汽车前照灯EMC研究发展现状的探讨

文/凌铭 张建文 章世骏

【机动车专栏】

汽车前照灯EMC研究发展现状的探讨

文/凌铭 张建文 章世骏

围绕汽车车灯辐射和传导骚扰、瞬态干扰抗扰度、窄带辐射干扰抗扰度，指出了气体放电灯（HID）、发光二极管（LED）车灯和自适应前照灯系统（AFS）电磁兼容（EMC）研究的主要方法，比较了车灯EMC国内外标准及认证的实行状况，总结了目前EMC研究中存在的问题，并对车灯EMC的发展前景做了展望。

车灯 EMC 瞬态干扰 窄带干扰

汽车工业的飞速发展对汽车照明提出了越来越高的要求，特别是随着新光源的应用、新电子技术的使用及光学设计水平的提高，促使汽车灯具有了快速的发展。自1985年开始的全封闭前照灯，到HID、AFS和全LED灯，车灯发展从标准外形到个性化的造型，再到光源，都发生了巨大的变化。

光源的变化及电子技术的发展，必然带来车灯EMC问题。传统的灯丝、灯泡、车灯为纯阻性负载，在直流低压下使用，无骚扰，抗扰性强。因此，对其EMC不做研究。2005年后，车灯已向电子、电控及电动集成化使用发展，各个电子装置和电子控制系统必须互相适应，在不影响整车EMC性能的基础上，其自身还要具备一定的抗扰性方能可靠工作。车灯EMC性能的优劣已影响到整车的安全性、可靠性，这一问题才越来越得到重视。

目前，世界上汽车发达国家对汽车及零部件EMC研究已经取得了一些突出的成就，主要表现在以下几个方面：

基础研究领先，对电磁场、传输线、天线、元件的非理想性能等理论研究取得了巨大的进展；仿真工具先进，已研制出了大型的汽车EMC预测、分析和设计软件，依赖先进的计算机技术，可对汽车及部件的EMC问题模拟、计算及仿真；具有有效的对汽车整车和零部件（包括车灯）进行EMC检测、管理和认证的机构及高精度的汽车EMC测试系统。这些技术及手段已部分应用到车灯上，对车灯技术的发展起到了极大的推动作用，但由于车灯照明及汽车电子技术发展较快，车灯的EMC研究还有待提高，检测方法、标准制定仍滞后于新产品的发展。

EMC研究是一门实验科学，其研究必须依赖试验设备，而EMC测试设备价格昂贵，在国内只有大型整车生产企业、综合性的检测和研究机构才有能力开展相关方面的工作。上世纪90年代，中国汽车技术研究中心首次在国内开展了汽车无线电干扰特性测量。2003年，闪光继电器、暖风电机及雨刮电机的EMC开始强制检测，但车灯尚不在强制检测之列，相关的电子产品也未作检测及认证要求。国内车灯的EMC研究、车灯电子产品的开发及整体生产能力较弱，与国外先进国家相比差距较大。

一、车灯EMC技术研究重点

相对于其他零部件，车灯具有其特殊性，即车灯是由光源加电子器件（控制、执行、驱动等）组成，将光源与电子器件割裂开来而仅仅研究电子器件的EMC毫无意义。不同的车灯，因光源不同，所用的电子器件差别较大，因此面临着不同的EMC问题。目前主要集中在HID、LED和AFS上。

HID主要解决的是传导骚扰和辐射骚扰问题。由于气体放电灯高压启动时，直流镇流器产生的电磁骚扰会通过输入电源线传导到汽车其他部件上,造成传导骚扰,影响其他电子设备或系统的正常工作。同时,其形成的磁场、电场通过输入、输出导线及负载或某些元器件以电磁波的形式向外辐射，形成辐射骚扰，进而影响到其他电子设备的正常工作。抑制这两种骚扰主要有两种方式，即采取外壳屏蔽设计来消除辐射骚扰，在镇流器输入端插入高性能的滤波电路来消除传导骚扰。目前，通过使用高磁导率的屏蔽材料，对电磁辐射的屏蔽效果较过去已大大加强，多级使用电源滤波器和信号滤波器，高效地阻止了有害高频信号。当前，以飞利浦和欧司朗公司为代表的HIDEMC传导骚扰和辐射骚扰问题研究已相当成熟。今后，HIDEMC研究的重点是PCB的布线设计优化，以减少辐射骚扰和增加电子器件的抗扰度。

LED车灯也存在辐射骚扰，但由于LED光源发光的特殊性，其驱动电流小，极小的感应电流灯就会点亮；半导体二极管的PN结耐压低，易被反向击穿，因此相比其辐射骚扰，其EMC的抗扰度研究就成为重点，主要是：

在电磁场骚扰下，LED车灯易被激亮，这主要是驱动模块受感应产生感应电流所致，这是目前LED车灯依旧没有解决的问题。解决此问题可借助计算机仿真技术进行模拟优化设计，再进行实验测试。不经过仿真模拟仅仅凭借实验测试无法解决该问题。

汽车瞬态干扰有多种形式及工况，每一种干扰对LED车灯影响程度截然不同。目前使用的瞬态干扰脉冲模型仅5种，不能完整地反映各种汽车的实际工况，特别是各种新能源汽车的瞬态干扰同内燃机汽车的瞬态干扰有很大不同。因此LED车灯瞬态干扰的研究重点是制定符合实际工况的瞬态干扰模型，并研究各种干扰对车灯的影响程度。

AFS装有多个传感器和执行机构，传感器的误信号接收和执行机构的误操作都会降低自适应系统的效果，进而影响行车安全。初期，AFS系统只可安装卤素灯泡和HID灯，2009年后，AFS也可以使用LED光源，这大大增加了其EMC的技术难度。要做到单一的电子器件骚扰和抗扰度满足要求并不是难题，但多个电子器件组成的系统，相互耦合，此消彼长，难以保证整个系统的要求，这给AFS的EMC研究提出了挑战。以往的单一器件EMC设计方法已不能解决AFS的EMC设计要求。目前国外最先进的技术是，用大型三维软件几何建模，再用专业软件进行有限元分析，最后可求出感应电流和电压、电磁场矢量的增益、极曲线图和云图、各点值等。我国目前对该方法的研究还较少，今后应在车灯EMC领域加强研究。

二、标准及检测的研究

国外汽车及零部件采取认证制度。汽车车灯是机动车的重要部件，是主动安全部件之一，对其发光强度分布，美国、欧盟、日本和中国都制定了强制性的安全法规和标准，对车灯的配光性能都作了严格规定。对其EMC要求，美国、欧盟地区也按汽车电子产品要求纳入认证管理体系。对于所有电子产品，必须经过EMC测试和认证后才可应用到汽车上，涉及车灯的主要有灯光继电器、HID灯镇流器、LED灯驱动装置、电机、传感器等，但未对整个车灯作出EMC认证要求。

以欧洲市场为例，目前进口欧洲市场的汽车灯具必须满足欧洲经济委员会ECE法规要求和EU指令要求。ECE使用法规进行认证，并且提出了认证需要的合格评定要求。EU使用指令作为认证的依据和要求，两者主要以国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）标准为主，并无单独的汽车灯具EMC标准。作为通用的EMC测试标准，ISO和IEC汽车电子产品EMC标准技术内容的要求，限值要求较宽，主要研究有代表性、通用性和技术较为成熟的检测项目，而全球几大品牌的汽车厂家则结合自身汽车产品特性制定了相应的企业标准，EMC检测项目更加全面，检测要求更为严格，检测技术研究也更为深入，并且严格按自己的企业标准采购汽车电子产品。从国内情况来看，我国强制认证（CCC）项目和公告强检项目中，有EMC要求的电子产品仅有雨刮电机、暖风电机及闪光继电器，外部照明及光信号检测虽列入强检项目，但不涉及EMC项目。

不论国内还是国外，车灯照明体系还没有建立起相应的EMC标准体系，都以汽车电子产品的EMC标准为主。如今，国际上汽车电子和整车EMC标准的统一已成为一种趋势，但目前尚有一些问题，如量级的统一、频谱的宽度、窄带测量方法及有源天线的使用等，这些问题都有待研究和解决。目前，我国有关汽车和汽车电子产品的电磁兼容性认证只有3个标准，即GB 14023－2011《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车外接收机的限值和测量方法》、GB/T 18387－2008《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法，宽带，9 kHz～30 MHz》和GB/T 18655－2010《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》，抗扰度标准仅GB/T 17619－1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》。我国车灯的电磁兼容测试都以这些测试标准、国际标准和欧美标准为主，EMC检测技术还有待完善和提高。

总体来看，我国目前对汽车灯具EMC的重要性认识不足，相关的研究较少，投入的资金、人力不足，已有的经验不能得到很好的积累，未能形成系统的检验规范，特别是对新型灯具HID气体放电灯、LED车灯和AFS自适应灯具的EMC研究呈空白状况。

三、对汽车前照灯EMC品质提升的一些建议

随着光源的变化和电子技术的发展，车灯面临新的EMC问题，以电子器件测试为基础的标准制定和测试方法已不适合于车灯。目前车灯EMC研究测试存在以下问题：

规范法是将车灯的各个电子器件在实验室测量后，解决出现的问题，最后将全部器件集成。其后果是集成后的车灯系统仍然不符合标准要求，而且前期研发费用比较大。系统法是通过计算机程序描述车灯系统，通过建模计算得到定量化结果。目前国内车灯的EMC研究仍大量使用规范法，这对电子器件多的AFS来说，周期长、成本高，车灯整体设计误差大，因此对系统法的研究及使用应投入资金和人员。

最新统计结果表明，汽车零部件能通过零部件层面的测试几率明显高于整车层面的测试，这主要是因为车内布线及各部件相互耦合所致。因此对车灯的EMC研发、设计及检测就必须考虑到部件和整车的差异性，测试时，应以整车测试为主要参考依据。

在EMC测试的国际标准和国家标准中，并没有对测试的汽车电子设备进行分类，在CISPR25－2008《车辆、船只和设备上安装的接收机保护用无线电骚扰特性限值和测量方法》中也仅是将被测设备或部件分为窄带发射源和宽带发射源，但多个汽车EMC研究水平较高的整车厂都对电子器件进行了详细分类（见表1）。目前的LED车灯和AFS系统，是多个电子、电器器件的集成，如果对整个系统测试，既不符合CISPR25－2008中电子设备的定义，更无法按整车厂电子器件进行分类，这不论给生产还是测试都带来了困难，因此应在标准中规定相应的分类及测试方法与要求。

表1 通用公司的汽车电子部件分类

应尽快制定车灯EMC检测的标准及规范。从长远看，随着新光源和电子技术的应用，车灯的EMC认证仅是一个时间问题，因此应尽快制定相关方面的EMC标准，及早做好认证准备。

四、结语

随着车灯技术的快速发展，新型车灯的不断出现，车灯EMC问题将会变得愈加突出和复杂，我国车灯的EMC也将会成为一个新的研究热点，其未来的发展方向是：深入研究基础理论、标准法规，为车灯行业发展提供理论基础，尽快缩短与汽车发达国家的差距；加大设计预测方面资金和人员的投入，将基础理论广泛应用到车灯的生产和研发方面；车灯认证与国际接轨，EMC认证应涵盖车灯照明体系。只有这样，才能使我国车灯EMC的研究水平有质的飞跃，更好地指导、服务行业，才能更好地向前发展。

[1] 凌铭，刘义生，齐迹等.转台精度对车灯配光检测的影响[J].汽车电器，2009，3：48-50.

[2] 徐立.我国汽车无线电干扰特性的现状和对策[J].安全与电磁兼容,1996，(1)：29-30.

[3] ECE R112,2010,Uniform provisions concerning the approval of motor vehicle headlamps emitting an asymmetrical passing beam or a driving beam or both and equipped with filament lamps and/or light-emitting diode(LED)modules[S].

[4] 王铮.汽车电子产品EMC认证研究[J].安全与电磁兼容，2010，5：9-11.

[5] 蓝波，孙谊，张琦.汽车电磁兼容研究发展现状[J].信息技术，2010，08：210-213.

[6] 张乾，孙泽昌.现代汽车电磁兼容理论与设计基础[M].北京：清华大学出版社，2009: 360-363.

To the subjects around auto lamp radiation,disturbance during conduction,immunity to transient interference,and immunity to narrowband radiation interference,the paper indicated the major research methods of HID,LED and AFS electromagnetic compatibility(EMC),and compared the status of domestic and foreign lamp EMC standards and certification implementation.The paper summarized the issues existed in EMC research,and offered prospects of the future development of auto lamp EMC.

Automotive lamp;EMC;Transient interference;Narrowband radiated interference

（作者单位：上海机动车检测中心）