汽车电器电磁干扰及防护的探讨

王俊杰+杨楠

摘 要：近十年来，我国汽车工业得到快速的发展，汽车已经作为日常消费品走入寻常老百姓家中。汽车除了包括发动机、变速箱等机械传动部件外，主要由众多的电器产品够成，而且电器产品占汽车整车成本的比率越来越大。要保证汽车上电器设备的正常工作，就不能忽略各个电器设备之间的相互干扰问题。本文首先对影响汽车电器正常工作的电磁干扰源进行了分析，其次列举了防护电磁干扰的方法，防止和降低汽车电器的电磁干扰，对汽车行驶安全起着重要的作用.

关键词：电磁兼容，汽车电器，EMC

前言

电子控制技术在汽车中应用越来越广泛，其不仅提高了汽车的操控稳定性，更简化了车辆驾驶的流程，但汽车各电器系统间的电磁兼容性也是汽车的重大安全隐患之一。通常整车控制系统包含有发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统、信息与通信系统与辅助电器系统等。在汽车狭小的空间内，布置了众多的电器设备，如果电器元件间的相互干扰问题得不到解决，会使整车电器系统瘫痪，甚至造成严重的安全问题。因此，汽车电器系统兼容性是影响汽车安全指标的重要因素之一，值得我们深入研究。

1干扰源分析

1.1供电系统干扰源

汽车发动机为启动前，车辆电器系统依靠12V蓄电池进行供电；车辆启动后，蓄电池输出16V高电压对汽车进行供电，蓄电池电压的波动会对汽车电器性能和电路产生一定的干扰，其主要表现为两种形式：

1.发动机负载瞬变

如图1所示，发动机上产生的感应电压为：

UL=（R1/R2）Ee-t/T

其中，τ 暂态的时间常数。汽车行驶过程中，瞬变电压幅值可达75～125V，衰减时间100～200ms，对汽车电子产品产生很大的过流冲击。

2.激磁衰减瞬变

当点火开关关闭时，电磁场衰竭产生瞬变过电压达到130V左右的，衰减时间约200ms，使汽车上部分传感器受到影响。

1.2点火系统电磁干扰源

当点火系统正常工作时，点火圈和火花塞等部件处会产生强磁场；当点火系统正常关闭时，点火线圈的一侧会感应出高达到300V以上的电压，为保证二次侧的点火电压足够击穿火花塞间隙，点火线圈二次侧会感应出一个超过25kV的高压，因此点火时在点火线圈周围会产生强烈的电磁干扰。

1.3感性负载瞬变干扰源

汽车上使用的发电机、继电器、电动雨刮和喇叭等都属于感性负载设备，这些设备工作时会对其他电子设备产生一定的干扰。其中，汽车发电机产生了绝大部分的感性负载瞬变干扰，交流发电机在工作时会产生100V左右的瞬变电压，电压上升时间可持续100μs左右，衰减时间可持续100～200ms。这种瞬变过电压对汽车其它电子器件会产生相当大的冲击，导致设备工作失灵或是损坏。

1.4静电干扰源

大量汽车电器设备失效案例表明，多数失效是由于静电放电造成的，汽车静电的防滑应该引起我们的重视。静电是由两种不同物质相互摩擦，因物体表面间电子移动而产生的。汽车静电主要由几种方式产生：

1）元器件自身带电，比如：发电机等；

2）感生电荷产生静电；

3）元器件接触带静电的物品；

其中，第3种是最主要的静电产生方式，人在干燥环境中与物体间接触摩擦，产生静电传导到元器件，静电电压可高达上万伏，直接造成元器件失效。

1.5电磁耦合干扰源

汽车内分布着各类功能各异的线束和电缆，通常为了布置方便，都以捆扎的形式布置在车内。导线间的无屏蔽的配线及搭铁阻抗会产生电感性耦合、电容性耦合干扰和阻性耦合干扰。

电磁耦合干扰产生的干扰强度可达到200V以上，持续的时间能达到300ms以上，线束内既有电源导线也有控制信号导线，这样的耦合干扰足以导致传递控制信号不准确或是错误。同时汽车采用多点搭铁接地的方式，这种方式会形成共同的阻抗通道，不可避免产生阻性耦合干扰。

2电磁干扰抑制技术

制定干扰抑制方案之前要了解产生电磁干扰的条件，受到干扰的元器件通过发射电磁波，通过相关途径传递电磁干扰，这样就必定滋生电磁干扰。电磁干扰主要靠传导和辐射来传播。传导包括电阻性、电感性及电容性耦合。电磁波的形式传播辐射，对周围设备装置产生干扰。因此抑制骚扰源，解决电磁兼容问题通常是：一方面对干扰源采用滤波、屏蔽等手段，抑制干扰及切断干扰传播途径，另一方面采用屏蔽、隔离、阻抗等措施，抑制干扰的传导和辐射，同时要提高电器设备的抗干扰能力，以及降低电器元件的电磁敏感度。

2.1传导干扰的抑制

整车上导线或公共电源线相互之间产生的干扰就是传导干扰。传导干扰是很容易解决的，通常增加电路中EMC滤波器的节数并适当调整滤波器的参数，都能满足要求

1）回路的有效面积必须限定；

2）屏蔽、减小电流回路面积，以及带电导体的面积；

3）对变压器进行磁屏蔽，减少电流回路的有效面积；

4）用锡箔屏蔽变压器；

5）运用双绞线传输和阻抗匹配；

6）杜绝多个回路串联供电；

7）避免干扰信号在电路中产生谐振；

2.2辐射干扰的抑制

抑制主要的辐射源：电源辐射。首先是线路板中接地线部分的布线方式，这里要提醒虽然电源地线布置对辐射不会有很大影响，但不要把散热线放在地线里一起布置。电源上的散热板要求不能单端接地，地线要求尽可能宽并且短。第二点是直流输出电压。第三点是元器件选用。

抑制产生高频辐射的主控板辐射辐射源。我们主要用几种方法降低辐射，首先是主控板的布线，特别是地线，其次是元器件的使用，包括高速信号线上的零电阻的使用等，地线的布置也很关键，屏蔽板的运用等。主要对付高低频磁场，通常使用良好的导体及铁磁材料来实现屏蔽。设计线束布置时地线是很好的电场屏蔽工具，通常布置在电路外围。

2.3可靠有效的接地系统

避免干扰是接地设计主要目的，既不要造成电磁耦合干扰，还要避免公共阻抗干扰。根据国家规定：汽车上的线路必须采用负极搭铁，哪些地方在设计的时候就要十几搭铁呢？采用单线连接电源及用电设备，单点搭铁电源、信号等回路，以及电缆、静电屏蔽层。不同负载地线要分開，特别是大功率、小功率、数字信号以及模拟信号。接地点在满足装配要求的情况下还要保证接地性能良好。可以选用导电性能良好的支架或者接地点一定要干燥避免布在整车湿区。有些特殊电器需要单独接地，像安全气囊等，为了确保该电器的正常安全使用。有些接地线需要用屏蔽线或双绞线，特别是信号线。良好的接地能减小回路电流以及对元器件和线路的冲击，并提供故障电流回路，与屏蔽及滤波一起抑制电磁干扰的效果

参考文献：

[1]胡朝峰.屏蔽线在汽车曲轴信号电磁干扰抑制中的应用[J].汽车电器，2009（02）：48-50.

[2]孙秋云，耿松亮，沈法鹏.汽车电气瞬变过电压的抑制[J].农业装备与车辆工程，2008（06）：19-21.

[3]戴焯等.汽车电系电磁兼容性研究.武汉工学院学报.1992（12）.P73-P78

作者简介：

王俊杰，1982.12.15，男，汉族，神龙汽车有限公司，中级工程师，本科，汽车电器开发，从事技术工作endprint