汽车电磁兼容定义,汽车电气系统EMC设计存在的问题,汽车电气系统EMC设计为题的改进措施.

关 键 词：汽车电气系统；电磁兼容；改进措施

中图分类号：TN03文献标识码：A文章编号：1674-7712（2014）12-0000-01

一、汽车电磁兼容概述

(一)电磁兼容定义

国家标准定义的电磁兼容是：设备系统在电磁环境中可以正常进行操作,同时对存在于环境中的所有事物不会形成超出其承受能力之外的电磁干扰力.

从文字上分析,设备电磁兼容性的含义包括：第一,在电磁环境中设备由于具备一定的抗干扰能力可以正常开展工作；第二,应当在一定水平下对设备工作过程中出现的电磁干扰积极抑制,在同处于一个电磁环境中不会对任何事物造成无法承受的电磁干扰.

(二)汽车电磁兼容定义

最新EEC指定对汽车电磁兼容的定义是在电磁环境中车辆、零部件或者单独技术单元能够开展令人满意的工作,又不会使任何事物在该环境中产生不应出现的电磁干扰能力.也就是汽车自身以及附近的用电设备,在汽车及其附近空间中,在一定的运行时间内,在可用的频谱资源环境下能够共存却不会造成降级.

可见,汽车对对外产生的辐射干扰,汽车内部发生的耦合、干扰和传导,汽车电子部件形成的抗干扰,各个电子部件之间的兼容性,汽车整体电磁环境等与汽车电磁兼容关系密切.

二、汽车电气系统EMC设计存在的问题

(一)汽车电子设备线束干扰

（1）可以将等效天线看作通电的导线和电缆,汽车电子设备的线束造成的辐射干扰非常严重；（2）线束中的导线由于较近的距离促使其彼此平行,极大的寄生电容与电感存在于导线之间,这些都是产生串扰的重要原因；（3）设备搭铁通过线束连接产生了不同的电位,极有可能通过线束的屏蔽层对搭铁线干扰积极引入.

(二)印制线路板产生的电磁兼容问题

公共阻抗、线间串扰、高频截流导线通过耦合形成的电磁辐射,对高频辐射印制线路板产生的感应以及在长线传输中波形发生的畸变等都属于印制电路板上的电磁兼容问题.

(三)车内电磁干扰

汽车电子设备开始工作时内部产生的干扰便是车内电磁干扰,具体是指电子元器件出现的电子噪声,换向电刷以及各种开关在电机运行过程中产生的电磁干扰和放电干扰,其中汽车点火系统出现的高频辐射最为严重,出现了最大的干扰能量.

(四)很难确保电磁兼容

伴随着各种车辆逐渐增多的开发功能,很多重点和非重点的车载电器电子模块被车辆应用,例如汽车制动系统、传动系统、转向系统的电子控制、车内娱乐系统、电子转向动力功能、控制冷暖转向系统以及各种车载信息通讯系统等.由于电气电子部件装配种类逐渐增多,设计和测试这些部件的领域又体现出高度的专业化,因此对这些部件汽车厂商通过外包的方式实施生产研究,并且大多数是由不同的公司承担不同的部件.还有一些汽车厂商直接采用集成拼凑普通电气电子部件的方法达到功能要求,因此,汽车电气电子系统采用的拼装集成式很难保证电磁兼容性.

三、汽车电气系统EMC设计为题的改进措施

(一)减小导线之间的互相干扰

当导线之间出现串扰问题时,一根导线上的信号会与另一根信号线进行耦合,干扰了由这根信号线所连接的电路,在导线平行之间经常出现这一现象.在布线过程中,特别关注传输低电平模拟信号问题,系统性能降低的重要原因是周围导线对其产生的串扰.因此在设计布线过程中,应当尽量减少弯曲电缆布线的次数、穿通孔数量、线路长度等；尽可能分开数字地与模拟地,尽量使它们之间的干扰减少；把屏蔽线与保护线添加至重要线,通过电气隔离和空气分离处理输入线和输出线；凭借分离最大化空间确定安装的无线电以及其他信息设备,尽可能减少可能发生的串扰问题.

(二)设计线路板的重要规律

在印制板布线过程中首先在板上明确元器件的具体位置,之后对搭铁线和电源线进行布置,再组织设计高速信号线,最终对低速信号线进行考虑.根据电源电压、数字模拟电路、高低速度、大小电力以对元器件的位置积极分组,避免产生干扰.印制线路板上需安排连接器的各个引脚应根据元器件的位置积极确定.在一侧印制电路板安排全部连接器,尽可能不要从两侧电缆引出,以便有效降低共模辐射.

(三)干扰限制电动机等部件

高压电路是点火系统的一个潜在干扰源,严重影响了传感器与无线电接收.当前解决的方法是使用能够对电阻进行抑制的火花塞和电缆插座.但是在抑制电阻使用过程中,应当对点火能量与电平干扰抑制整体考虑,争取二者实现平衡.可以选择从电动机自身着手抑制电动机产生干扰,由于接触部分的不良反应、不够干净的电刷等都会出现相当于正常运转若干倍的干扰情况.为了降低干扰情况,需要保证具有可靠的接触,正常的开合动作,同时保持均匀的触头压力,对于电动机换流时碳刷火花出现的干扰,可以选择适合的抑制元件对这一干扰有效限制.

执行电磁机构通断形成的电压脉冲,可以将线圈中的电阻、电容与二极管等进行并联实现对干扰进行抑制的目的.要想获得良好的抑制效果,应当选择科学的元器件参数.

(四)ECU的干扰限制

所有ECU中,CPU时钟频率的科学选择是EMC的首要要求,需要尽量使用较低的频率.当前产生了一个错误现象,CPU时钟频率的选择在逐渐提高,同时还在尽可能保证平滑的信号过渡曲线.另外,全部有可能出现敏感和产生干扰的元器件,都无法耦合连接线束,应尽可能将接插件远离元器件位置.

四、结束语

汽车电气系统EMC设计问题与很多因素相关,要想有效解决这些问题,就需要使用对应的解决措施.伴随着不断完善与进步的电子技术,目前汽车电气系统EMC设计更加复杂,因此,在今后很长时间内,应当加强研究汽车电气系统EMC设计改进措施,这不但推动了我国汽车工业的快速发展,并且还保证汽车安全行驶.