汽車電子電磁兼容

汽車工業的快速發展和汽車市場的激烈競爭極大地促進了各類電氣、電子和信息設備在汽車上的廣泛套用，對於今天的汽車產業，套用電子技術的程度已成為提升汽車技術水平的重要標誌之一。電子設備廣泛套用於汽車發動機控制系統、自動變速系統、制動系統、調節系統以及行駛系統中，對汽車的安全性、可靠性、舒適性起著決定性作用。

基本介紹

• 中文名：汽車電子電磁兼容

汽車電磁兼容標準分類

汽車電磁兼容標準分為國際標準、地區、國家標準和企業標準。現國際上制定電磁兼容方面的標準化組織有國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際電工委員會無線電干擾特別委員會（CISPR）。地區標準主要是歐洲ECE法規和EEC指令。國家性標準協會有美國國家標準協會（ANSI），美國聯邦通訊委員會（FCC），美國汽車工程協會（SAE），德國郵電部（FTZ），德國電氣工程師協會（VDE），英國標準協會（BSI），日本民間干擾控制委員會（VCCI），上述標準協會的作用是與國際標準協調，並且制定各國家自己的標準。

國際上各大型汽車公司都有自己的企業電磁兼容標準，如美國福特公司、通用公司，德國大眾、寶馬、梅塞德斯-賓士公司，法國的標緻-雪鐵龍公司等，其企業標準比國際上通用的標準要嚴格很多，例如通常國際標準對於汽車抗擾度的要求通常為24V/m，而一些汽車公司則規定為100V/m—200V/m。

汽車電磁兼容國際性標準

ISO電磁兼容方面的標準

ISO 11451 系列和ISO11452系列

ISO 11451 《道路車輛—窄帶輻射電磁能量所產生的電氣干擾—整車測試法》（Road vehicles–Electrical disturbances by narrowband radiated electromagneticenergy–vehicle test methods）。該標準為抗窄帶電磁輻射源產生的電磁干擾的整車測試方法，ISO 11451包括4部分。分別為：

ISO11451-1《第1部分概述和定義》

ISO11451-2《《第2部分車外輻射源》

ISO11451-3《《第3部分車內內部發射機仿真》

ISO11451-4《第4部分：大量電流注入（BCI）》

ISO11452《道路車輛—窄帶輻射電磁能量所產生的電氣干擾—零部件測試法》（Road ISO vehicles–Electrical disturbances by narrowband radiatedelectromagnetic energy–Component test methods）

該標準為抗窄帶電磁輻射源產生的電磁干擾零部件測試方法。ISO 11452包括11部分。分別為：

ISO 11452-1《第1部分：概述和定義》

ISO 11452-2《第2部分：自由場法》

ISO 11452-3《第3部分：TEM小室法》

ISO 11452-4《第4部分：BCI法》

ISO 11452-5《第5部分：帶狀線法》

ISO 11452-6《第6部分：平行板法》

ISO 11452-7《第7部分：射頻電源注入》

ISO 11452-8《第8部分：磁場抗擾度》

ISO 11452-9《第9部分：攜帶型發射機》

ISO 11452-10《第10部分：傳導抗抗擾度》

ISO 11452-11《第11部分：混響室法》

ISO 7637系列

ISO 7637《道路車輛—由傳導和耦合產生的電騷擾》（Road vehicles-Electric disturbances by conduction and coupling）本標準描述的是汽車上電氣設備所經常產生的一些常見瞬態干擾信號，通過導和耦合方式對被測設備造成干擾的測試及評價方法。

ISO 7637包括三部分，分別為：

ISO7637-1第一般部分定義和一般描述

ISO7637-2第2部分：沿電源線的電瞬態傳導

ISO7637-3第3部分：沿電源線以外的其他線纜的電瞬態傳導

ISO 10650

ISO 10650《道路車輛—靜電放電產生的電氣干擾》（Road vehicles–Electrical disturbances from electrostatic discharge），該標準涉及的是人體與車輛接觸時所產生的靜電放電對車輛電子器件所造成的影響。

國際電工委員會無線電干擾特別委員會標準

CISPR 12《車輛、機動船和內燃發動機驅動裝置的無線電騷擾特性的限值和測量方法》（Vehicles,boats,and internal combustion engine drivendevices–radio disturbance characteristics–limits and methods ofmeasurement）本標準是保護建築物內廣播電視設備免受來自車輛、船和內燃發動機驅動裝置所產生的電磁騷擾。

CISPR 25《用於保護用在車輛、機動船和裝置上車載接受機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》(Limits and methods of measurement of radiodisturbance characteristics for the protection of receivers used on boardvehicles,boats,and on devices)，本標準是保護用在車上、船上和裝置上的接受機免受無線電騷擾，規定了限值和測試方法。

3.3.295/96/EC、97/24/EC和2000/2/EC指令

95/96/EC-車輛保全系統（Vehicles security systems）指令是有關汽車保全系統，即防盜和報警系統。

37/24/EC-輪式車輛（Wheeled vehicles）指令是有關二輪或三輪車輛方面的電磁兼容要求。

2000/2/EC—森林和農用拖拉機(Forestry and agricultural tractors)指令是針對75/322/EEC指令的修訂，是針對森林機械和農用拖拉機所制定的指令。

3.3.2ECE R10指令

ECE R10指令是有關車輛電磁兼容方面的統一條款。本法規內容基本上等效於95/94/EC，不同之處是增加了一些特例和管理上的條款。特例包括對窄帶信號、靜電放電和傳導瞬態干擾的規定。法規共包括9個附屬檔案。

附屬檔案1認可標記位置尺寸安排

附屬檔案2A有關汽車整車電磁兼容型式認證的信息檔案模式

附屬檔案2B有關電氣、電子組件電磁兼容型式認證的信息檔案模式

附屬檔案3A汽車整車型式認證通訊表格模式

附屬檔案3B電氣/電子組件型式認證通訊表格模式

附屬檔案4測量車輛產生的寬頻電磁騷擾方法

附屬檔案5測量車輛產生的窄帶電磁騷擾方法

附屬檔案6車輛對電磁輻射抗擾度的測試方法

附屬檔案7測量電氣/電子組件產生的寬頻電磁騷擾方法

附屬檔案8測量電氣/電子組件產生的窄帶電磁騷擾方法

附屬檔案9測量電氣/電子組件對電磁輻射抗擾度的測試方法

美國汽車工程學會（SAE）電磁兼容標準

SAE有關汽車電磁兼容方面的標準主要有SAE J551和SAE J1113，SAE J551主要針對整車，而SAE J1113主要針對零部件。

SAE J551標準

SAE J551標準中包括抗擾度的測試方法有6部分，輻射的測試方法有4部分。第2部分至第5部分為輻射測量，第11部分至第17部分為抗擾度測量。

第1部分為車輛裝置的電磁兼容的限值和測試方法總則（60Hz～18GHz）。

第2部分為車輛、機動船和點火發動機驅動裝置的無線電騷擾特性的限值及方法（30Hz～1GHz），等效於CISPR 12。

第3部分窄帶測量。

第4部分是車輛和裝置的寬窄帶測量方法和限值（150KHz～1000MHz），等效於CISPR 25。

第5部分為電動車寬頻磁場和電場強度的限值和測量方法（9KHz～30MHz）。

第11部分為來自車外干擾源的整車電磁抗擾度（100KHz～18GHz），等效於ISO 11452-2。

第12部分為來自車載發射機干擾源的整車抗擾度測量（1.8MHz～1.3GHz）,等效於ISO 11451-3。

第13部分為大電流注入（1Hz～400MHz）。等效於ISO 11451–4。

第14部分為混響室。

第15部分為靜電放電，等效於ISO 10605。

第16部分為抗瞬態電磁干擾。

第17部分為抗電源線磁場干擾（60Hz～30KHz）。

SAE J1113標準

SAE J1113標準包括抗擾度的測試方法，有14部分，輻射的測試方法有2部分。

第41部分至第42部分為輻射測量，第1部分至第27部分中共14部分為抗擾度測量。

第1部分為汽車零部件的電磁敏感性的測量過程及限值總則（60Hz～18GHz）。

第2部分為傳導抗擾度測量—導線法（30Hz～250KHz）。

第3部分為傳導抗擾度測量—射頻（RF）功率直接注入法（250KHz～500KHz），等效於ISO 11452-7。

第4部分為輻射電磁場抗擾度測量—BCI法，等效於ISO 11452-4。

第11部分為針對電源線的瞬態傳導抗擾度，等效於ISO 7637-2（除測試脈衝5外）。

第12部分為通過傳導和耦合產生的電氣干擾—耦合鉗法，等效於ISO 7637。

第13部分靜電放電，等效於ISO/CD 10605E。

第21部分為用於電磁抗擾度測量的暗室（10KHz～18GHz），等效於ISO 11452-2。

第22部分為由電源線產生輻射磁場的抗擾度測量（60Hz～30KHz）。

第23部分為輻射電磁場抗擾度測量—帶狀線法，等效於ISO 11452-5。

第24部分為輻射電磁場抗擾度測量—TEM小室法（10KHz～200MHz）。

第25部分為輻射電磁場抗擾度測量—三層板法（10KHz～500MHz）。

第26部分為交流功率電場抗擾度測量（60Hz～30KHz）。

第27部分為輻射電磁場抗擾度測量—混響室法。

第41部分為用於保護車載接受機的車內零部件與組件的無線電干擾特性測量方法及限值，等效於CISPR 25。

第42部分為對於瞬態傳導輻射的電磁敏感度，等效於ISO 7637–2。

除了上述汽車專用的電磁兼容標準外，進行汽車EMC測試還涉及的通用標準有國際電工委員會IEC-4-3輻射（射頻）電磁場抗擾度試驗和美國國家標準ANSI63.4低壓電子電器設備無線電噪聲發射測量方法，這兩個標準主要是暗室用於測量場均勻性和歸一化場地衰減。

國內汽車電磁兼容標準

我國吸收了發達工業國家的經驗,制訂了汽車電磁兼容性標準,並使之逐步升級、不斷完善,明確規定了測量方法及最大幹擾的允許值。目前,國內汽車電磁兼容性標準還很不健全,有待進一步研究完善。

國內現行的汽車電磁兼容標準有：

GB14023—2011《車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用於保護車外接收機的限值和測量方法》（等效於CISPR 12:2009）

GB18655—2002《用於保護車載接受機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》（等效於CISPR 25:1995）

GB/T 18655-2010《車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用於保護車載接收機的限值和測量方法》（等效於CISPR 25:2008）

GB/T 17619《機動車電器電子組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》(等效於95/94/EC—95，附屬檔案IX)。

GB/T 18387—2008《電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法，寬頻？，頻率9kHz～30MHz》（等效於SAE J551-5 JAN2004）

GB/T 19951-2005《道路車輛-靜電放電的電騷擾試驗方法》（等效於ISO 10605：2001）

GB/T 21437.2-2008《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾第2部分：沿電源線的電瞬態傳導》（等效於ISO 7637—2：2004）

GB/T 21437.1-2008《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾第1部分: 定義和一般描述》（等效於ISO 7637-1：2002）

電磁干擾原理分類

汽車電子的干擾機改進　汽車電子設備工作在行駛環境不斷變化的汽車上，環境中電磁能量構成的複雜性和多變性，意味著系統所受到的電磁干擾來源比較廣泛。按照電磁干擾的來源分類，可分為車外電磁干擾、車體靜電干擾和車內電磁干擾。

車外電磁干擾

車外電磁干擾是汽車行駛中經歷各種外部電磁環境時所受的干擾。這類干擾存在於特定的空間或是特定的時間。如高壓輸電線、高壓變電站和大功率無線電發射站的電磁干擾，以及雷電、太陽黑子輻射電磁干擾等等[2]。環境中其它臨近的電子設備工作時也會產生干擾，例如行駛中相距較近的汽車。

車體靜電干擾

車體靜電干擾與汽車和外部環境都有關。由於汽車行駛時車體與空氣高速摩擦，在車體上形成不均勻分布的靜電。靜電放電會在車體上形成干擾電流，同時產生高頻輻射，對汽車電子設備形成電磁干擾。

車內電磁干擾

車內電磁干擾是汽車電子設備工作時內部的相互干擾，包括電子元器件產生的電子噪聲，電機運行中換向電刷產生的電磁干擾以及各種開關工作時的放電干擾，最嚴重的是汽車點火系統產生的高頻輻射，其干擾能量最大。

提高電子設備電磁兼容性能的措施

汽車電子設備的電磁兼容性能包括兩方面，一是電磁發射，衡量系統產生的電磁干擾的發射水平；二是電磁敏感度，衡量系統在工作時為實現預期技術指標而需要的抵抗電磁干擾的能力。根據前面的分析，要綜合提高汽車電子設備的電磁性能，可以從三方面考慮，一是減小設備發射電磁干擾的強度；二是抑制電磁干擾的傳輸；三是降低設備電磁敏感部件接收干擾的強度。

減小設備的電磁干擾強度

最佳化設備的電氣結構：汽車電子設備中閃光器是繼電器觸點結構，可以在觸點前加電弧抑制器；電機為感性負載，可通過內部濾波電路降低電流噪聲；各種電控單元的印刷電路板，要最佳化布線，降低電磁發射水平。

選用合適的電子元器件：汽車上的各種控制單元，採用較低頻的晶片有利於減少輻射干擾。

降低設備的功率：在滿足功能需求的情況下，降低設備的功率，可以減小干擾電壓和電流，從而減小干擾強度。

抑制干擾的傳輸

禁止干擾源設備和相關線束：汽車中主要的電控系統使用的電控單元，應該採用禁止殼體封裝。

增加線束濾波：對較長的線束，為減小傳導和輻射干擾，應線上束上增加濾波，比較方便的是套接合適的鐵氧體磁環。

合理規劃線束：線束布置上使小功率敏感電路緊靠信號源，大功率干擾電路緊靠負載，儘可能分開小功率電路和大功率電路，減小線束間的感應干擾和輻射干擾。

改進設備的接地：良好的接地布置和改進的地線搭接可以降低高頻阻抗。汽車電子設備接地主要是就近接到車體以及線束禁止層接地。

降低設備接收干擾的強度

減小設備接收干擾的面積：線束應設計成最小長度、最小阻抗和最小環路面積，最好採用雙絞線等迴路面積小的供電方式。

增大設備到干擾源的距離：在干擾設備布置不變的情況下，改造敏感部件的安裝位置，增大到干擾源的距離。

電磁兼容性改進措施的試驗研究

目前，電磁兼容仿真計算通常用來對車體結構的電磁性能進行初步估計[4]文中有引用，後面無參考文獻。汽車電子設備的電磁性能主要以測試為依據，因此對改進措施著重進行試驗研究。根據汽車整車及零部件的電磁兼容性法規GB18655－2002《用於保護汽車接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》，對國內一種商務車型的電子設備進行了電磁兼容性測試，採用了綜合改進措施，試驗結果可以比較各種措施在實車運用中的效果。

結語

汽車電子設備的電磁兼容性能在國內日益受到重視，它對提高國內汽車產品的競爭力也相當重要。通過對電子設備干擾源的分析，表明車內電磁干擾是設備所受的主要干擾，為減少系統的電磁干擾，需要採用文中的改進措施來提高汽車電子設備的電磁兼容性能，測試表明改進效果都比較明顯。對大多數電氣設備，增強電路濾波是比較通用的改進措施。