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整车EMC测试要求和设计研究

发布日期:2023-09-08 浏览次数:425

如今随着汽车电子化程度的提高,汽车上的电子设备数量不断增加,这些设备之间的电磁干扰问题也越来越突出。EMC电磁兼容问题越来越受到人们的重视,汽车行业对车辆制定了严格的电磁兼容方面的标准和测试规范,首先零部件本身必须通过电磁兼容性测试,集成到整车后,整车也要通过电磁兼容性全面考核。电磁兼容性具有一票否决权,如果电磁兼容性不能满足相应法规测试要求,将导致产品不能上市,所以电磁兼容测试标准显得尤为重要。本文介绍了汽车EMC测试要求和设计问题。


EMC全称(ElectromagneticCompatibility)又称《电磁兼容性 》是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。简单来说,EMC包括了EMI(电磁干扰)和EMS(电磁敏感性)。EMI是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰;EMS是指器具对所在环境中存在的电磁干扰所具有的一定程度的抗扰度。EMI是主动性的,即对外界产生的干扰,EMS是被动性的,即抵抗外界的干扰。所以对设备的EMC要求就是:减少对别人的干扰,同时自身能抵抗相当程度的外界干扰。


EMC测试要求


汽车 EMC 性能是指汽车在电磁环境下能够满足功能并不对其它设备或系统产生不能忍受的电磁干扰的能力 。


它主要分为:电磁干扰和电磁抗扰。


电磁干扰是指由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的降低。电磁抗扰是指装置、设备或系统面临电磁骚扰时不降低运行性能的能力。


主要标准有:


国际电工委员会IEC和CISPR系列标准(IEC61000-4-2,IEC 61000-4-3,CISPR 11,CISPR12,CISPR14,CISPR15,CISPR22,CISPR25);


国际标准化组织ISO系列标准(ISO7637,ISO10605,ISO11451,ISO11452);


欧洲地区机动车EMC指令法规和北美SAE系列标准(ECER10,97/24/EC,72/245/EEC(2004/104/EC),EN 55011,EN55012,EN55014,EN55015,EN55022,EN55025,SAEJ551,SAEJ1113);


国内车辆及工科医设备EMC标准(GB14023,GB18655,GB/T18387,GB/T19951,GB/T17619,GB/T21437,GB4824,GB9254,GB4343,GB17743,GB/T17626.2,GB/T 17626.3);


汽车制造商的企业EMC标准(比如福特的ES-XW7T-1A278-AC,通用的GMW3172、GMW097,大众的VWTL 80101、VW TL 82066,标致的PSA B217090、PSAB217110,本田的Honda 3982Z-SDA-0030,现代的Hyundai ES39110-00、Hyundai ES 96100-01等)。


EMC 设计


汽车 EMC 主要从零部件和整车两个角度处理,零件的 EMC 要求及设计方法将另文阐述。本文主要论述整车 EMC 要求及相关的设计方法。


任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应该具有骚扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。 三个条件只要有一个不成立,那么干扰也不会发生。


对于骚扰源的抑制措施主要是精心设计电路及电路板从而控制电磁场辐射的大小。对于被干扰对象来说,要提高抗干扰能力,抑制干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法。切断这两个条件主要从零部件设计角度出发。对于整车厂来说, 除要求零部件厂严格按照要求设计、生产合格的产品外,整机厂主要从切断干扰的传播路径入手。


电磁骚扰的路径一般有以下几种:


电流耦合


又称公共阻抗耦合,。这也是常见的一种耦合方式。常发生在两个电路的电流有共同通路的情况。公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。防止这种耦合应使耦合阻抗趋近于零、使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。


电容耦合


又称电场耦合或静电耦合,是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。干扰源的高频工作会感应电压到控制单元的传感器线路上, 从导致传感器电压失真。电容耦合的抑制措施有:使导线尽量短,使耦合电容尽量小, 线间距离尽量大, 并避免平行走线。对感染源和被感染对象进行电屏蔽。


电感耦合


又称磁场耦合。是由于内部或外部空间电磁场感应的一种耦合方式,防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电路加以屏蔽。


电感耦合和电容耦合有类似通道。其抑制措施也相似:使导线尽量短,线间距离尽量大,并避免平行走线并缩小电流回路面积,使互感量小。


被干扰的导线环在干扰场中的放置位置方位应使它对感染磁场的磁力线最小。对感染源和被感染对象进行屏蔽。将一个电流的回路线间绕成极性交错的若干局部耦合环, 使之沿导线长度方向的符合交变的局部耦合信号彼此相抵消。


辐射耦合


电磁场的辐射也会造成干扰耦合, 是一种无规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。另当信号传输线较长时,它们能辐射干扰波和接收干扰波,称为大线效应。特别是当线长是λ/4 波长的整数倍时,会产生谐振,耦合最严重。因此线长应避免是 λ/4 波长的整数倍。


辐射型耦合的抑制有 3 种基本形式:电子滤波、机械屏蔽和干扰源抑制。


根据以上电磁耦合的方式,在整车设计中,需要注意以下事项:


●信号线与电源线分离或满足最小距离要求或垂直成 90°;

●信号线长度避免是防护频率波长.λ/4 的整数倍;

●采用低阻值电线;

●信号线间避免绞接;


●下列信号线采用双绞线:安全气囊传感器;ABS 传感器(轮速传感器);总线系统(动力总成 CAN,低速 CAN)诊断线;LF 信号线(收音机到放大器或扬声器)。

●下列信号线采用屏蔽线:;AM/FM HF 线(天线放大器到收音机);GSM 电话天线;TV 天线;GPS;导航系统;AUX-In 系统;USB 线;蓝牙天线;PKE 天线;克风天线;LCD 屏到收音机线(RGB 信号)。

●采用光纤;

●采用正确接地方式;将模拟地与电源地、数字地等分开;;将骚扰系统可靠接地;;在底盘上正确选择接地点;;屏蔽线要可靠接地;;接地连接最好是星型连接、树形其次,避免环形连接;采用专用接地线接地,减小接地电阻。


本文讨论了汽车EMC测试要求,并分析了电磁耦合的四种方式,给出了整车EMC设计中需要注意的问题。


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