汽車電器的電磁兼容環境應是一個設備共存
、互不幹擾的環境, 這就要求係統

具備良好的EMI和EMS 特性。造成電器功能降級或失效的電磁幹擾的發生必須同時具備3個要素: 幹擾源、耦合途徑以及敏感設備，而要從根本上解決電磁兼容問題就必須采取各種方式抑製幹擾源、阻斷耦合途徑以及提高敏感設備的抗擾度。下麵將對 燃料電池汽車整車控製器電磁兼容性問題進行分析研究
；介紹汽車電子零部件必做的電磁兼容性試驗

，並對相關試驗結果進行分析。

 

 

燃料電池汽車（FCV-Fuel Cell Vehicle）其車載騷擾源為燃料電池發動機
、燃料電池堆高壓係統、DC/DC、輔助電池充放電、動dong力li傳chuan動dong等deng。電dian壓ya和he電dian流liu的de快kuai速su暫zan態tai會hui產chan生sheng輻fu射she和he噪zao音yin，距ju離li這zhe些xie設she備bei較jiao近jin的de電dian子zi設she備bei有you可ke能neng產chan生sheng故gu障zhang，特te別bie是shi電dian機ji驅qu動dong模mo塊kuai的de快kuai速su整zheng流liu、電機啟動
、高壓輻射更會引起較高場強的傳導及輻射騷擾。因此對燃料電池汽車進行EMC設計時，可以根據電磁場的產生和傳播原理對主幹擾源
、敏感元及傳遞途徑進行理論研究，建立汽車環境中的EMC數學模型，通過對模型研究和仿真分析，提供實際汽車係統的EMC預期指標。

 

汽車環境中的EMC數學模型 

 

根據電磁場的特性、Maxwell方程、汽車外形等，建立空間電磁場分布數學方程，並以此為基礎
，建立汽車EMC數學模型。模型要求可方便改變汽車外形參數

，幹擾源的數量、位置（汽車內部位置、外部位置）及各自的頻段和強度
，模型要考慮汽車外殼的局部電磁屏蔽功能和多次反射折射（透射）的影響。 

 

汽車EMC的仿真分析 

 

根據汽車EMC數學模型
，對主幹擾源
、敏感元件等進行仿真分析
，顯示空間電磁場的分布，定點頻率幅值曲線。研究汽車工作環境的EMC各種預防方法的優缺點
，抑製騷擾產生和傳播的措施等
，輸出各種方法的對比曲線。 

 

建立的數學模型，必須經過3 個以上實際係統的仿真分析，仿真分析結果與實際檢測的結果要有一致性，具體點最大誤差不超過±5dB。在此基礎上，再進行FCV的電磁兼容設計。初期電磁兼容設計應進行以下研究： 

 

 

車(che)輛(liang)在(zai)行(xing)駛(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，幹(gan)擾(rao)源(yuan)有(you)兩(liang)種(zhong)

，一(yi)種(zhong)是(shi)車(che)外(wai)輻(fu)射(she)騷(sao)擾(rao)源(yuan)，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)車(che)載(zai)騷(sao)擾(rao)源(yuan)。其(qi)表(biao)現(xian)形(xing)式(shi)主(zhu)要(yao)依(yi)據(ju)幹(gan)擾(rao)源(yuan)的(de)頻(pin)譜(pu)特(te)性(xing)，如(ru)無(wu)線(xian)電(dian)台(tai)

、接收機、工業高頻發生器等窄頻帶幹擾源；平行駛過的內燃機汽車、高空（地下）高壓線、整流馬達等間歇性寬帶幹擾源；靜電放電、雷電電磁脈衝等瞬態寬帶幹擾源。 

 

對(dui)於(yu)車(che)外(wai)幹(gan)擾(rao)源(yuan)
，無(wu)法(fa)采(cai)取(qu)主(zhu)動(dong)的(de)防(fang)護(hu)措(cuo)施(shi)
，所(suo)以(yi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)對(dui)於(yu)整(zheng)車(che)所(suo)要(yao)設(she)計(ji)的(de)是(shi)被(bei)動(dong)防(fang)護(hu)設(she)計(ji)
，即(ji)從(cong)傳(chuan)播(bo)方(fang)式(shi)和(he)增(zeng)強(qiang)防(fang)護(hu)能(neng)力(li)考(kao)慮(lv)。對(dui)於(yu)車(che)載(zai)幹(gan)擾(rao)源(yuan)，可(ke)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)、緩衝器
、軟開關的方式來抑製幹擾。 

 

電磁耦合的途徑主要有：以阻性、容性為特性的電耦合
；以感性為特征的磁耦合；以高頻輻射為特征的射線耦合。燃料電池發動機的啟動及加速

、輔助電源的充放電、動力傳動係統的電機驅動器等會以電耦合的方式幹擾附近器件或發出傳導騷擾，幹擾電源線以及車載無線電等通訊、娛樂部件。燃料電池堆高壓係統、DC/DC等器件在工作模式轉換時會產生很強的射頻輻射，超出標準限值，對外界造成射線汙染。

 

在燃料電池汽車上，一些無線電裝置

、音頻/聲頻娛樂係統、導航及一些低壓
、微信號控製部件都屬於電磁敏感器件，暫態幹擾及靜電放電都會對其產生損壞性，根據幹擾源的特點
，可采取屏蔽
、擴頻
、共地等方法
，增強電磁防護能力。

 

 

整車控製器（VMS
，vehicle management Syetem），即動力總成控製器。作為汽車的指揮管理中心，動力總成控製器主要功能包括：驅動力矩控製、製動能量的優化控製
、整車的能量管理、CAN網絡的維護和管理、故障的診斷和處理
、車輛狀態監視等，它起著控製車輛運行的作用。 

 

由於整車控製器應用環境幹擾嚴重，存在多種噪聲和耦合方式；因此除了完善的功能外
，還應該有較強的抗幹擾能力。可以運用下述電磁兼容設計方法對其進行 幹擾抑製。 

 

（1）接地 

整車控製器的接地以抗外界幹擾為主要目的
，屬於信號接地。它采用了“滿接地”方(fang)式(shi)
，即(ji)在(zai)除(chu)傳(chuan)輸(shu)導(dao)線(xian)及(ji)元(yuan)器(qi)件(jian)所(suo)占(zhan)用(yong)的(de)地(di)方(fang)以(yi)外(wai)，全(quan)部(bu)接(jie)地(di)
，這(zhe)樣(yang)既(ji)減(jian)少(shao)了(le)地(di)阻(zu)抗(kang)，同(tong)時(shi)也(ye)起(qi)到(dao)了(le)屏(ping)蔽(bi)作(zuo)用(yong)。由(you)於(yu)信(xin)號(hao)線(xian)與(yu)地(di)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)僅(jin)為(wei)線(xian)路(lu)板(ban)層(ceng)間(jian)距(ju)離(li)。高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)總(zong)是(shi)選(xuan)擇(ze)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)最(zui)小(xiao)的(de)路(lu)徑(jing)流(liu)動(dong)，因(yin)此(ci)
，實(shi)際(ji)的(de)電(dian)流(liu)總(zong)是(shi)在(zai)信(xin)號(hao)線(xian)正(zheng)下(xia)方(fang)的(de)地(di)線(xian)麵(mian)上(shang)流(liu)動(dong)。這(zhe)樣(yang)
，自(zi)然(ran)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)最(zui)小(xiao)的(de)信(xin)號(hao)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)
，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)了(le)差(cha)模(mo)輻(fu)射(she)。

 

（2）隔離 

 

整車控製器的電磁隔離采用了輸入、輸出全光電隔離。光電耦合器的輸入阻抗很低（一般為100 ～1000Ω），幹擾很大，因此傳輸到光電耦合器的幹擾電壓就變得很小了；並bing且qie幹gan擾rao源yuan的de內nei阻zu都dou很hen大da
，雖sui然ran可ke以yi產chan生sheng一yi定ding的de幹gan擾rao電dian壓ya，但dan能neng量liang較jiao小xiao，隻zhi能neng形xing成cheng微wei弱ruo的de電dian流liu，而er光guang電dian耦ou合he器qi的de發fa光guang二er級ji管guan隻zhi有you通tong過guo一yi定ding的de電dian流liu才cai發fa光guang，因yin此ci
，即ji使shi是shi電dian壓ya的de幅fu值zhi很hen高gao的de幹gan擾rao
，由you於yu沒mei有you足zu夠gou的de能neng量liang，也ye不bu能neng使shi二er級ji管guan發fa光guang，幹gan擾rao就jiu被bei抑yi製zhi了le
；光電耦合器是在一個密封的管殼內進行的，不受外界的影響。 

 

（3）濾波 

 

傳chuan感gan器qi故gu障zhang和he外wai部bu信xin號hao幹gan擾rao是shi引yin起qi整zheng車che控kong製zhi器qi工gong作zuo失shi常chang的de重zhong要yao因yin素su。對dui於yu模mo擬ni信xin號hao
，由you於yu正zheng常chang工gong作zuo時shi所suo輸shu出chu的de信xin號hao都dou有you一yi定ding範fan圍wei，因yin此ci在zai電dian磁ci兼jian容rong設she計ji時shi，常chang對dui模mo擬ni量liang采cai用yong低di通tong濾lv波bo器qi
，阻zu止zhi高gao頻pin信xin號hao通tong過guo。當dang存cun在zai高gao速su跳tiao變bian的de數shu字zi信xin號hao時shi，會hui產chan生sheng阻zu抗kang噪zao聲sheng，在zai整zheng車che控kong製zhi器qi電dian磁ci兼jian容rong設she計ji中zhong，常chang采cai取qu在zai控kong製zhi器qi電dian源yuan端duan口kou加jia入ru濾lv波bo器qi的de方fang式shi來lai抑yi製zhi電dian源yuan端duan的de噪zao聲sheng
，其qi中zhong大da容rong量liang的de電dian容rong負fu責ze進jin行xing高gao通tong濾lv波bo，小xiao容rong量liang的de電dian容rong負fu責ze進jin行xing低di通tong濾lv波bo。 

 

（4）PCB設計 

 

整車控製器的電路模板采用了六層電路板的設計，相對於雙麵 PCB 而er言yan，多duo了le地di線xian層ceng和he電dian源yuan層ceng，電dian源yuan平ping麵mian應ying靠kao近jin接jie地di平ping麵mian，並bing且qie安an排pai在zai接jie地di平ping麵mian之zhi下xia。這zhe樣yang接jie地di平ping麵mian可ke以yi對dui電dian源yuan平ping麵mian上shang分fen布bu的de輻fu射she電dian流liu起qi到dao屏ping蔽bi作zuo用yong。電dian源yuan層ceng、以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合。兩層信號走線之間的串擾小
；電源層 和地線層之間距離較小，因此阻抗很小，適合於電源噪聲解耦。 

 

（5）其他方法 

 

xuanyongjichengdugaodeyuanqijiannenggoujianshaodianlubanshangyuanqijiandeshumu，keyijianshaoguzhanglvheshouganraodegailv。yuanqijiandejiangeshiyong。jiangeshejijiushishiyuanjianzaidiyuqiedingyinglixiagongzuo。yingxiangxitongyunxingkekaoxingdeyingliyou：電應力（電壓、電流、功率和頻率等）、溫度、機械應力。當工作應力高於額定應力時，失效率就會增加。合理的降額是提高元器件和零部件可靠性的有效方式。

 

 

3.1 騷擾電壓發射試驗 

 

根據騷擾電壓的傳播途徑分為傳導騷擾和輻射騷擾。 

 

兩項試驗參考標準均為GB 18655—2004或CISPR25∶2004
，即《 保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值與測量方法》。 

 

3.1.1 傳導騷擾電壓發射試驗

 

 

注：1為ECU;2為測試反饋線;3為風扇負載;4為人工電源網絡;5為蓄電池;6為N 線（數據線連接）。 

圖1 圖傳導騷擾電壓試驗布置 

 

根據GB 18655—2004第一部分第四章《對車輛和零部件/模塊發射測量的一般要求》
、第6章《僅用於零部件/模塊試驗的試驗設備》和第三部分第11章《零部件/模塊的傳導發射》、第三部分第12章《零部件傳導騷擾限值》的內容，該試驗用於測量ECU電源線上產生的傳導電場幹擾的強度

，保證其不超過規定的限值(表1)。 

 

表1 表傳導騷擾電壓限值

 

試驗結果如2圖所示，在500kHz左右的低頻率段有部分超出等級2的限值，在50MHz到100MHz高頻段超出等級2限值。 

 

3.1.2 輻射騷擾電壓發射試驗

 

 

圖2 圖傳導騷擾試驗結果

 

注：1為ECU;2為2m電源線;3為接受天線;4為吸波屏蔽室;5為人工電源網絡。（a）高頻段

注：1為柱狀接收天線。（b）低頻段 

圖3 圖輻射騷擾電壓試驗布置 

 

根據GB 18655—2004第一部分第四章《概述之對車輛和零部件/模塊發射測量的一般要求》、第六章《概述之僅用於零部件/模塊試驗的試驗設備》和第三部分第13章《車輛零部件和模塊的測量之零部件/模塊的輻射發射》
、第14章《車輛零部件和模塊的測量之零部件輻射騷擾限值》的內容
，該試驗用於測量ECU輻射的電場幹擾的強度，保證其不超過規定的限值(表2)，同時不影響車輛內的其他電子係統。

 

表2 表輻射騷擾電壓限值 

 

試驗結果如圖4、圖5和圖6所示
，被測設備ECU在低頻段符合限值標準
，在高頻段垂直極化40MHz和70MHz左右的位置超過等級2的限值。

 

圖4 圖低頻段輻射騷擾試驗結果（0.15~6.2MHz）

 

圖5 圖高頻段輻射騷擾試驗結果（30~1000MHz，水平極化）

 

圖6 圖高頻段輻射騷擾試驗結果（30~1000MHz，垂直極化） 

 

3.2 大電流注入試驗

 

         ① 1~10MHz時步長為1MHz

         ② 10~200MHz時步長為2MHz

         ③ 200~400MHz時步長為20MHz

 

 

圖7 圖大電流注入試驗布置 

 

kongzhiqicaiyongjinshuwaikefengzhuang
，duiwaijiediancichangfusheqidaojiaoqiangdekangganraozuoyong，yinci
，zuidadeganraokenengshigezhongfankuilianjiexianshangtongguofushehuochuandaodefangshiduikongzhiqichanshengdeganrao。benxiangshiyanliyongdianliuzhurutantouzhijieganyingzailianjiexianshushangduibeiceshebeijinxingkangraoxingshiyan。 

 

根據ISO 11452∶2004第四部分《大中電流注入》的內容，該試驗用於檢驗當線束由輻射電磁場產生共模電流時ECU的抵抗能力。試驗結果見表3 。 

 

表3 表大電流注入試驗結果

 

3.3 電源線傳導電瞬變幹擾試驗

 

         ① 針對電源線試驗，按ISO 7637的1，2a，2b，4
，5等5種方式進行試驗
；

 

         ② 針對CAN和I/O端口線進行試驗，按ISO 7637的3a，3b方式進行試驗。

 

注：1為波形發生器；2為波形控製終端；3為電源線；4為被測設備；5為被測設備監控終端。

圖8 圖電源線傳導電瞬變幹擾試驗布置 

 

由於同一供電回路中其他電器（或設備）在工作過程中會產生瞬態騷擾脈衝群，而某些大功率電機（如空調，風扇）在開啟或閉合時，會產生瞬態騷擾脈衝浪湧， 從(cong)而(er)引(yin)起(qi)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)的(de)降(jiang)低(di)，這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)會(hui)影(ying)響(xiang)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。另(ling)外(wai)發(fa)動(dong)機(ji)起(qi)動(dong)電(dian)機(ji)勵(li)磁(ci)時(shi)候(hou)，會(hui)引(yin)起(qi)整(zheng)個(ge)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)的(de)降(jiang)低(di)，也(ye)對(dui)控(kong)製(zhi)器(qi)造(zao)成(cheng)直(zhi)接(jie)幹(gan)擾(rao)
，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)此(ci)項(xiang)試(shi)驗(yan)，來(lai)驗(yan)證(zheng)統(tong)一(yi)供(gong)電(dian)回(hui)路(lu)中(zhong)各(ge)種(zhong)控(kong)製(zhi)器(qi)工(gong)作(zuo)時(shi)有(you)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)多(duo)種(zhong)瞬(shun)態(tai)脈(mai)衝(chong)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。 

 

根據標準ISO 7637∶2004第二部分《針對電源線的瞬態傳導幹擾》的內容，該試驗項目用於檢驗ECU抵抗瞬變傳導電磁場幹擾能力。 

 

圖9為測試波形脈衝3b時的電壓瞬變幹擾波形，測試結果見表4。

 

圖9 圖電壓瞬變幹擾波形 

 

表4 表電源線傳導電瞬變幹擾試驗結果

 

3.4 靜電放電抗擾度試驗

 

 

圖10 圖靜電放電試驗布置 

 

由於人體或其它物體接近或接觸電器裝置的表麵時，會出現靜電高壓放電所產生的大電流、高(gao)電(dian)壓(ya)和(he)強(qiang)磁(ci)場(chang)，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)對(dui)電(dian)器(qi)功(gong)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)甚(shen)至(zhi)使(shi)其(qi)功(gong)能(neng)喪(sang)失(shi)，因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)車(che)載(zai)總(zong)成(cheng)控(kong)製(zhi)器(qi)必(bi)需(xu)進(jin)行(xing)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)抗(kang)擾(rao)度(du)試(shi)驗(yan)。測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)見(jian)表(biao)5。 

 

表5 表靜電放電抗擾度試驗結果 

 

根據ISO 10605第五部分《電子模塊的試驗方法》的內容，該試驗用於檢驗ECU抵抗人身體產生靜電放電的能力。本文的試驗項目中采用的是非接觸放電。

 

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