汽车工业的快速发展,带动了汽车电子设备的技术进步。随着汽车电子设备在车辆上的不断增多,电磁干扰问题日益凸显。如车载移动通讯、卫星通信等无线电设备,很容易受到电磁干扰的影响。另外,高压输变电站、发射塔、摩擦产生的静电等,也可能随时干扰车辆的正常运行。因此,如何解决车辆的电磁兼容问题,成为汽车业的一个新课题。

随着现代电子技术在汽车上的大量应用,传统意义上的机械式汽车被现代电子化汽车所取代,各种电子电器产品已占汽车总成本的30%,甚至更多,而且这种趋势还在不断发展。

中国北方车辆研究所电磁兼容实验室主任 赵晓凡:

电子技术的应用,在解决汽车的经济性、安全性、舒适性等方面起着非常重要的作用,然而,众多电子产品的开发与应用,也给汽车行业带来了一个不容忽视的重要课题—-汽车电磁兼容的研究。

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电磁兼容技术是由电磁干扰引出的一项新技术。它是指电气装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰,工作在指定环境中的能力。要想解决电磁兼容问题,首先就要找到汽车电磁环境中的干扰源。干扰源可以分为车内干扰源和车外干扰源。

企业要重视电磁兼容测试工作

电磁干扰源

“安全对车辆来说是最重要的,就算有千分之一的潜在危险也要用十万分的努力去消除。”中国北方车辆研究所电磁兼容实验室主任赵晓凡说,“近几年,陆续发生的一些汽车安全事故。如某款轿车在通过收费站时安全气囊突然引爆,某款轿车的DVD、导航仪和倒车雷达的集成装置经常出现死机等问题,这类事故的潜在原因可能与电磁干扰相关。但是相关部门对此类问题重视程度不够,故障原因追查也不够彻底。”

车内干扰源

如何解决车辆的电磁兼容问题,随着现代电子技术在汽车上的大量应用云顶娱乐。赵晓凡在介绍北方车辆研究所电磁兼容实验室职能时说,电磁兼容实验室检测的车辆绝大多数是军用特种车辆和出口车辆。军队对特种车辆性能要求高,对电磁兼容问题非常重视,不仅车上的各个零部件都要经过电磁兼容性检测,而且整车装配后还需要对整车电磁兼容性进行全面考核。按照国外准入法规的规定,出口车辆必须进行电磁兼容测试。现在许多国家特别是多数发达国家对进口车辆制定了电磁兼容方面的法规,甚至工程机械类车辆在出口前也要进行电磁兼容方面的测试。目前,我国汽车企业进行整车全面电磁兼容检测的不多,主要原因是整车抗扰度测试不在国家车辆测试的强制标准中,所以有的厂家认为投入大量资金和设备防止电磁干扰意义不大。

是指车上各种电子电气系统产生的电磁干扰。电子电器设备产生的电磁干扰是由于汽车上使用的电子产品中有许多导线、线圈和带有触点的电器,都具有不同的电容和电感,而任何一个具有电感和电容的闭合回路都会形成振荡回路。当电器设备工作产生火花时,就会产生高频振荡并以电磁波形式发射到空中,对汽车上及周围数百米范围内的收音机、电视机和其它无线电装置的正常工作,产生不同程度的干扰。汽车产生的干扰不但会影响外界的电子电器设备的正常工作,而且会影响自身电子电器设备的正常工作,因此,电子环境干扰会对电子产品的性能产生不利的影响,甚至会导致其功能丧失。

赵晓凡认为,出现电磁干扰现象的原因主要有两个方面:一是汽车上安装的电子产品集中度过高,对其他零部件产生干扰。如某款大客车在检测中出现电磁兼容问题,经过研究发现它配备了国内顶尖的车内电视,不仅有电视功能,还可以听广播、进行导航。正是由于功能的集中度高,设计时没有考虑电磁兼容问题,不仅容易对其他灵敏度较高的电子设备产生干扰,而且在抗干扰设计方面也存在一定的缺陷,造成电磁兼容测试不合格。二是电子模块布置缺乏总体设计理念。测试中经常发现企业采购的零部件都通过了电磁兼容测试,在整车测试中却存在问题。这说明我国在汽车设计方面还很薄弱,在制定零部件全车布置方案时,没有考虑电磁干扰问题。

汽车的无线电干扰源主要是发动机的点火系统,其干扰波来自点火系统次级电压的高频振荡。其次,在发电机负载电流突变和整流时也会产生电磁波。起动机、发电机、闪光器、触点式电磁振动电喇叭、雨刮器、仪表系统等也都会产生较小的传导干扰和辐射干扰的电磁波。

赵晓凡说:“一般情况下,企业的质量监管部门负责电磁兼容测试工作,由于一些人员对设计不熟悉,只能将最后的结果告诉设计部门,而不能改善设计方案。最近,我们邀请一些设计师参与实验室的测试,通过分步试验测试,让他们了解发生电磁干扰产生的位置和发生的原因,便于设计师改进设计。”

汽车电器产生的干扰电磁波具有脉冲特性且频带较宽,其频率一般在0.15~1 000
MHz之间。汽车电器产生的干扰电磁波,分传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰电磁波,是通过汽车导线直接输入无线电设备和电子设备内部的,而辐射干扰电磁波则是在空间传播,通过天线(如点火系高压线就相当于天线)输入无线电设备内部。

赵晓凡说:“中国北方车辆研究所电磁兼容实验室总投资5000多万元,目前可以开展各类车辆的电磁兼容测试。现在许多研究院所也在建设整车电磁兼容实验室。”为了避免重复投资和建设,赵晓凡建议,有关部门应加强规划,不要建设同一水平的实验室,让每个整车电磁兼容实验室都有自身的特点。只有企业与专业的电磁兼容研究机构紧密结合,共同探索,才能促进车辆电磁兼容性研究的快速发展。

车外干扰源

中国汽车技术中心研究员、汽车电子与电磁兼容分标委副主任 徐 立:

由自然现象、社会环境等引起的外部电磁干扰对汽车电子系统的影响也较为严重,外部电磁干扰是指人为的各种电器设备,如:高压输电线、电车轨道附近、广播电视设备及无线电通讯设备等所辐射出来的对汽车起干扰的电磁辐射及由雷电等自然现象引起的电磁干扰。

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国外汽车电磁兼容研究现状

自主品牌企业解决电磁兼容问题困难多

目前,世界上汽车发达国家对汽车电磁兼容研究已经取得了一些成就,形成了一套汽车电磁兼容体系。这主要表现在:具有较为完善的汽车电磁兼容测试标准和规范;具有有效的对汽车整车和零部件进行电磁兼容检测、管理和认证的机构;具有高精度的汽车电磁兼容测试系统;研制出了大型的汽车电磁兼容预测、分析和设计软件。第三方测试认证机构、汽车研究机构等也都开展了汽车电磁兼容方面的研究,并相继建立了自己的电磁兼容实验室。

“随着中国汽车工业快速发展,中国汽车自主品牌企业已经认识到,要成为国际知名企业就必须研发中高档汽车,只有中高档车才能代表一个企业的实力,体现一个企业的技术水平。相对于低档车,中高档车的显著特点就是安全性、可靠性、舒适性显著提高。许多人以为把安全气囊、ECU、DVD、倒车雷达、自动导航系统等加在一起就是高档车,这是一种片面认识。中高档车需要这些设备提升安全性、可靠性,更需要这些电子设备有良好的兼容性。如果电子设备之间的电磁兼容问题处理不好,反而会影响汽车的安全性和可靠性。”中国汽车技术研究中心研究员、汽车电子与电磁兼容分标委副主任徐立说。

1.较完善的汽车EMC标准规范。国际标准化组织、国际电工委员、国际无线电干扰特别委员会、美国汽车工业协会、德国标准、德国电气工程师协会等组织均在其文件中规定了抗干扰检测的干扰类型及严格等级,几乎所有的汽车制造商和汽车电子产品的生产厂家均接受这些标准或把这些标准增补为自己的企业标准。

徐立表示,国内汽车企业越来越重视汽车电子兼容问题。在新车试验中,如果出现电磁兼容问题,厂家都会立即调查事故原因,之后要求对应的零部件供应商进行改进。在生产过程中,企业逐步建立和完善自身的电磁兼容标准,如一些企业参照欧美一些国家的电动机车方面的标准,更多企业则委托国外专业机构为企业制定电磁兼容标准。

2.众多大型的EMC实验室。德国大众从1965年起,开始建立了露天的汽车防无线电干扰试验台,到7O年代不断改进和完善,1978年引进了较先进的测试设备,1985年大力推进汽车电磁兼容中心体系的筹建工作,1987年全新的汽车电磁兼容中心竣工。法国PSA公司电磁兼容实验室共有三个暗室:一个用于整车,一个用于零部件和车用接收机调整,另外一个专门用于零部件测试。测试整车的暗室尺寸为15.5
mX 10 mX 6 113,转台直径8.4113,轴距调整范围为2 000~3 700
mm。欧洲各国EMC实验室总计上百个,其它拥有大型汽车EMC实验室的机构有德国宝马汽车公司、奥迪汽车公司、法国u—TAC、英国汽车工业研究会、意大利菲亚特等。

徐立说,中国自主品牌汽车只发展短短几十年,以目前的经济实力和技术条件很难从根本上解决电磁兼容问题。主要面临两个方面困难:在经济方面,以目前自主品牌的资金条件只能进行消费者比较关心的碰撞试验、排放试验等,还没有能力在电磁兼容方面投入较大的资金。在技术方面,虽然自主品牌对电磁兼容技术一直潜心研究,但在技术攻关时存在许多瓶颈问题,目前仍没有取得实质性进展。原因有两个:一是软件问题。由于国外企业封锁关键技术,我国还没有完全掌握整车系统的电磁兼容技术,处于摸索阶段。以ABS系统为例,博世、大陆等零部件供应商供应ABS系统后,会派技术人员指导整车匹配,提供避免电磁兼容问题的办法,但不会告知这样做的理由,这给自主品牌企业自主研发带来很大困难。二是硬件问题。汽车电磁兼容的测试分零部件、分系统和整车网络测试,虽然采购的零部件通过了电磁兼容测试,但不代表在分系统和网络方面没有问题。受整车电磁兼容测试方面实验条件的限制,我国处理电磁兼容问题的经验非常欠缺。

3.开展汽车EMC预测研究。汽车电磁兼容研究以前基本局限在试验上,但是随着电动汽车和混合驱动汽车的出现,以及汽车电气系统的迅速增加,信号频率的不断提高,汽车电磁兼容问题越来越成为汽车制造商很重的一个负担。为提高解决问题的效率,降低成本,把数字建模和数字仿真技术应用到汽车电磁兼容研究上,正成为汽车电磁兼容研究的一个热点。

总体来说,我国自主品牌汽车企业在电磁兼容方面与国外存在较大的差距。希望我国自主品牌企业在这方面增加投入,尽快吸收消化国外技术,提高自身的技术水平,同时重视培养汽车电磁兼容研发人员队伍。

国内汽车电磁兼容研究概况

北方工业大学教授、电动车辆专业委员会秘书长 孙 力:

我国汽车电磁兼容技术研究工作起始于汽车电磁干扰特性测量的研究。2O世纪8O年代初,开始对汽车电磁干扰特性进行摸底测量试验。1994年,中国汽车技术研究中心在国内率先开展了对汽车无线电干扰特性测量,并对全国各型汽车进行了摸底普查。普查结果统计,合格率仅为24%,相当部分不合格的车辆属于严重超标。从2O世纪9O年代,我国开始控制汽车无线电干扰,国内各汽车检测机构、生产企业纷纷购置了电磁干扰接收机系统,用于研究测试汽车无线电干扰水平,并加以控制。包括天津汽车检测中心、重庆国家客车质量监督检验中心在内的国家级汽车检测机构均具备电磁干扰检测能力。此后,国内开展了汽车及其部件的电磁兼容技术研究,开始研究并建设大型电磁兼容实验设施。2001年3月中国汽车技术研究中心电磁兼容检验实验室通过了中国实验室认可委员会认可,标志着我国汽车电磁兼容试验技术工作有了新的发展。中国汽车技术研究中心电磁兼容实验设施包括野外开阔场、电磁波暗室、传导屏蔽室、放大器室和测量控制系统。电波暗室作为电磁兼容实验室的主体,可以实现室内的电磁场具有均匀性和衰减性,可以模拟室外开阔场地的电磁分布,完成与电磁场相关的各种试验。该实验室通过了美国SIS检测机构的测试,性能指标达到国际相关标准的技术要求。

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从国内情况来看,由于我国汽车工业整体水平落后,对汽车电磁兼容性的重要性认识不足,因此,对电磁兼容的研究还很少。汽车电磁兼容法规不健全,而且执行也不够严格。1992年我国颁布了GB14O23—92《车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电干扰特性的测试方法及允许值》强制性国家标准,对汽车向环境辐射的电磁波干扰作了限制。1998年颁布了GB
17619—98《机动车电子电器组件的电磁辐射特性限值和测量方法》。2001年发布了GB/T
18387-2001《电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法宽带9 kHz~30 MHz》。

电磁干扰问题应引起汽车零部件行业高度重视

未来发展趋势

北方工业大学教授、电动车辆专业委员会秘书长孙力认为,我国汽车电磁兼容技术的研究相对滞后。他说:“国外研究汽车电磁兼容问题已有多年了,我国汽车电子技术的研发起步晚,近几年才提出这个问题,开展相关研究工作。”

随着汽车电子化程度的提高,汽车电磁兼容技术作为汽车技术的一个重要分支正在确立。人们关心和重视汽车电磁兼容性的程度正在提高。我国汽车电磁兼容技术标准化进程将会加快,新的国家标准会不断地制定,旧标准也会不断地被修订。未来2年内将要制定的国家标准有:GB《道路车辆一由传导和耦合引起的电骚扰限值和测量方法》;GB《道路车辆一由静电放电引起的电磁骚扰限值和测量方法》;今后一段时期,将重点开展汽车零部件的电磁兼容性研究与测试,以推动国内汽车电子电器部件技术的加速发展,提高国内企业汽车电子电器部件的生产水平,加快我国汽车生产的国产化进程在汽车电子电器部件的电磁兼容技术取得阶段性成果的基础上,我们将加强汽车整车的电磁抗扰性研究与测试,赶上国际汽车技术发展水平,提高国产汽车的整体水平。

为什么业内开始关注电磁兼容问题呢?孙力指出,随着汽车控制技术的不断进步,汽车电子设备数量大大增加,其中相当数量的电子装置与车辆的行驶控制有关。如点火系统、制动系统、传动系统、转向系统等关键部件都采用了电子控制技术。这些电子设备的运行都会产生一定的电磁辐射,同时也会受到其他电磁干扰的影响。

一辆汽车电磁兼容性能关系到汽车自身的运行安全以及周边其它车辆和设施的运行安全,因此电磁兼容技术在车辆设计中的作用就是尽量将其电子设备的电磁敏感度降到最低,使其既不受通讯设施、电力设施、移动车辆等周边电磁环境的影响,也不受汽车内恶劣电磁环境的干扰,如供电系统的瞬变、电机起停、发动机点火等产生的干扰。同时也尽量减少这些电子设备本身对其它汽车电子电路造成影响的电磁辐射。

孙力介绍了解决电磁干扰问题的方法。他说,根据汽车电磁干扰现象产生的途径,有一些常用解决方法。如分开布线、优化滤波、做好屏蔽等,是汽车上常采用的有效措施。如果汽车内各种线缆捆绑成一束沿汽车内侧布置,电源线中的瞬变干扰会耦合到信号线或控制线中,影响ECU的工作。而高频信号耦合到电源线,
也会造成传导发射超标。解决这种问题最经济的方法是合理布置车内线缆,分开大功率电路和小功率电路。此外,采用屏蔽电缆的方式也是避免外界电磁干扰侵入控制线和信号线的好方法。使用滤波技术也可以提高车载设备的电磁兼容性能。为克服雨刮器驱动电机、汽车启动电机、暖风电机等产生的电磁干扰,可以并联一个适当的电容器,利用电容器的滤波功能减少电压瞬变产生的电磁波对ECU的影响。

在谈到目前我国汽车电磁兼容技术发展的主要障碍时,孙力认为,单个电子设备的电磁兼容问题比较容易处理,而如何从汽车整体设计上提高车辆的电磁兼容性能,则受到了我国汽车设计能力的制约。他举例说,在设计ABS系统之初就应考虑到电子设备间的电磁干扰问题,传感器安装位置、信号传递路线、执行部件的防护都与整车布置密切相关。

北京理工大学副校长 博士生导师 孙逢春:

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电磁干扰严重影响电动车

北京理工大学副校长、博士生导师孙逢春说,电磁干扰已成为汽车研发面临的一个新课题,是汽车提升自动化控制水平进程中遇到的新挑战。电磁干扰对电动车的影响更为严重。

孙逢春介绍,电磁干扰是在汽车深度研发过程中出现的。产生电磁干扰的根源是汽车大量使用电子产品。企业使用电子产品的目的是提高车辆的可靠性和舒适性,如果不注意电磁兼容问题,反而增加了安全隐患。电磁干扰不但对车辆外界的无线电通信设备造成影响,而且会干扰车辆内部的各种电子零部件。近些年,国内出现了一些汽车电磁干扰影响汽车正常工作的现象。如国内开发生产的某款安全气囊,在汽车整车装配线上突然引爆。经检查此款安全气囊的电子引爆控制器发现,是引爆器受到磁场干扰,致使安全气囊产生了错误引爆。

孙逢春表示,相对传统汽车,电动车的电磁干扰问题更为严重。因为电动车内不仅有安全气囊、ECU、DVD等电子产品,而且有高电压大功率汽车电子部件,还要进行变频调速控制,如驱动电机及控制器等。如果解决不好电磁兼容问题,一方面电动车会对周围的广播电视和通讯产生影响;另一方面,外部电磁干扰也会使电动汽车出现故障。北京理工大学研发的电动车,在多次路面试验时发现电动车在电台或者信号发送区域的故障率明显增加,还曾出现过仪表显示乱码现象。

孙逢春说:“汽车电磁干扰看不见摸不着,难以判断问题出现的位置,我们为此也联系过几家电磁检测部门寻求帮助,但没有明显效果。此后,加强了电磁兼容技术研究工作,成立了电磁兼容研究小组。在研究中,借鉴无轨电车和电力机车在电磁兼容技术方面的经验,解决了电动车电磁干扰问题。”

我国汽车的电磁兼容技术研究尚处于起步阶段,研究队伍和条件相对不足。目前当务之急是提高业界对汽车电磁干扰的认识,增加研发力量。孙逢春说。

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