车载零部件与整车辐射发射的电磁兼容性分析

2009-02-09 10:57:45来源: 电磁干扰与兼容

      摘要:伴随越来越多的高科技汽车电子产品的开发与应用,汽车电子设备的电磁兼容问题受到了广泛的关注。加上近几年电磁兼容要求法规化、电磁兼容标准国际化,使得作为检验设备电磁兼容性最重要的手段-检测工作“热”了起来。本文根据检测工作积累的经验,分析了汽车零部件与整车辐射发射测试的关系,讨论了车载电子系统主要干扰源对汽车整车电磁兼容测试结果的影响,论述了通过控制零部件辐射发射来控制整车辐射发射测试结果的方法,并提出控制辐射发射的措施。

前言

      随着我国汽车产业的发展壮大,国内许多汽车厂商开拓国外市场。伴随着大量整车的出口,同时面临通过电磁兼容性产品强制认证的问题。国内厂商往往不重视电磁兼容问题,随便拿一辆整车就来测试,结果整车测试不满足要求。导致回去整改的结果,即花费了资金又耽误了宝贵的时间。汽车零部件测试与整车测试有着紧密的关系,如果能正确认识它们之间的关系并采取一定的技巧及措施,顺利通过认证并非难事。

1 零部件辐射发射测试对整车辐射发射测试产生的影响

1.1 汽车的零部件测试与整车测试的关系

      大部分车辆出口都是以整车出口的行形式,电磁兼容性目击认证主要是考察整车电磁兼容测试结果。整车测试主要包括两方面内容,即辐射发射和辐射抗扰度。零部件测试位置及状态的要求在这两方面上与整车测试的要求略有不同。考虑到整车测试时,车体表面距离天线10米距离,安装在车中的零部件距离天线超过10米,并且还有车体屏蔽的影响。可以说整车要求较零部件辐射发射限值要求略松;辐射抗扰度方面零部件要求严格于整车要求,同样为30伏米场强,但整车测试距离更远。零部件测试内容往往比整车测试项目丰富的多,包括瞬态传导抗扰度、静电放电、辐射抗扰度、传导抗扰度、辐射发射、传导发射以及特殊波形的干扰等。一些项目试验多是模拟车上在特定状态下容易出现的干扰现象。例如:电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象、电流突然中断引起的瞬态现象、直流电机充当发电机,点火开关断开时的瞬态现象等。而整车测试只重点考察辐射发射和辐射抗扰度,并且整车测试时的车辆状态较稳定,一般不会出现上述特定的情况。所以从测试角度来说,零部件只要控制好辐射发射、做好辐射抗绕度的抑制就可以通过整车测试。

1.2 零部件测试状态的选择对整车测试产生的影响

      在零部件电磁兼容性测试时,特别要注意要尽量模拟实车使用的测试状态。如果测试时的状态完全不同于实车测试状态,那么测得的数据是没有说服力的。例如:在一次整车测试中出现窄带测试结果超标现象,经查证发现是车载收放机超标。由于收放机FM调频振荡器能量较大,混频后形成干扰通过空间、线缆耦合的方式进入车载天线馈线,从天线端口辐射发射出来。解决办法非常简单,只需将振荡器的输出信号线屏蔽并接地就可以滤除干扰。在进行收放机零部件试验时,通常通过同轴电缆连接至天线端口输入音频信号。同轴电缆屏蔽效果远好于普通车载天线。所以振荡器辐射的能量被屏蔽未被测到。试想如果在零部件试验时,加做一个连接实车天线的测试状态就会发现了这个问题。经过整改后,整车试验就可以顺利通过。

1.3 零部件测试的模拟负载对整车测试的影响

      车上所有零部件电磁兼容测试都通过,进行整车试验仍出现辐射超标现象。经查证发现是一些负载造成的,负载工作时会产生一定波形的信号,在传输线缆较长的情况下,就会造成辐射发射。在进行零部件电磁兼容测试时,需要使用实车线缆和传感器,保证产生的信号与车上实际的状态一致,否则不能真正反映出问题。例如:组合仪表测试中需要传感器提供方波信号驱动仪表工作。如果通过信号源提供的方波信号上升沿太陡就会产生严重的辐射干扰。在进行组合仪表的测试中,往往通过连接阻性负载来模拟信号,测试结果满足要求。显然试验中负载模拟的信号与实车信号不符。在实车状态下,传感器提供的方波信号有可能导致整车辐射发射测试超标。如果在部件试验中发现此类问题,对信号波形进行处理,就会避免整车超标的发生。

2 影响整车测试结果的干扰源

      汽车中的电器设备产生的电磁干扰是由于,汽车上使用的电子产品中有许多导线、线圈和带有触点的电器。它们都具有不同的电容和电感,而任何一个具有电感和电容的闭合回路都会形成振荡回路。当电器设备工作产生火花时,就会产生高频振荡并以电磁波形式发射到空中,对辐射发射测试结果产生影响。

      测试分为宽、窄带测试状态。在窄带测试中的干扰源主要是车载ECU、总线控制器、排放控制器等电控系统中微处理器的主频及其高次谐波带来的窄带辐射干扰(图1)。在宽带测试中干扰源主要是发动机的点火系统,其干扰来自点火系统次级电压的高频振荡。其次,在发电机负载电流突变和整流时也会产生电磁波。传统电器起动机、发电机、转向闪光器、雨刮器电机、仪表系统、风扇中的直流有刷电机、继电器也都会产生宽带辐射干扰

      这些干扰电磁波具有脉冲特性且频带较宽,其频率一般在0.15~1000MHz之间。汽车电器产生的干扰电磁波会通过汽车导线直接输入无线电设备和电子设备内部的,或者通过天线(如点火系高压线、设备中较长的线缆、芯片管脚)输入无线电设备内部。同时,这些干扰会耦合在天线芯线上,从天线(如接收广播的天线)辐射出去,造成辐射干扰。

3、控制整车辐射发射的基本措施

      减小整车辐射发射最好的方法是消除干扰源,还可以采取措施将干扰信号屏蔽、滤波,堵住干扰传播途径。下面介绍几种抑制电磁干扰的基本技术。

3.1、并联电容

      在可能产生火花的开关或触点处并联电容,如在水温表和机油压力表的传感器触点间并联0.2μF的电容;在闪光继电器的触点处并联0.5μF电容等。

3.2、 金属屏蔽

      发电机、起动机、火花塞等电器设备产生的火花,都能产生电磁波。屏蔽是抑制电磁波干扰的有效方法。为了有效发挥屏蔽体的屏蔽作用,还应注意屏蔽体的有效搭铁。汽车电器中的有较大辐射的导线可以用密织的金属网或金属导管套起来,并将其搭铁。

3.3、 滤波器

      滤波器主要抑制通过电路通路直接进出的干扰,提高信噪比。它是应用最普遍的抑制辐射发射方法。

3.4、 在不影响数据正确性的基础上减小信号幅值

      即降低信噪比,对于过强的传感器信号(如温度信号、通讯信号等),采用调节衰减,减小信号幅度的方式减小辐射的干扰。

3.5、 尽量采用双绞线

      信号的往复两条线的电性能(包括阻抗,分布电容等)相等时建议将两条线双绞。在汽车电路中,检测信号的输入、控制信号的输出,特别是在时序信号传输中,采用双绞线有利于减小辐射发射。

4、结束语

      本文围绕着汽车电子设备辐射发射的电磁兼容性问题,从零部件和整车测试两个方面,分析了零部件与整车之间的关系以及零部件测试中影响整车测试结果的因素。阐述了整车中主要影响辐射发射测试结果的干扰源,并提出了一些控制辐射发射的措施。本文的分析,对试验委托方正确认识整车试验有一定的参考价值。能帮助测试人员提高对辐射发射试验的理解。

关键字:辐射  电磁兼容  测试  认证

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/0209/article_704.html
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