浅谈抑制汽车电磁干扰的方法

王飞 刘祯 王玉光 周亚伟

摘 要：在信息化战争背景下，对于高机动越野车辆，采用的电气和电子设备数量大幅度增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，信息传输速率提高，灵敏度提高，连接各种设备的网络（CAN总线）也越来越复杂，所以要从整体设计、全面考虑各电控单元电磁兼容的设计参数，进而提升各电子单元的电磁抗干扰性，使整车完全满足GJB1389A的陆军地面要求的标准，保证设备在电磁环境下可靠工作，意义至关重要。

关键词：高机动越野车辆;电磁兼容;电磁干扰;抑制措施

1 电磁干扰的背景概述

高机动越野车辆采用总线系统，控制涉及诸多电子控制单元，像TCU、ABS、EMS等控制单元，各电控单元的设计者往往只考虑产品的功能，而没有将功能和电磁兼容性综合考虑，因此产品在完成其功能的同时，也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰，导致各电控单元产生的干扰源互相骚扰，影响整个系统的正常工作，或出现误操作。

就如何提升整车系统各电控单元的电磁抗干扰性，进而提升整个电控系统的工作可靠性和电磁兼容性，必须从各电控单元硬件设计开始，采取合理有效的设计方法。实际设计原则是根据车辆具体的技术参数和车辆的实际使用环境，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。

2 电磁干扰的抑制措施

2.1 控制单元设计

（1）控制单元和设备主体往往离得较远，因此必须正确运用接地和屏蔽方法，防止构成的环路和耦合无用信号。

（2）控制单元在整车上集中进行封闭。

（3）控制单元内主要的无用信号源是那些能突然断开控制信号通道的元件;各种产生无用信号的开关同感性负载一起运行时，就会产生严重的瞬变过程。如开关、继电器、可控硅整流器、开关二极管等;尽量减少陡峭波前瞬态过程，应限制接通和断开时通过开关的浪涌电流。

（4）如果必要，可使用RC网络或二极管来抑制开关瞬变。

（5）如有必要，则使用缓冲或减振器来减小继电器触点的振动。

2.2 接地设计

传统汽车采用多单线制，以车体作为公用零线，使所有用电设备在车体上搭铁，这样所有电器的末端就形成了一个大的“电容”可有效减少静电感应所引起的干扰。因此，搭铁线路是否良好，不仅影响到相关电器的工作状况，同时还会影响汽车的抗电磁干扰能力。为了更好地解决干扰问题，高机动越野车应该采用双线制的电器越来越多，并对不同性质的地线分开布置;根据系统的结构、组成和信号系统，建立接地网络，保证接地不但能够为信号提供参考电位，同时不会将地干扰引入电路。

（1）低频电路应采取树叉形放射式的单点接地，高频电路应采用平面式的多点接地。

（2）模拟电路、数字电路、功率电路等应设置各自的地线，最后汇总到一个总的接地点。

（3）对屏蔽电缆，如连接低频电路则屏蔽层单端接地，连接高频电路则屏蔽层双端接地。

（4）信号线、阀类、电机类接地线分开设计接地。

2.3 元器件选择设计

对于高机动越野车控制，电路基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最后设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而许多情况，电路装配又决定着带外响应（例如引线长度）和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是：

（1）在高频时，和引线型电容器相比，应优先选用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。

（2）铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器。

（3）使用寄生电感和电容量小的电阻器，片状电阻器可用于超高频段。

（4）盡量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。

（5）设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线，以防它们之间的骚扰耦合。

（6）为使每个屏蔽体都与各自的插针相连，应选用插针足够多的插头座。

2.4 底板和机壳设计

底板和机壳的结构设计，即结构材料和装配技术，常常能决定是否能同工作环境实现EMC。底板和机壳是为控制设备或功能单元中无用信号通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取决于结构材料的选择和装配中所用的技术两个方面，要设计接缝、开口、穿透和对底板及机壳的搭接等方面考虑。

（1）导电橡胶衬垫用在铝金属表面时，要注意电化腐蚀作用。纯银填料的橡胶或Monel线型衬垫将出现严重的电化学腐蚀。银镀铝填料的导电橡胶是盐雾环境下用于铝金属配合表面的最好衬垫材料。

（2）选择衬垫时要考虑接合处所使用的频率;同时选择高导电率、弹性好、硬韧材料的衬垫，保证同衬垫配合的金属表面没有非导电保护层。

（3）在接缝不平整的地方，在可移动的面板等处，必须使用导电衬垫或指形弹簧材料;保证紧固方法有足够的压力，以便在有变形应力、冲击、振动时保持表面接触。

2.5 滤波设计

控制器输入端口（信号、电源等端口）应用滤波器对带外电磁干扰耦合给予足够的抑制，使传导干扰远低于控制器的传导电磁干扰敏感度，保证信号传输的稳定性。

（1）机壳上下壳体接缝处必须尽量减少结构的电不连续性，以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度，减少缝隙长度，在接合面加入导电衬垫（在不加导电衬垫时，螺钉间距一般应小于最高工作频率的1%波长，至少不大于1/20波长），在接缝处涂上导电涂料，缩短螺钉间距;在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好地搭接，最坏的电搭接处对壳体的屏蔽效能降低起决定性作用。

（2）电磁兼容滤波设计工作中主要使用适用于电源线和信号线的低通滤波器。

（3）電源线滤波器是电磁兼容最常用的滤波手段，多在电路设计中采用低通滤波器。

（4）电源线滤波器在使用过程中比较容易出现的问题是安装方式错误，合理的安装方式是：滤波器的输入端输入线很短，并且利用机箱将滤波器的输入端和输出端隔离，滤波器外壳与机壳紧密的连接（如图1所示）。

（5）控制器元器件选用汽车电子级产品，提高整体可靠性;针对电源，各种驱动等传导、辐射发射源头增加共模滤波电路，降低控制器电磁发射水平。

2.6 屏蔽设计

利用产品金属结构和改进因功能设计需求而存在的非电磁密闭性结构，使金属结构对辐射电磁干扰有足够的衰减，使耦合至产品内部的辐射电磁干扰强度远低于设备的辐射电磁干扰敏感度。

（1）所有控制器的外壳尽量采用金属材质，安装在驾驶室外部的控制器由于缺少驾驶室的本身电磁防护根据自身电磁屏蔽能力需增加金属防护罩。

（2）屏蔽体必须是一个完整的电连续体;有完善的滤波措施。

（3）对于电屏蔽还要有良好地接地;控制盒壳体要和整车良好接地，必要时可以采取电缆连接到大梁的方式接地。

2.7 线束设计

设计内部或外部电缆是重点电磁干扰防护对象，在设计准则中应采用中的适用方法、措施和要求来控制布线电磁干扰耦合，保证布线间电磁干扰耦合和辐射电磁场对布线的电磁干扰耦合不会降低电磁兼容性，布线设计与屏蔽、接地和滤波设计结合应用。

（1）控制器敏感信号及噪声较大的驱动电缆选用带屏蔽的双绞线。

（2）采用屏蔽双绞线，信号电流在两根内导线上流动，噪声电流在屏蔽层里流动，因此消除了公共阻抗的耦合，而任何干扰将同时感应到两根导线上，使噪声相消。

3 结论

从整车设计开始就必须全面考虑系统各个电控单元的电磁干扰源，合理、科学有效运用电磁干扰的抑制措施，提升整车系统各电控单元的电磁抗干扰性;进而提升整个电控系统的工作可靠性和电磁兼容性。

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