引言

汽車電磁兼容問題由來已久。傳統(tǒng)汽車由于點火系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、直流電機驅(qū)動系統(tǒng)等會產(chǎn)生電磁干擾，干擾不但影響車外接收機的正常使用，也會影響到車內(nèi)接收機的使用和零部件的工作。純電動、混合動力、燃料電池等新能源汽車由于電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓附件（DC/DC，DC/AC 等）的使用，其電磁干擾問題更為嚴(yán)重，整車 EMC 性能更難以通過國家認證測試。針對這些問題，本文對新能源汽車所需要做的 EMC 測試進行了梳理，然后從整車角度對 EMC 設(shè)計提出了一些具體的建議和措施。

EMC 測試要求

汽車 EMC 性能是指汽車在電磁環(huán)境下能夠滿足功能并不對其它設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生不能忍受的電磁干擾的能力 。?

它主要分為:電磁干擾和電磁抗擾。

電磁干擾是指由電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的降低。電磁抗擾是指裝置、設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾時不降低運行性能的能力。

針對電磁干擾，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO），國際電工委員會（IEC），無線電特別委員會（CISPR），美國汽車工程師協(xié)會（SAE），歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）等都制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（見表 1）。我國根據(jù)自身的特點， 以 ISO、IEC、CISPR、SAE、ECE 等法規(guī)為基礎(chǔ)制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)。目前針對汽車整車，我國強制實行或推薦執(zhí)行的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)主要有：

1） GB14023-2006：車 輛、船 和 由 內(nèi) 燃 機 驅(qū) 動的裝置無線電騷擾特性限值和測量方法

GB 14023-2006 屬強制標(biāo)準(zhǔn)， 等同國際無線電特別委員會標(biāo)準(zhǔn) CISPR12：2005《車輛、船和由內(nèi)燃機驅(qū)動的裝置 無線電騷擾特性 限值和測量方法》。此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于由內(nèi)燃機驅(qū)動或/和電驅(qū)動車輛發(fā)出的可以導(dǎo)致無線電干擾的寬帶和窄帶電磁能量輻射，對車外廣播接收機提供 30~1000MHz的保護。經(jīng)驗表明滿足該標(biāo)準(zhǔn)即使是那些無線電發(fā)射頻率不在指定范圍內(nèi)的民用發(fā)射設(shè)備的接收機，也可以對接收設(shè)備提供有效保護。

2） GB/T18387-2008 電動車輛的電 磁 場 發(fā) 射強度的限值和測量方法，寬帶，9kHz~30MHz[3]GB/T 18387-2008 屬推薦標(biāo)準(zhǔn)， 修改采用美國汽車工程協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) SAE J551-5 Jan 2004《電動車輛的電場和磁場強的測量方法及執(zhí)行電平》。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動車輛在頻率范圍 9kHz~30MHz 的磁場和電場的輻射發(fā)射的限制和測量方法， 以及在 450kHz~30MHz 傳導(dǎo)發(fā)射的限值和測量方法。傳導(dǎo)發(fā)射測量僅適用于車載電池充電系統(tǒng)， 其開關(guān)頻率在 9kHz 以上，能量通過金屬導(dǎo)體傳輸。傳導(dǎo)發(fā)射的技術(shù)要求僅適用于通過交流電源線對電池充電過程期間。GB/T18387 與 GB14023 相協(xié)調(diào)，聯(lián)合對車外接收機提供 9kHz~1000MHz 頻段范圍內(nèi)的保護。

3） GB 18655-2002：用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法[4]GB 18655-2002 本屬強制標(biāo)準(zhǔn)， 下一步擬修訂為推薦標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用國際電工委員會/無線電干擾特別委員會標(biāo)準(zhǔn) IEC/CISPR 25:1995《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的測量方法及限值》。?

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 150 kHz~1000 MHz頻率范圍內(nèi)的無線電騷擾限值和測量方法。可以對車輛上的接收機免受車上零部件/模塊所產(chǎn)生的騷擾的影響。保護接收機類型有：聲音和電視接收機、地面移動通訊、無線電話、業(yè)余愛好者和民用無線電設(shè)備。

4）GB/T 19951-2005：道路車輛靜電放電產(chǎn)生的電騷擾試驗方法 GB/T 19951-2005 屬推薦標(biāo)準(zhǔn)， 等同采用國際標(biāo)準(zhǔn) ISO10605-2001 《道路車輛 靜電放電產(chǎn)生的電騷擾試驗方法》。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了安裝在道路車輛內(nèi)的電子模塊和系統(tǒng)的靜電放電的試驗方法，包括在臺架和整車兩種狀態(tài)下評價電子模塊的程序。對于整車廠來說，主要是在整車狀態(tài)下，模擬測量駕駛員和乘客能夠觸及的全部電器開關(guān)和控制器件、正常操作時使用的按鈕、拉桿、手柄等。GB 14023 和 GB/T18387 一起對車外接收機提供保護， 其中 GB/T18387 是專門針對電動車而制定的。GB/T 18655 對車外接收機提供保護。?

這三項標(biāo)準(zhǔn)都是對外騷擾方面的標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 19951是電磁抗擾方面的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，目前國際上對窄帶電磁輻射能的抗擾方面已有明確 要 求 ，ISO11451：道路車輛-窄帶輻射電磁能產(chǎn)生的電磁騷擾的車輛試驗方法， 規(guī)定了道路車輛在 10 kHzto 1.8 GHz 范圍內(nèi)抵抗窄帶輻射電磁能的能力。今后，我國將進行該標(biāo)準(zhǔn)的國內(nèi)轉(zhuǎn)化工作，整機廠需要做好相關(guān)的準(zhǔn)備。

EMC 設(shè)計要點

了解了 EMC 的法規(guī)要求，就需要在設(shè)計中注意正確的設(shè)計方法。汽車 EMC 主要從零部件和整車兩個角度處理，零件的 EMC 要求及設(shè)計方法將另文闡述。本文主要論述整車 EMC 要求及相關(guān)的設(shè)計方法。

任何一個電磁干擾的發(fā)生必須具備三個基本條件：首先應(yīng)該具有騷擾源；其次有傳播干擾能量的途徑和通道；第三還必須有被干擾對象的響應(yīng)。 三個條件只要有一個不成立，那么干擾也不會發(fā)生。

對于騷擾源的抑制措施主要是精心設(shè)計電路及電路板從而控制電磁場輻射的大小。對于被干擾對象來說，要提高抗干擾能力，抑制干擾的措施主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。切斷這兩個條件主要從零部件設(shè)計角度出發(fā)。對于整車廠來說， 除要求零部件廠嚴(yán)格按照要求設(shè)計、生產(chǎn)合格的產(chǎn)品外，整機廠主要從切斷干擾的傳播路徑入手。

電磁騷擾的路徑一般有以下幾種：

1）電流耦合

又稱公共阻抗耦合， 這是常見的一種耦合方式。常發(fā)生在兩個電路的電流有共同通路的情況。

公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。

圖 1 是其中一種情況，公共地阻抗。由于公共阻抗 Z 的存在，設(shè)備 1 工作時，會影響到設(shè)備 2 上的運行。特別是公共阻抗 Z 隨著工作頻率的升高，一般大于 10kHz 時，Z 的阻抗將顯著增加，而導(dǎo)致設(shè)備 2 影響嚴(yán)重。防止這種耦合應(yīng)使耦合阻抗趨近于零、 使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。

2）電容耦合

又稱電場耦合或靜電耦合， 是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。

從圖 2 可以看出， 干擾源的高頻工作會感應(yīng)電壓到控制單元的傳感器線路上， 從導(dǎo)致傳感器電壓失真。耦合電壓與工作頻率的關(guān)系可從圖 3看出，頻率升高，耦合電壓變大，最終會穩(wěn)定于一恒定值。

電容耦合的抑制措施有：使導(dǎo)線盡量短，使耦合電容盡量小， 線間距離盡量大， 并避免平行走線。對感染源和被感染對象進行電屏蔽。

3）電感耦合

電感耦合又稱電磁感應(yīng)耦合或磁場耦合。是由于內(nèi)部或外部空間電磁場感應(yīng)的一種耦合方式。

電感耦合和電容耦合有類似通道。其抑制措施也相似：使導(dǎo)線盡量短，線間距離盡量大，并避免平行走線并縮小電流回路面積，使互感量小。

被干擾的導(dǎo)線環(huán)在干擾場中的放置位置方位應(yīng)使它對感染磁場的磁力線最小。對感染源和被感染對象進行屏蔽。將一個電流的回路線間繞成極性交錯的若干局部耦合環(huán)， 使之沿導(dǎo)線長度方向的符合交變的局部耦合信號彼此相抵消。

4）輻射耦合

電磁場的輻射也會造成干擾耦合， 是一種無規(guī)則的干擾。這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號傳輸線較長時，它們能輻射干擾波和接收干擾波，稱為大線效應(yīng)。特別是當(dāng)線長是λ/4 波長的整數(shù)倍時，會產(chǎn)生諧振，耦合最嚴(yán)重。因此線長應(yīng)避免是 λ/4 波長的整數(shù)倍。圖 6 中傳感器電路就會受到外部發(fā)生器的輻射耦合的干擾。

輻射型耦合的抑制有 3 種基本形式：電子濾波、機械屏蔽和干擾源抑制。根據(jù)以上電磁耦合的方式，在整車設(shè)計中，需要注意以下事項：

信號線與電源線分離或滿足最小距離要求或垂直成 90°；

信號線長度避免是防護頻率波長.λ/4 的整數(shù)倍；

采用低阻值電線；

信號線間避免絞接；

下列信號線采用雙絞線：安全氣囊傳感器；ABS 傳感器（輪速傳感器）；總線系統(tǒng)（動力總成 CAN，低速 CAN）診斷線；LF 信號線（收音機到放大器或揚聲器）。

下列信號線采用屏蔽線：；AM/FM HF 線（天線放大器到收音機）；GSM 電話天線;TV 天線；GPS；導(dǎo)航系統(tǒng)；AUX-In 系統(tǒng)；USB 線；藍牙天線；PKE 天線；克風(fēng)天線；LCD 屏到收音機線（RGB 信號）。

采用光纖；

采用正確接地方式；將模擬地與電源地、數(shù)字地等分開；；將騷擾系統(tǒng)可靠接地；;在底盤上正確選擇接地點；；屏蔽線要可靠接地；；接地連接最好是星型連接、樹形其次，避免環(huán)形連接，（參見圖 7）；采用專用接地線接地，減小接地電阻。

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設(shè)計案例

本公司在開發(fā)一款油電強混型混合動力客車碰到一些電磁干擾問題。現(xiàn)通過油門信號受干擾一例介紹處理干擾時的一些措施。該混合動力客車，由發(fā)動機、ISG（Integrated Starter Generator）電機、 主電機等構(gòu)成。?

油門踏板信號送給整車控制器，整車控制器根據(jù)油門踏板開度、車速等信息綜合判斷后，給發(fā)動機、ISG 電機、主電機發(fā)出控制信號。發(fā)動機油門信號包括發(fā)動機接收到的整車控制器輸出的油門電壓及發(fā)動機油門怠速開關(guān)狀態(tài)信號。而發(fā)動機油門信號是 0~5V 的弱電信號，在整車控制器給發(fā)動機傳輸油門信號的線束途徑上，油門電壓信號很容易受到外部電機、電機控制器等強電部件工作時的電磁輻射的影響。實際路試中，發(fā)動機經(jīng)常報油門故障，即怠速開關(guān)信號和發(fā)動機油門信號電壓值不匹配。?

該款客車配置的發(fā)動機 ECU 接收油門信號和怠速開關(guān)信號，油門信號和怠速開關(guān)信號必須匹配。如果 ECU 接收到的怠速開關(guān)為怠速狀態(tài)， 但接收到的電壓是非怠速電壓，則 ECU 會認為油門信號和怠速開關(guān)信號不匹配，繼而會報油門故障；同理，如果 ECU 接收到的是非怠速開關(guān)信號， 而接收到的是怠速油門電壓，則兩者也不匹配，發(fā)動機 ECU 也會報油門錯誤故障。

整車控制器發(fā)出油門電壓和怠速開關(guān)信號給發(fā)動機 ECU，它們是匹配的，但由于整車控制器到發(fā)動機 ECU 的油門線束會受到干擾的影響，發(fā)動機油門信號將被抬高或降低，這樣到發(fā)動機 ECU 的油門信號就有可能和怠速開關(guān)信號不匹配，導(dǎo)致發(fā)動機 ECU 報故障。

實際上，該油門線束是屏蔽線，且單點接地，但測量后發(fā)現(xiàn)油門信號受到較強的電磁干擾。圖8 是 通 過 發(fā) 動 機 OBD （On-Board Diagnostics）軟件，采集的發(fā)動機油門電壓，可以看出油門信號有許多毛刺，期間發(fā)動機會報油門 10012 故障。

后來發(fā)現(xiàn)， 電機控制器用絕緣子和車架隔離了，電機控制器沒有和車架直接連接。原來，電機控制器與車身骨架采用了二級絕緣， 以保證高壓安全（控制器高壓部分有 600V 直流電），但這和EMC 的設(shè)計正好相悖。

在通過高壓電整車安全測試后，采取取消絕緣子，讓電機控制器直接和車架直接相連， 高壓電安全可以通過控制器本身的絕緣和絕緣監(jiān)測系統(tǒng)來保證。圖 9 是控制器外殼接地后的效果，可以看到，油門信號已經(jīng)比較穩(wěn)定。

總結(jié)

本文從整車角度討論了整車開發(fā)中需做的 EMC 試驗，并分析了電磁耦合的 4 種方式，給出了整車 EMC 設(shè)計中需要注意的問題，最后給出了一個混合動力發(fā)動機油門干擾的工程實例。該例表明，EMC 措施使用恰當(dāng)， 有效解決了發(fā)動機油門干擾的問題。

編輯：黃飛