1引言

　　電磁兼容性（EMC，Electro-Magnetic Compatibility）是指電器電子產品能在電磁環境中正常工作，并不對該環境中其它產品產生過量的電磁干擾（EMI，Electro- Magnetic Interference）。這就包含著2方面要求，其一是要求產品對外界的電磁干擾有一定的承受能力；其二是要求產品在正常運轉過程中，該產品對周圍環 境產生的電磁干擾不能超過一定的限度。汽車電器的電磁兼容性就是指在汽車及其周圍空間中，在運行時間內，在可用的頻譜資源條件下，汽車本身以及周圍的用電 設備可以共存，不致引起降級。

　　ABS防抱死制動系統，發動機燃油點火電子控制系統，GPS全球定位系統等電子設備的正常可靠工作都必須重視對電磁兼容技術的設計和研究，可以從傳 統的汽車電器（諸如起動機、刮水電動機、閃光器、空調啟動器、燃油泵等）入手進行探討，交流發電機電纜的連接和間歇切斷也是產生較大功率電磁輻射的干擾 源，只是其它設備對其工作可靠性的影響較那些小功率高頻段的電子設備為小。現在，交流發電機的調節器與電子點火系統一樣，已經設計成集成模塊化結構，同樣 面臨抗干擾的問題。

　　2汽車電磁兼容性簡介

　　隨著汽車電子產品數量的增加和復雜電子模塊在整個車輛中分布的增加，工程師面臨日益嚴峻的電磁兼容性設計挑戰，問題主要存在于三個方面：

　　如何把電磁易感性(EMS)降低到最小？以保護電子產品免受其它電子系統(如移動電話、GPS或信息娛樂系統)的有害電磁輻射的影響。

　　如何保護電子產品免受惡劣汽車環境的影響？包括電源電壓大的瞬間變化、重負載或感性負載(如車燈和啟動機)引起的干擾。

　　如何將可能對其它汽車電子電路產生影響的EME控制為最小？

　　隨著系統電壓、車載電子設備數量以及頻率的增加，這些問題將更加具有挑戰性。此外，許多電子模塊將與廉價的、線性度較低、偏移較大的低功率傳感器接口，這些傳感器工作在小信號狀態，電磁干擾對它們工作狀態的影響可能是災難性的。

　　隨著現代汽車中電子設備的增加，越來越要求進行良好的設計以確保符合電磁兼容標準的要求。與此同時，隨著集成度的提高，汽車設計工程師需要系統級芯片ASIC和ASSP方案來替換多個離散元件的方案。

　　3 電磁干擾的來源、傳播途徑及檢測

　　3.1電磁干擾的來源

　　汽車內部的電磁干擾主要來自發動機點火系統、電源系統、儀表系統及控制系統中的各種執行機構,干擾信號的頻譜通常在0. 1～1000MHz 之間,對汽車內、外的電子設備都將造成一定的影響。干擾最嚴重的是發動機點火系統。點火系統通常工作在脈沖點火狀態,利用傅立葉級數可將點火脈沖分解成許 多頻率分量,點火線圈在這些諧波中的較高頻率分量作用下,將產生高頻電磁輻射;火花塞的中心電極對于高頻點火脈沖可等效為具有一定電感量的電感線圈,它與 其殼體之間又可等效為一電容器,由此形成一個LC 并聯回路,因此它將對點火脈沖中的某一諧波形成高頻振蕩,對外輻射電磁波。此外從發動機ECU 的點火脈沖輸出端到點火線圈及點火線圈到火花塞之間的高壓連線都可能輻射電磁波,導線越長火花延續時間也越長,發動機汽缸越多、轉速越高則火花數越多,產 生的電磁干擾也越強。

　　其次是汽車內各種繼電器、電磁閥、觸點和電壓調節器等,也將產生不同程度的電磁干擾。其中繼電器、電磁閥動作時產生火花是干擾的主要來源。如EFI 主繼電器、燃油泵控制繼電器、怠速控制中的各電磁閥( ISC 閥) 、EGR 閥及其余電磁閥,大多直接或間接由ECU 中的CPU 控制,因此它們產生的干擾將直接影響ECU 的正常工作。

　　此外是各種電機的干擾。現代汽車中電機主要是用作各種電動功能的執行機構等,其中包括發電機、起動機、雨刷電機、電動門窗電機、通風電機、暖風電機 等等。這些電機中,有的采用硅整流交流電動機,有的采用帶整流子的直流電動機,這種電動機的炭刷和整流子之間會產生較強的電火花,其頻譜范圍很寬,因此可 在較寬的頻率范圍內產生電磁干擾。尤其是這種電機出現接觸不良、絕緣層破損及軸偏等工況時,它所產生的電磁干擾將大大增強。

　　3.2電磁干擾的分類及傳播

　　電磁干擾（EMI）按頻段可粗略劃分為：0.02～2kHz，諧波干擾；2～300kHz，傳導干擾或載頻干擾；0.3～300MHz，射頻干 擾；0.3～300GHz，微波干擾。從干擾的途徑來分，0～300kHz并存著傳導干擾和交變電磁場引起的近場感應干擾；射頻和微波干擾都是遠場的輻射 干擾。當設備和導線的長度比波長短時，主要的問題是傳導干擾；當它們的尺寸比波長長時，主要的問題是輻射干擾。

　　3.3電磁干擾的檢測

　　汽車電路系統由蓄電池和整流的交流發電機作為核心電源，車體作為共用搭鐵，各個電器裝置并聯其上。相連的線束造成電器間彼此傳導干擾；相鄰的導線間會有感應干擾；因為天線效應，不相鄰導體間又存在著輻射干擾。因而電磁干擾綜合著3種途徑，覆蓋較寬的干擾頻率。

　　應用頻譜分析儀進行電磁兼容性分析研究，檢測電磁干擾直觀且可以定量。它是一種30～1000MHz窄帶掃頻接收機，能在某一時刻接收某個頻率范圍 內的能量，記錄下不同頻段內干擾的幅值。缺點是對于時間很短頻譜范圍很寬，如靜電放電這一類瞬態的脈沖干擾，不能寬頻段全貌反映實際干擾情況。常常只能數 臺同時啟用進行觀測分析。

　　4電磁干擾的抑制

　　現代汽車中,各種電控系統可能相互獨立,且分散安裝在不同位置上,因此上述電路性干擾將不可避免地存在。為了減少這種干擾,可采取以下措施:

　　1、電源去耦。在共用電源的輸出端設立去耦電路使電源自身具有一定的抑制干擾的能力;對不同的系統(如不同的ECU) 采用各自的電源退耦濾波電路,減少系統之間通過共用電源而引起的電路性干擾,同時在電路設計時,應在CPU 及其它集成電路的電源引入端就近接入退耦濾波電容器,減小電源引線電阻引入的電路性干擾;對同一電路中不同電流回路間的電路性干擾,應采用一點接地法,這 一點在設計PCB 板時應充分考慮。

　　2、限制耦合阻抗,使其盡量小。為此必須減小導線電阻和它的等效電感,設計PCB 板時應充分考慮使電源引線和公共地線分布合理且宜直、短而粗些;信號的輸入輸出引線也應盡可能短而直;將溫度傳感器等的模擬信號處理電路的接地與CPU 等數字量的處理電路的接地分開布局,而后再一點接地。

　　3、給ECU 單獨供電。現代汽車中電氣環境惡劣,不少設備是脈沖式供電,有的設備電壓變化大(如發動機啟動時,電壓可從12V 降至8V) ,若將ECU 與它們接在同一電源上,就會使ECU 工作失常甚至遭到破壞,因此各ECU 的供電應采用無噪聲隔離接頭,將它們的供電線路和搭鐵接頭和蓄電池主要負載的接頭分開。ECU 最好采用獨立的供電、穩壓及濾波系統。

　　4、電位隔離。對電平差較大的系統,如信號傳輸設備與電磁閥驅動電路、高壓點火電路等大功率、高電壓電路之間采用變壓器、光電耦合等器件進行電位隔 離,可抑制相應的干擾。為抑制電容性干擾,應合理布置電線、電纜等傳輸線,對敏感度較高的信號輸入/ 輸出線,采用屏蔽線進行信號的傳輸,可有效地減小電容性干擾。

　　現代汽車內另一種影響較大的干擾是電磁輻射干擾。它主要表現為強電流或高電壓電路部分對弱電流、小信號電路部分形成的輻射干擾,其中較為突出的是脈 沖輻射干擾。車內的點火脈沖、繼電器、電磁閥等的接通與斷開,都可能形成電磁脈沖干擾。這種電磁能量將通過載兩端的分布電容形成的LC 并聯回路產生振蕩,電磁波通過相應導線和車體輻射干擾其它系統,尤其是干擾通信系統。因此,要選擇抗干擾性能較好的車載通信系統。當傳感器受到干擾時,則 可導致相應的ECU 系統產生誤動作甚至嚴重后果。為此在編寫ECU 軟件時,可利用軟件抗干擾技術,寫入有效的抗干擾程序,如常用的數字濾波等;對CPU 采用一系列抗干擾技術,如程序運行監控系統、軟件陷井,還可采用軟、硬件的容錯設計等技術。

　　電磁輻射干擾的抑制,在硬件方面通常采用屏蔽、阻尼、接地或濾波等措施 。如在點火裝置的高壓電路中,用電阻性電纜串入適量的電阻,減小由火花干擾引起的高頻振蕩;無分電器的發動機中,常采用屏蔽火花塞抑制點火干擾;對所有容 易產生火花(或電弧) 的電器,都采用金屬罩屏蔽,且引出導線采用帶屏蔽網的導線,并將屏蔽網搭鐵。各ECU 系統應遠離喇叭等強磁體,并安裝在金屬屏蔽盒內,以防ECU 受到直接干擾。各種傳感器引線觸點間常并聯一個0. 01～0. 08μF 的電容,在電源正負極之間、各種儀表的接線端之間,都并接一個0. 2～0. 8μF 的電容器,可較好地抑制干擾。

　　5 總結

　　我國對汽車電器電子設備電磁兼容性系統研究起步較晚，目前已日益受到重視，這對提高汽車產品出口競爭力至關重要。電磁兼容性出口的CE或FCC認證費用十 分昂貴，提高認識，及時調整好各項參數，可以縮短認證周期，降低成本，使我國出口產品具有優秀的EMC品質，品質穩步提高。