电磁兼容汽车零部件与整车

汽车电磁干扰防止措施及相关标准汽车防止电磁干扰的措施无论是汽车内部还是外部的电磁干扰对车用电子设备尤其是车用ECU(电控单元)影响都很大，这些电磁干扰会严重影响汽车电子设备的工作性能。

众所周知，半导体元件对脉动电压非常敏感，当瞬变电压值超过其电压值时，半导体元件会被击穿而损坏，而脉冲信号一旦被ECU(电控单元)误认为输入信号便会使电子设备做出错误的判断，以至产生故障。

因此，为了防止异常现象发生且允许汽车电子设备在这种环境下正常工作，要求在现代汽车上采用一些防干扰措施，以保证车用电子设备的正常工作。

抗干扰的基本技术一是消除干扰源，二是防止干扰信号的串人。

下面介绍几种提高汽车电子设备抗干扰性能和抑制其产生电磁干扰的基本技术。

1)电路设计模块化。

在电路板设计中，根据电路在汽车上发挥的功能及位置的不同，将执行器电路、传感器电路、系统控制电路分开设计，形成不同的电路模块，使不同模块的电源、搭铁(金属车体)线分开，减少不应有的耦合，提高绝缘阻抗。

为避免干扰，应先将电源(汽车在行驶过程中主要由发电机供电)传输到各个模块，而后分别进行整流、滤波、稳压、供电。

模块中的数字搭铁与模拟搭铁分开，工作搭铁与安全搭铁一点连接。

2)阻尼电阻。

在点火装置的高压电路中，串入阻尼电阻，削弱火花产生的干扰电磁波。

阻尼电阻值越大，抑制效果越好。

但阻尼电阻太大，又会减少火花塞电极间的火花能量。

阻尼电阻一般用碳质材料制成，电阻值约10-20 kll。

阻尼电阻加在点火线圈端和火花塞接头端。

3)并联电容器。

在可能产生火花处并联电容器，如在调节器的“电池”接柱与“搭铁”之间和发电机“电枢”接柱与“搭铁”之间并联0．2～0．8 的电容器；在水温表和机油压力表的传感器触点间并联0．1～0．2 的电容器；在闪光继电器和电喇叭的触点处并联0．5 F电容器等。

4)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。

屏蔽电场或磁场时，可选用铜、铝、钢等导电率高的材料作屏蔽体。

当屏蔽高频磁场时应选择导电率高的钢、铝等材料；屏蔽低频磁场时，选择导磁率高的磁钢、铍莫合金、铁等材料。

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。

汽车电器中的导线也用密织的金属网或金属导管套起来，并将其搭铁。

这样就使这些电器因工作火花而发射的电磁波，在金属屏蔽内感应寄生电流，产生焦耳热而耗散，从而起到防干扰的作用。

这种措施有较好的防干扰效果，但装置复杂，成本高，并且会增大高压电路的分布电容，影响点火性能。

因此，一般只用在特殊需要的汽车上。

5)感抗型高压阻尼线。

目前国内外多采用高压阻尼线，其线心是用牵0．1 rnlTl的镍铬钼丝绕成，相当于电感、电容及电阻三者的复合体，抑制效果比集中电阻的效果更好。

6)采用滤波器。

滤波器主要抑制通过电路通路直接进入的干扰，它是应用最普遍的抗干扰方法。

根据信号与干扰信号之间的频率差别，可以采用不同性能的滤波器，抑制干扰信号，提高信噪比。

7)采用平衡技术。

平衡技术是一种消除串音干扰的有效措施。

信号的往复两条线的电性tt(包括阻抗，分布电容等)相等时叫平衡。

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，通常采用双绞线作为平衡线，双绞线的螺距要小，长度要尽量短。

8)提高信号幅值。

即提高信噪比，是抗干扰的重要方法。

对于微弱的传感器信号(如温度信号、光电信号等)，采用放大电路增大幅值，减小干扰的影响。

同时，为避免提高幅值的信号成为干扰源，应采用平衡线传输。

汽车电磁兼容性标准简介汽车电磁兼容性标准是汽车电磁兼容设计、仿真和测试的基础，它就整车和零部件的抗干扰水平、干扰限值、测试方法、测试环境等作了规定。

汽车电磁兼容标准分为国际标准、国家标准和企业标准。

国外对汽车的电磁兼容问题非常重视，很早就开始了电磁兼容性标准的制订工作，目前已经形成了较为完善的汽车电磁兼容性标准体系。

国际上各大汽车公司都有自己的企业电磁兼容标准，如美国福特公司、通用公司，德国大众、宝马、梅塞德斯一奔驰公司，法国的标致一雪铁龙公司等，其企业标准比国际上通用的标准要严格很多。

我国吸收了发达工业国家的经验，也已经制订了汽车电磁兼容性标准，明确规定了测量方法及最大干扰的允许值。

但与发达国家相比，还有待进一步研究完善。

国家标准GB18655—2002(用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值及测量方法》是汽车及其零部件的电磁兼容性技术标准之一，该标准于2002年2月22日批准发布，2003年3月1日开始实施，属于国家强制性标准，主要用于考察汽车及其零部件产生的各种电磁干扰对车内无线电接收机的干扰程度，并以干扰限值形式加以限制。

该标准规定了0．15～1 000 MHz频率范围的无线电干扰限值和测量方法，适用于任何车辆和大型装置及其电子或电器零部件，其限值用于保护车载接收机免受同车内的零部件或电子模块产生的电磁干扰。

附表：表1 国内汽车电磁兼容技术相关标准表2 国外汽车电磁兼容技术相关标准表3 汽车制造商标准汽车点火系统电磁干扰的仿真研究摘要：点火系统作为车内最主要的电磁f扰源，点火时初级酬路的瞬变电压引起的传导十扰将对蓄电池电压造成冲击，并通过导线f扰车内ECU和其它电子设备的正常1二作，同时火花摩击穿时的高频火花噪声将对车内外的电磁环境造成极强的辐射r：扰。

为分析点火系统的咆磁干扰特性，对点火过程中初级电路的瞬变电流和电压进行了仿真，并建立了次级同路火化塞放电等效电路模璎，提出并计算了将商压导线等效为甲．极天线时车内的电场分布情况。

研究表明，采用阻尼导线和增大火花塞内电阻都町以有效地抑制火花电磁噪声。

关键词：汽车点火系统；电磁f扰；点火线圈；火花塞；岛JK导线l 引言伴随着现代电子技术的进步以及汽车电子技术的发展，汽车上使用越来越多的电子产品，这些电子产品在增加汽车的经济性、安全性和舒适性的同时，也汽车的电磁兼容问题变得更为复杂，从而使得汽车电磁兼容成为现代汽车设计中必须考虑的『口J题⋯。

点火系统是汽车内最主要的电磁。

F扰源。

在1906年，人们就发现道路E行驶的汽车发动机对周围的无线电收音机产生干扰，从而提出埘汽车点火系统产生的电磁十扰加以限制。

但此项工作是汽车电磁干扰抑制、实现电磁兼容的难点之一。

点火系统涉及到点火电路性能、点火能量控制、点火时刻控制、汽缸工况等诸多技术I’UJ题。

点火过程中产生大量的电磁骚扰，主要分为点火线圈一次回路瞬变电压引起的传导干扰、高压导线和火花放电的高频辐射干扰等。

传导干扰不仅对蓄电池电压造成冲击，同时还可通过电源线传到车内其他电子设备。

高频电磁辐射对车内电子控制单元(ECU)也可能产生较大影响，从而对汽车的监控等安全性方面产生严重的危害。

点火系统电磁兼容性研究是目前众多汽车乍产商和研究单位关注的重点。

围外已经对点火噪声进行了系统的测试并开始了电磁兼容性预测研究。

我国起步较晚，目前主要还集中于对电磁噪声的测试，因此对点火系统的干扰特性进行仿真研究能有效改进汽车整体的电磁兼容性设汁旧J。

2点火系统工作原理及电磁干扰的形成现代汽车点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、高压点火导线、分电器和火花塞等组成，其简化模型图如图l所尔。

当汽车启动时，分电器连同凸轮在发动机凸轮轴的驱动下旋转，凸轮旋转时交替地使断电器触点打开与闭合。

在点火开关接通的情况下，当触点闭合时，点火线圈一次绕组中有电流流过，从而在铁芯中产生磁场。

当断电器触点打开时，一次电路被关断，一次绕组中的电流迅速下降到零．引起磁通突降，并在一次绕组中产生幅值达200—300V的自感电动势u。

一。

二次绕组在互感的作用下产生与匝比成正比的高达15—20kV的高压电动势u：一。

该电动势使火花塞问隙击穿，产生电火花，点燃发动机气缸中的混和气体。

2．1点火系统传导干扰的形成机理点火系统的传导干扰主要是由于点火开关闭合后一次回路中电流增大到一定值时触点断开引起电流迅速下降而引起的，点火系统一次侧电路如图2所示。

点火过程中，线圈的瞬变电压对汽车蓄电池的冲击是造成传导干扰的干扰源，蓄电池电j矗较高的时候电流电压波形上升速度加快，开关闭合以后的震荡加剧。

线圈电压波形受到C．反复充放电影响是一个振荡衰减曲线，最大幅值可达到4V，这个波动的电压将通过导线直接耦合到ECU、车载娱乐系统、ABS等电子设备，对其形成干扰。

为避免这种影响，现代汽车多采用IGBT(绝缘栅双极晶体管)控制点火时序，并采用TVS(瞬变电压抑制二极管)保护控制电路，以保证点火时刻更加精确，同时要求蓄电池搭铁与电容器可靠连接，以减少触点放电产生电磁干扰。

2．2 点火系统辐射电磁干扰的形成由于点火系统的辐射电磁f扰是由具有高频的脉冲点火电流引起的，所以我们先研究火花塞fnJ隙击穿时的点火电流。

将火花塞作为一植入电阻的同轴电容器，其物理模型结构及尺寸如图4”J。

当火花塞的电极问隙被击穿时，根据模型建立的次级同路等效电路如图5所示”j。

其中，e、c。

为火花塞电极的同轴分布电容；C，为火花塞阻尼阻抗对地分布电容；R，为火花塞内置电阻；0为火花电阻；R。

、c。

分别为高压点火线的电阻和分布电容；R。

、k和cL分别为次级点火线幽的电阻、电感和寄生电容。

由Rompe—Weizel 理论可知【61，火花电阻rg是一个随时问变化的量，当火花间隙被击穿后，它的值随时间变化。

从以上分析可以看出，点火电流i与火花电流i。

可以通过火花塞尺寸和火花塞的间隙击穿电压近似计算得到。

同时．从式(15)可以看出，点火电流i随着阻抗乞和乞的增大而减小．与火花电流成正比关系”。

火花塞击穿时的火花电流和高压导线的电磁辐射是点火系统中辐射干扰的来源，火花塞位于屏蔽的汽缸内，对外辐射较弱，对车内产生的干扰t要来自高压导线。

，因此，将高压导线产生的电磁辐射情况等效为佗于汽车引擎盖下方的一单极天线，通过数值仿真的方法得到点火系统产生的辐射干扰在车内的电磁场分布。

3 辐射计算模型及仿真分析由于实际车体的结构非常紧凑，对电磁仿真而言，车灯、后视镜、排气管以及连接处的缝隙和孑L洞的建模非常复杂。

对此进行了必要的简化。

此外车体为曲面结构，在仿真过程中采用丫分块的多个平面方法来构造曲面结构。

得到的汽车模型如图6，车体的尺寸为4．4m×1．8m×1．1m(长宽高)。

从图8中可以看}l{沿车身轴向的电场幅值与高压导线距离有直接的关系，当终端开路时先是逐渐加大，到0．6m左右达到最大值，然后开始下降。

终端接上负载电阻以后，电场幅值明显减小，且随距离变化电场变化较小，可见增人电阻对抑制点火噪声在整个车内都有明、显的作用。

当频率增大后，接负载的时候电场变化规律趋于一·致，电场幅值／ff微弱的增加．而终端开路的情况下电场总体变化趋势相同，幅值在不间距离处变化较大。