重型汽车电磁兼容性问题分析

2009-02-09 11:43:10来源: 互联网

1.电磁兼容性的概念及意义

  随着重型汽车技术的不断发展,越来越多的新技术在现代重型汽车上得到了广泛的应用,而这些新技术的应用对整个汽车电器系统的可靠性提出了更高的要求,即各个电子装置和电子控制系统必须相互适应。这就要求我们必须重视汽车电器系统的电磁兼容性。

  电磁兼容性(EMC)是指电器装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰并工作在指定环境中的能力。汽车上的电子电器设备所产生的电磁干扰也会给汽车本身装备的电子控制系统及其它电子产品的正常工作带来不利影响。因此,要保证诸如ABC、发动机燃油电子控制等系统和其它电子设备的正常可靠工作,就必须重视对电磁兼容性的研究和设计。

2.汽车电磁干扰产生的原因和危害

  汽车电子设备和汽车电子产品中的许多到县、线圈和带熔点的电器具有不同的电容和电感,这些电容、电感构成的闭合回路中会形成震荡回路。在电路断开和接通的瞬间,触点间会产生火花或电弧。电火花和电弧本身就是一个发射高频电磁的干扰源,其产生的电磁干扰(EMI)会向四周的空间发射电磁波,影响其他通讯设备和电子设备的正常工作。因此,汽车行驶时这种干扰电磁波可能破坏大多数无线电设备的正常工作,还能扰乱军用车辆上携带的导弹系统部分无线电、雷达和计算机电路控制系统的正常工作。此外,汽车产生的电磁干扰不但能影响外界的电子设备的正常的工作,而且也会影响汽车电器系统本身日益怎过的现代化汽车电子电器设备和汽车电子电器产品的正常工作,同时,外界的电磁干扰也会影响汽车上电子设备的正常工作。因此,为了防止电磁环境干扰对汽车电子产品的性能产生不利影响,避免汽车电子产品的性能,劣化或功能的丧失,保证大量汽车电子设备能在同一个电器系统中彼此互无影响并可靠工作,就必须确定一个合适的干扰极限,以保证电磁干扰(EMl)辐射和电磁灵敏度(EMS)极限之间存在足够的安全容限。所以解。决汽车电器系统的电磁兼容性已成为一个重要课题。

3.国内外电磁兼容性的研究概况

  汽车技术比较先进的国家都十分重视对汽车电磁兼容性的研究,纷纷制定了相应法规;各大汽车生产商则投入资金建立相应的汽车电磁兼容性研究中心,对其整车执行测试认可,对汽车电子产品零部件的批量生产进行检查,分析事故的赔偿责任,对整车电磁环境的测试进行分析和描述,从而提出整车电气系统和汽车电子产品的电磁兼容性设计的技术要求。

  目前,国内相对实力较强的几大汽车厂家亦认识到电磁兼容性的重要性,并着手这方面的研究,但同先进国家相比差距还是比较大的。

4.电磁兼容性设计的概念

  随着对汽车电磁兼容性研究和分析的深入,汽车电器系统的电磁兼容性设计就成为一个重要的课题。电磁兼容性设计的概念是指在进行汽车电气线路整体设计时根据车辆具体的技术参数和车辆的实际适用环境,从分析各种干扰源的特性和技术参数人手,确定干扰的路径和耦合方式,然后采取各种措施抑制干扰,消除干扰的耦合,增强被干扰对象的抗干扰能力,从而使汽车电子产品及设备正常工作。

5.电磁兼容性设计的内容

  电磁兼容性设计内容主要包括三个方面,即切断电磁辐射进入电子产品内部产生相互干扰的通路;提高对电磁效应敏感器件的质量;从汽车电器系统的总体和电路设计方面采取措施对最敏感的器件和部位进行屏蔽保护。在此着重介绍汽车电器系统的总体和电路设计。

  5.1 电路设计

  电路设计主要包括选择电子元件和电路、识别临界电路的步骤屏蔽、隔离临界电路和采用抑制干扰技术的方案及确定连线和接地的原则等,重点在于了解采用元件的电磁敏感门限数据,制定出一个可行的整体电路设计方案。

  5.2 布线和结构设计

  主要包括连线和接地的实施原则和元件、布线、不同电路的电磁屏蔽隔离,以及抗扰规划、结构类型、材料选用、材料接触腐蚀、表面涂履等,重点是抓住屏蔽隔离的效能、对开口处的处理和结构的综合利用。

  5.3 系统和总体设计

  对系统所有的分系统、装置、组件和元件应规定各自的控制指标及其间的协调,从总体的系统功能上制定出抗干扰的实施方案和采取的主要措施。

  对上述的三个部分而言,电磁兼容性设计重点是系统设计和电路设计。但其中电子元器件的电磁敏感门限测试分析是设计工作的基础。

6 抑制干扰源的技术措施

  一般来说电磁噪声是难以消除的,但可采取各种措施,把电磁噪声抑制到不致产生电磁干扰的程度。通常单用一种简单的办法来解决电磁噪声问题往往难以奏效,所以最好采用几种不同的组合方法。

  6.1 一般要求

  汽车电磁噪声的抑制,可以在接受器方面进行,但由于接受频率、干扰电波的传播方式及其它种种实际情况,在接受器端采取措施是较为困难的。由于汽车电器设备的电磁噪声能干扰其他通讯设备和各种电子设备,所以应考虑抑制汽车电器设备本身产生的电磁噪声。汽车上各种电器产生的电磁干扰电波特性与电平是各不相同的,所以干扰的抑制办法也应符合其特性和电平。抑制干扰电波设计可采用阻尼、屏蔽、滤波和连接等基本措施,且必须满足4个条件:①有良好的抑制效果。②不妨碍汽车电器设备本身的性能。③可靠性高,使用方便。④价格合理。

  6.2 电磁噪声抑制器

  目前国内外汽车使用的抑制器基本是由电阻体、电感、电容即所谓R、I、C单个或组装而成,例如电阻体、屏蔽导线、电容器、抑制干扰电感线圈及抑制干扰滤波器等。

  6.3 方法

  6.3.1 屏蔽

  屏蔽是在两个区域之间建立电磁屏障保护系统中的电路不受电磁环境损坏的最直接方法。

  屏蔽的形式多种多样,可以是隔板、盒式封闭体,也可以是电缆或连接器式的屏蔽。屏蔽的效能用屏蔽有效度表示,它不仅与屏蔽材料有关,而且与材料的厚度、应用频率、辐射源到屏蔽层的距离以及屏蔽层不连续的形状和数量有关。

  屏蔽有两个主要目的:一是使辐射电磁能限制在特定区域之内(称主动屏蔽)。主动屏蔽是指干扰源处于内部,并防止干扰波泄漏到外部空间的结构,必须进行接地,且接地电阻越小越好。二是防止辐射电磁能进入特定区域(称被动屏蔽)。被动屏蔽是指干扰源处于外部,并防止干扰波进入屏蔽空间的结构。

  屏蔽设计的步骤是:①确定待屏蔽的干扰电平和能量密度;②估算屏蔽层另一侧的允许信号电平;③结合产品的结构和外壳设计,选择详细的屏蔽设计方案。屏蔽的设计原则是:①高频电场屏蔽应用铜、铝和镁等良导电材料,以得到最大的反射效率。②低频磁场屏蔽应用磁性材料,如铁和镍铁高导磁合金,以得到最大的吸收效率。③足够厚度的屏蔽层可屏蔽任何频率的电场,且有很高的屏蔽效能。④多层屏蔽(包括机壳与电缆)能在宽频带上提供高屏蔽有效度,但需考虑成本和其他性能要求(如电缆可挠度)。⑤用来密封缝隙的各种结合面必须清洁,不能有不导电的涂层。⑥为了保持外壳的屏蔽效能,对必不可少的穿线孔应加导电衬层、弹簧垫圈、波导衰减器和网等。

  6.3.2 连接

  连接是在两个金属面之间建立低阻抗通路。这个通路可在接地基准与元件、电路、屏蔽物和结构件之间建立。连接的目的在于建立均匀的电气结构,即在结构上设法使射频电流的通路均匀,避免在金属件间产生电位,从而造成干扰。

  6.3.3 接地

  接地就是在两点之间建立导电通路,其中的一点通常是系统的电气元件,而另一点则是参考点。

  一个接地系统的有效性取决于在多大程度上减小接地系统的电位差和减小地电流。

  6.3.4 滤波

  屏蔽主要是为了解决辐射干扰,而滤波则主要是解决通过传导途径造成的干扰。两者均涉及连接和接地技术、电磁干扰滤波器的有效性在很大程度上受源阻抗和负载阻抗的影响。

  6.4 抗电磁干扰设计的技术措施

  有许多技术措施可以用来减小电子系统对电磁干扰的敏感性,如屏蔽、连接、滤波、接地、线路设计和元器件选择等。屏蔽、连接、滤波、接地在前面已叙述,下面重点论述元器件选择和电路设计。

  元器件选择和电路设计是抗电磁干扰和电磁兼容性设计的重点之一,通过选择元件及抗扰筛选,以得到高抗干扰门限值的元件。这项措施可使系统的抗干扰性增加10-3dB。

  使设计的电路具有高信号电平和低阻抗特性,可大大降低对干扰的灵敏度。一般采取的办法是缩短元件和电路的连线,采用屏蔽的双绞线作连线。

  对电路来说,数字电路比线性、模拟电路抗扰性强,低速数字电路比高速数字电路有更低的电磁灵敏度。

  在确定元件和电路时,除要注意其电磁干扰灵敏度之外,还应注意一些会产生电磁干扰的元件和电路。它们也汇兑系统早晨股应有的影响,或使信号发生畸变,或产生干扰电压、干扰电流,或使系统造成工作失误。在设计与测试时都应给予注意。

  6.5 电路布局原则

  1. 正确布置元件的位置和方向。最敏感元件应远离于扰源。

  2. 布线要合理。不同用途不同电平的导线如输入与输出线、弱电与强电要远离,且不能平行;接地线长度要尽量短,截面要尽量大。

  3. 关键元件、电路和走线都要加屏蔽,屏蔽要合理接地。

7.结语

  总之,汽车产生的电磁干扰不仅能影响外界电子电器设备的正常工作,而且也会影响汽车本身装配的电子电器设备的工作。我们国家汽车电子产品在载货汽车上的应用程度同汽车技术发达国家载货汽车存在较大的差距。例如,国外的载货汽车一般携带着各种先进的电子通讯装置,为保证它们的正常工作,这些国家对载货汽车的电磁兼容性要求也比较高;而我国一般载货汽车对这方面的要求则相对较低,但随着我国国民经济的不断发展,这些先进的电子通讯设备也被逐渐应用到载货汽车上。因此,我们必须对汽车电磁兼容性的问题给予足够的重视。

  再次特别指出的事,我国的军用越野汽车生产厂家应该充分考虑军用越野汽车的各种用途,特别是针对一些对电磁干扰要求比较高的军用车辆或军车底盘如装载导弹发射系统或无线电雷达系统的特种用途的军用车辆,在进行电器系统设计时需充分考虑电磁干扰方面的特殊要求,尽量采取电磁兼容性设计的各种方法和原则,减少电磁干扰的产生和对车辆装置或携带的无线电装置的影响;而且,随着部队各种武器装备的不断发展,部队对这方面的要求也在不断地提高。因此,我们应该分了解、重视并掌握电磁兼容性的设计方法,以满足现在及将来汽车特别是军用越野汽车对电磁干扰的各种要求,提高产品的可靠性和竞争力。

关键字:重型汽车  电磁兼容

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/0209/article_707.html
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