汽车电磁兼容技术研究

王渊博 杜鑫

摘 要：研究汽车电子兼容技术对于解决汽车的电磁干扰问题以及实现汽车的长效发展有着极为重要的意义。本文就汽车电磁兼容技术进行分析。

关键词：汽车;电磁兼容;技术分析

引言

随着汽车电子产品的不断增多，越来越多的电子技术被用于提升汽车的经济性、安全性与舒适性等方方面面当中，尤其是在微电子技术的高速发展之下，通过将其与传统机械进行有机结合，使得汽车电子产品也实现了全新发展。但与此同时，在受到电磁干扰之下汽车及其零部件无法正常工作的问题也引起了人们的重视。

一、汽车电磁兼容技术

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC），在国标GB14023 中定义为设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

电磁兼容主要研究两个方面，一方面为电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference），即电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降，对零部件产生影响并有影响结果，包含辐射发射RE （Radiated Emission）和传导发射CE（Conducted Emission）。另一方面为电磁抗扰，一般用电磁敏感度EMS（Electromagnetic Susceptibility）表示，即在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力，包含辐射敏感度RS（Radiated Susceptibility）和传导敏感度CS（Conducted Susceptibility）。

二、汽车电磁环境分析

汽车行驶过程中，对其所在及附近空间内的电磁场現象的总和称之为电磁环境，对电磁环境产生不利影响的电磁现象称之为电磁干扰。

2.1内部电磁干扰

内部电磁干扰是指车辆内部电子器件所产生的电磁场，在频谱上的特征一般为杂波。汽车内部电子器件产生的电磁干扰频率一般在100kHz到1GHz之间。产生电磁干扰的主要部件有：雨刮器、发电机、分电器、喇叭、门锁控制单元、电子燃油喷射控制单元、中央控制电路等。理论上任何电子器件在特定状态下都有产生电磁干扰的可能。内部电磁干扰随着空间距离的增加，呈急剧衰减的特性。

2.2外部电磁干扰

来自外部的电磁干扰是指车辆外部的电磁干扰信号，包括宇宙射线、地磁场、雷电这样的自然现象，也包括人造电子电气设备如路灯、移动通信基站、雷达、便携通信设备、马路周边大型电气设备、高压输电线路等。目前，外部电磁干扰对车辆影响最频繁的器件是遥控锁，遥控锁通常使用国家无线电管理部门对开放的低功率业余频段，符合相关要求低功率设备均可使用该频段。因此对汽车遥控锁同频率干扰的现象频频发生，使遥控锁暂时性的“失灵”。

2.3国家相关标准

国外对汽车电磁干扰现象及兼容性能极为重视，出台了很多相关标准和政策。我国的相关标准在逐步完善过程中，目前现有标准主要有：《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》（GB14023-2011）;《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》（GB/T18655-2010）;《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法，宽带，9kHz～30MHz》（GB/T18387-2008）;《道路车辆—静电放电产生的电骚扰试验方法》（GB/T19951-2005）;《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》（GB/T17619-1998）;《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰》（GB/T21437.3-2012）。

三、提高电磁兼容性能具体措施

提高汽车电磁兼容性可以从三个大方向着手：干扰源、耦合路径和敏感源。干扰源就是产生电磁干扰的器件，耦合路径是电磁干扰传播途径，敏感源是受到电磁干扰影响的器件。以上为电磁兼容性的三个要素。对应这三要素的解决思路就是首先要将电子设备产生的电磁干扰降低，然后阻断电磁干扰传播路径，最后是提高电子设备的抗干扰能力。

基于以上思路，我们可以在汽车电子设备的设计过程中采取以下措施：

（1）模块化设计，以执行功能、功率、安装位置加以区分，尽可能分别使用电源、接地，减少耦合路径。

（2）在点火装置中串联阻尼电阻，衰减火花产生的电磁干扰杂波。

（3）在可能产生火花的位置并联电容。

（4）在极易产生电磁干扰杂波的机械部件加装金属屏蔽外壳或屏蔽网，如发电机、起动机、火花塞等。屏蔽外壳需要良好的接地，将干扰信号产生的能量导出。

（5）采用屏蔽线缆，如屏蔽双绞线等，防止线缆产生电磁干扰泄露。同时，布线要合理，减小线路闭合面积，避免线路间电磁场互相干扰。

（6）电子器件接收信号端加装合适的滤波器，过滤干扰杂波。同时，传输信号和数据时，输出端加大信号强度，提升信噪比。

（7）电子设备在高温工作环境中，抗扰能力会降低，因此车辆设计时要进行合理的热设计，对散热给予足够的空间。

四、电磁兼容技术的发展趋势

电动汽车和车联网飞速发展，这两项技术都是依托于电子器件的，尤其是车联网更是基于无线数据传输的，因此对电磁兼容性的要求更加严格。目前电磁兼容技术还不能完全解决车辆的电磁干扰问题，这需要对车辆电磁环境进行精确的建模，并通过计算分析从整体上解决电磁干扰。建模的过程中，如何优化算法，提高计算速度和精度也是需要不断探索的问题。在实际测试中，还需要建立电波暗室，用于精确测量电磁环境

4.1电动汽车对电磁兼容性能的要求

电动汽车电磁干扰问题比较严重，电动汽车的电子器件更多，还包括了大功率的电气电动设备，在速度控制系统中还需要变频模块。经过实际测试，电动汽车在行驶过程中经常会对周围空间内的广播电视频段和通信频段造成阻尼振荡式干扰。因此，电动汽车内部需要更严格的对大功率电气模块及线缆进行屏蔽处理。同时，外部来的电磁干扰也会导致车辆内部某些电子模块出现故障。

4.2车联网对电磁兼容性能的要求

当前车联网这个概念是一个热门话题，车联网是由物联网引申而来。随着卫星通信费用的降低，公众移动通信技术的成熟，还有WIFI和蓝牙等技术的广泛应用，这些通信手段为车联网的大范围实现提供了多种数据通信平台。在公众移动通信中4G技术已经普及，5G技术已经制定了国际统一标准。但以上通信手段都是依靠无线信号的传输，因此车辆的电磁兼容性显得格外重要，一但通信频率受到电磁干扰，必然导致数据传输误码率增加甚至通信阻断。车联网下的汽车不仅使用到公众移动通信技术，也会大范围应用蓝牙和WIFI技术。但是蓝牙和WIFI所使用的信道是有限的，这就需要合理的分配信道，满足车辆内部诸多电子通信模块的需求。解决车内电子设备电磁兼容问题的同时，也需要注意道路环境中外来电磁干扰，给车辆提供安全的驾驶环境。

五、结束语

汽车电磁兼容性已经成为衡量汽车基本性能的重要标志之一，影响车载电子系统运行的安全可靠性，对于现代汽车而言，汽车电磁兼容技术与排放技术、安全技术同为汽车最为重要的几大共性技术。研究电磁兼容性需要从电磁兼容技术基础概念和相关标准法规的分析入手，建立电磁兼容标准和管控流程，以提升电子零部件和整车的电磁兼容性能。

参考文献：

[1]李兴宇.纯电动汽车电磁兼容分析与电磁干扰抑制[J].汽车零部件，2017（10）：77-79.

[2]张胤，刘方磊，张富忠，丁亚平，程绪行.电动汽车电磁辐射问题研究[J].汽车科技，2017（05）：60-66.