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汽车电子电磁兼容

(2020-01-05 12:17:13) 百科

汽车电子电磁兼容

汽车工业的快速发展和汽车市场的激烈竞争极大地促进了各类电气、电子和信息设备在汽车上的广泛套用,对于今天的汽车产业,套用电子技术的程度已成为提升汽车技术水平的重要标誌之一。电子设备广泛套用于汽车发动机控制系统、自动变速系统、制动系统、调节系统以及行驶系统中,对汽车的安全性、可靠性、舒适性起着决定性作用。

基本介绍

  • 中文名:汽车电子电磁兼容

汽车电磁兼容标準分类

汽车电磁兼容标準分为国际标準、地区、国家标準和企业标準。现国际上制定电磁兼容方面的标準化组织有国际标準化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电工委员会无线电干扰特别委员会(CISPR)。地区标準主要是欧洲ECE法规和EEC指令。国家性标準协会有美国国家标準协会(ANSI),美国联邦通讯委员会(FCC),美国汽车工程协会(SAE),德国邮电部(FTZ),德国电气工程师协会(VDE),英国标準协会(BSI),日本民间干扰控制委员会(VCCI),上述标準协会的作用是与国际标準协调,并且制定各国家自己的标準。
国际上各大型汽车公司都有自己的企业电磁兼容标準,如美国福特公司、通用公司,德国大众、宝马、梅塞德斯-宾士公司,法国的标緻-雪铁龙公司等,其企业标準比国际上通用的标準要严格很多,例如通常国际标準对于汽车抗扰度的要求通常为24V/m,而一些汽车公司则规定为100V/m—200V/m。

汽车电磁兼容国际性标準

ISO电磁兼容方面的标準

ISO 11451 系列和ISO11452系列
ISO 11451 《道路车辆—窄带辐射电磁能量所产生的电气干扰—整车测试法》(Road vehicles–Electrical disturbances by narrowband radiated electromagneticenergy–vehicle test methods)。该标準为抗窄带电磁辐射源产生的电磁干扰的整车测试方法,ISO 11451包括4部分。分别为:
ISO11451-1《第1部分概述和定义》
ISO11451-2《《第2部分车外辐射源》
ISO11451-3《《第3部分车内内部发射机仿真》
ISO11451-4《第4部分:大量电流注入(BCI)》
ISO11452《道路车辆—窄带辐射电磁能量所产生的电气干扰—零部件测试法》(Road ISO vehicles–Electrical disturbances by narrowband radiatedelectromagnetic energy–Component test methods)
该标準为抗窄带电磁辐射源产生的电磁干扰零部件测试方法。ISO 11452包括11部分。分别为:
ISO 11452-1《第1部分:概述和定义》
ISO 11452-2《第2部分:自由场法》
ISO 11452-3《第3部分:TEM小室法》
ISO 11452-4《第4部分:BCI法》
ISO 11452-5《第5部分:带状线法》
ISO 11452-6《第6部分:平行板法》
ISO 11452-7《第7部分:射频电源注入》
ISO 11452-8《第8部分:磁场抗扰度》
ISO 11452-9《第9部分:携带型发射机》
ISO 11452-10《第10部分:传导抗抗扰度》
ISO 11452-11《第11部分:混响室法》
ISO 7637系列
ISO 7637《道路车辆—由传导和耦合产生的电骚扰》(Road vehicles-Electric disturbances by conduction and coupling)本标準描述的是汽车上电气设备所经常产生的一些常见瞬态干扰信号,通过导和耦合方式对被测设备造成干扰的测试及评价方法。
ISO 7637包括三部分,分别为:
ISO7637-1第一般部分定义和一般描述
ISO7637-2第2部分:沿电源线的电瞬态传导
ISO7637-3第3部分:沿电源线以外的其他线缆的电瞬态传导
ISO 10650
ISO 10650《道路车辆—静电放电产生的电气干扰》(Road vehicles–Electrical disturbances from electrostatic discharge),该标準涉及的是人体与车辆接触时所产生的静电放电对车辆电子器件所造成的影响。

国际电工委员会无线电干扰特别委员会标準

CISPR 12《车辆、机动船和内燃发动机驱动装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》(Vehicles,boats,and internal combustion engine drivendevices–radio disturbance characteristics–limits and methods ofmeasurement)本标準是保护建筑物内广播电视设备免受来自车辆、船和内燃发动机驱动装置所产生的电磁骚扰。
CISPR 25《用于保护用在车辆、机动船和装置上车载接受机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》(Limits and methods of measurement of radiodisturbance characteristics for the protection of receivers used on boardvehicles,boats,and on devices),本标準是保护用在车上、船上和装置上的接受机免受无线电骚扰,规定了限值和测试方法。
3.3.295/96/EC97/24/EC2000/2/EC指令
95/96/EC-车辆保全系统(Vehicles security systems)指令是有关汽车保全系统,即防盗和报警系统。
37/24/EC-轮式车辆(Wheeled vehicles)指令是有关二轮或三轮车辆方面的电磁兼容要求。
2000/2/EC—森林和农用拖拉机(Forestry and agricultural tractors)指令是针对75/322/EEC指令的修订,是针对森林机械和农用拖拉机所制定的指令。
3.3.2ECE R10指令
ECE R10指令是有关车辆电磁兼容方面的统一条款。本法规内容基本上等效于95/94/EC,不同之处是增加了一些特例和管理上的条款。特例包括对窄带信号、静电放电和传导瞬态干扰的规定。法规共包括9个附属档案。
附属档案1认可标记位置尺寸安排
附属档案2A有关汽车整车电磁兼容型式认证的信息档案模式
附属档案2B有关电气、电子组件电磁兼容型式认证的信息档案模式
附属档案3A汽车整车型式认证通讯表格模式
附属档案3B电气/电子组件型式认证通讯表格模式
附属档案4测量车辆产生的宽频电磁骚扰方法
附属档案5测量车辆产生的窄带电磁骚扰方法
附属档案6车辆对电磁辐射抗扰度的测试方法
附属档案7测量电气/电子组件产生的宽频电磁骚扰方法
附属档案8测量电气/电子组件产生的窄带电磁骚扰方法
附属档案9测量电气/电子组件对电磁辐射抗扰度的测试方法

美国汽车工程学会(SAE)电磁兼容标準

SAE有关汽车电磁兼容方面的标準主要有SAE J551和SAE J1113,SAE J551主要针对整车,而SAE J1113主要针对零部件。
SAE J551标準
SAE J551标準中包括抗扰度的测试方法有6部分,辐射的测试方法有4部分。第2部分至第5部分为辐射测量,第11部分至第17部分为抗扰度测量。
第1部分为车辆装置的电磁兼容的限值和测试方法总则(60Hz~18GHz)。
第2部分为车辆、机动船和点火发动机驱动装置的无线电骚扰特性的限值及方法(30Hz~1GHz),等效于CISPR 12。
第3部分窄带测量。
第4部分是车辆和装置的宽窄带测量方法和限值(150KHz~1000MHz),等效于CISPR 25。
第5部分为电动车宽频磁场和电场强度的限值和测量方法(9KHz~30MHz)。
第11部分为来自车外干扰源的整车电磁抗扰度(100KHz~18GHz),等效于ISO 11452-2。
第12部分为来自车载发射机干扰源的整车抗扰度测量(1.8MHz~1.3GHz),等效于ISO 11451-3。
第13部分为大电流注入(1Hz~400MHz)。等效于ISO 11451–4。
第14部分为混响室。
第15部分为静电放电,等效于ISO 10605。
第16部分为抗瞬态电磁干扰。
第17部分为抗电源线磁场干扰(60Hz~30KHz)。
SAE J1113标準
SAE J1113标準包括抗扰度的测试方法,有14部分,辐射的测试方法有2部分。
第41部分至第42部分为辐射测量,第1部分至第27部分中共14部分为抗扰度测量。
第1部分为汽车零部件的电磁敏感性的测量过程及限值总则(60Hz~18GHz)。
第2部分为传导抗扰度测量—导线法(30Hz~250KHz)。
第3部分为传导抗扰度测量—射频(RF)功率直接注入法(250KHz~500KHz),等效于ISO 11452-7。
第4部分为辐射电磁场抗扰度测量—BCI法,等效于ISO 11452-4。
第11部分为针对电源线的瞬态传导抗扰度,等效于ISO 7637-2(除测试脉冲5外)。
第12部分为通过传导和耦合产生的电气干扰—耦合钳法,等效于ISO 7637。
第13部分静电放电,等效于ISO/CD 10605E。
第21部分为用于电磁抗扰度测量的暗室(10KHz~18GHz),等效于ISO 11452-2。
第22部分为由电源线产生辐射磁场的抗扰度测量(60Hz~30KHz)。
第23部分为辐射电磁场抗扰度测量—带状线法,等效于ISO 11452-5。
第24部分为辐射电磁场抗扰度测量—TEM小室法(10KHz~200MHz)。
第25部分为辐射电磁场抗扰度测量—三层板法(10KHz~500MHz)。
第26部分为交流功率电场抗扰度测量(60Hz~30KHz)。
第27部分为辐射电磁场抗扰度测量—混响室法。
第41部分为用于保护车载接受机的车内零部件与组件的无线电干扰特性测量方法及限值,等效于CISPR 25。
第42部分为对于瞬态传导辐射的电磁敏感度,等效于ISO 7637–2。
除了上述汽车专用的电磁兼容标準外,进行汽车EMC测试还涉及的通用标準有国际电工委员会IEC-4-3辐射(射频)电磁场抗扰度试验和美国国家标準ANSI63.4低压电子电器设备无线电噪声发射测量方法,这两个标準主要是暗室用于测量场均匀性和归一化场地衰减。

国内汽车电磁兼容标準

我国吸收了发达工业国家的经验,制订了汽车电磁兼容性标準,并使之逐步升级、不断完善,明确规定了测量方法及最大干扰的允许值。目前,国内汽车电磁兼容性标準还很不健全,有待进一步研究完善。
国内现行的汽车电磁兼容标準有:
GB14023—2011《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》(等效于CISPR 12:2009)
GB18655—2002《用于保护车载接受机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》(等效于CISPR 25:1995)
GB/T 18655-2010《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》(等效于CISPR 25:2008)
GB/T 17619《机动车电器电子组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》(等效于95/94/EC—95,附属档案IX)。
GB/T 18387—2008《电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法,宽频?,频率9kHz~30MHz》(等效于SAE J551-5 JAN2004)
GB/T 19951-2005《道路车辆-静电放电的电骚扰试验方法》(等效于ISO 10605:2001)
GB/T 21437.2-2008《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分:沿电源线的电瞬态传导》(等效于ISO 7637—2:2004)
GB/T 21437.1-2008《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第1部分: 定义和一般描述》(等效于ISO 7637-1:2002)

电磁干扰原理分类

汽车电子的干扰机改进 汽车电子设备工作在行驶环境不断变化的汽车上,环境中电磁能量构成的複杂性和多变性,意味着系统所受到的电磁干扰来源比较广泛。按照电磁干扰的来源分类,可分为车外电磁干扰、车体静电干扰和车内电磁干扰。

车外电磁干扰

车外电磁干扰是汽车行驶中经历各种外部电磁环境时所受的干扰。这类干扰存在于特定的空间或是特定的时间。如高压输电线、高压变电站和大功率无线电发射站的电磁干扰,以及雷电、太阳黑子辐射电磁干扰等等[2]。环境中其它临近的电子设备工作时也会产生干扰,例如行驶中相距较近的汽车。

车体静电干扰

车体静电干扰与汽车和外部环境都有关。由于汽车行驶时车体与空气高速摩擦,在车体上形成不均匀分布的静电。静电放电会在车体上形成干扰电流,同时产生高频辐射,对汽车电子设备形成电磁干扰。

车内电磁干扰

车内电磁干扰是汽车电子设备工作时内部的相互干扰,包括电子元器件产生的电子噪声,电机运行中换向电刷产生的电磁干扰以及各种开关工作时的放电干扰,最严重的是汽车点火系统产生的高频辐射,其干扰能量最大。

提高电子设备电磁兼容性能的措施

汽车电子设备的电磁兼容性能包括两方面,一是电磁发射,衡量系统产生的电磁干扰的发射水平;二是电磁敏感度,衡量系统在工作时为实现预期技术指标而需要的抵抗电磁干扰的能力。根据前面的分析,要综合提高汽车电子设备的电磁性能,可以从三方面考虑,一是减小设备发射电磁干扰的强度;二是抑制电磁干扰的传输;三是降低设备电磁敏感部件接收干扰的强度。

减小设备的电磁干扰强度

最佳化设备的电气结构:汽车电子设备中闪光器是继电器触点结构,可以在触点前加电弧抑制器;电机为感性负载,可通过内部滤波电路降低电流噪声;各种电控单元的印刷电路板,要最佳化布线,降低电磁发射水平。
选用合适的电子元器件:汽车上的各种控制单元,採用较低频的晶片有利于减少辐射干扰。
降低设备的功率:在满足功能需求的情况下,降低设备的功率,可以减小干扰电压和电流,从而减小干扰强度。

抑制干扰的传输

禁止干扰源设备和相关线束:汽车中主要的电控系统使用的电控单元,应该採用禁止壳体封装。
增加线束滤波:对较长的线束,为减小传导和辐射干扰,应线上束上增加滤波,比较方便的是套接合适的铁氧体磁环。
合理规划线束:线束布置上使小功率敏感电路紧靠信号源,大功率干扰电路紧靠负载,儘可能分开小功率电路和大功率电路,减小线束间的感应干扰和辐射干扰。
改进设备的接地:良好的接地布置和改进的地线搭接可以降低高频阻抗。汽车电子设备接地主要是就近接到车体以及线束禁止层接地。

降低设备接收干扰的强度

减小设备接收干扰的面积:线束应设计成最小长度、最小阻抗和最小环路面积,最好採用双绞线等迴路面积小的供电方式。
增大设备到干扰源的距离:在干扰设备布置不变的情况下,改造敏感部件的安装位置,增大到干扰源的距离。

电磁兼容性改进措施的试验研究

目前,电磁兼容仿真计算通常用来对车体结构的电磁性能进行初步估计[4]文中有引用,后面无参考文献。汽车电子设备的电磁性能主要以测试为依据,因此对改进措施着重进行试验研究。根据汽车整车及零部件的电磁兼容性法规GB18655-2002《用于保护汽车接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》,对国内一种商务车型的电子设备进行了电磁兼容性测试,採用了综合改进措施,试验结果可以比较各种措施在实车运用中的效果。

结语

汽车电子设备的电磁兼容性能在国内日益受到重视,它对提高国内汽车产品的竞争力也相当重要。通过对电子设备干扰源的分析,表明车内电磁干扰是设备所受的主要干扰,为减少系统的电磁干扰,需要採用文中的改进措施来提高汽车电子设备的电磁兼容性能,测试表明改进效果都比较明显。对大多数电气设备,增强电路滤波是比较通用的改进措施。
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