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第11章汽车电磁兼容性检测


汽车检测诊断技术

沈阳大学

凌永成

配套教材信息
教材名称:汽车检测诊断技术 教材主编:凌永成 教材定价:34RMB 出版社:清华大学出版社 出版时间/版次:2009年8月第1版 国际标准书号(ISBN ): 978-7-302-20268-4 教材所属系列: 普通高等院校汽车工程类规划教材

第11章 汽车电磁兼容性检测
11.1汽车电磁干扰的危害与抑制
11.1.1汽车电磁干扰的危害 1.电磁干扰
电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)是指任何可 能会降低某个电气装置、设备或系统的性能,或可能对生物或物 质产生不良影响的电磁现象。 换言之,电磁干扰是指由电磁干扰源发射的电磁能量,经 过耦合途径传输至敏感设备,敏感设备又对此表现出某种形式 的响应,并产生干扰的效果。 电磁干扰主要有传导干扰和辐射干扰两种。

2.电磁干扰的危害
当汽车在公路上运行时,汽油发动机的高压点火系统会产 生强电磁波,干扰周围的无线电广播和无线电通讯业务的正常 运行,并且对电磁环境造成污染。 车辆产生的电磁干扰不但对车辆外界的无线电设备造成影 响,而且也会对车辆内部的各种电子部件造成不良影响。 因此,人们将电磁污染(电磁干扰)列为汽车造成的三大 污染(排放污染、噪声污染、电磁污染)之一。

3.汽车自身的电磁干扰源
汽车自身的电磁干扰源主要有:高压点火系统;各种感性 负载(如电机类电器部件);各种开关类部件(如闪光继电 器);各种电子控制单元ECU;甚至各种灯具、无线电设备 等。这些部件产生的干扰会在汽车内部造成相互影响。

4.汽车内部电磁干扰的特点
车辆内部的电磁干扰特点不同于车辆对外部的干扰。车内 电磁干扰可以通过各种连接线缆传播,也会以耦合方式、空间 辐射(发射)方式进行传播。

11.1.2汽车电磁干扰的抑制
汽车电磁干扰的抑制措施有很多,总体上可归纳为屏 蔽、滤波、接地、阻尼四种。

1.点火系统

图11-1 电阻器的安装位置

图11-2 接入点火继电器以后应对电流式转速表采取的措施

2.发电机部分

图11-3 在交流发电机输出 端接入电容器

图11-4 接入电源电路中的滤波器

3.电压调节器

图11-5 在电压调节器 上安装电容器

图11-6 发电机与调节器电路屏蔽

4.仪表系统
对于双金属片式及滑动电阻式传感器产生的干扰电波,在 传感器端装上电容器就能进行有效抑制,如在水温表、机油压 力表传感器触点间并联0.01~0.05μF的电容器:在仪表的输 入端接入0.05μF的电容器等。 但电容器容量不宜过大,否则会使仪表的指示值误差增 大。为了保证抑制效能,电容器应和传感器壳体相连接。

5.雨刷电机、电喇叭
对于雨刷电机所产生的干扰,可以在电刷回路中接入0.5μF 电容器进行抑制,雨刷电机外壳应可靠接地。 当喇叭继电器的“喀喀”噪声和电气喇叭发出的电磁噪声重 合时,会产生特别强的干扰,可在电源电路中接入电容器进行 抑制。

6.静电
静电噪声是由旋转和摩擦产生的静电放电引起的,如车身 和空气间的摩擦、消声器和排气间的摩擦、沥青路面和橡胶轮 胎间的摩擦、轴承滚动体与轴承座圈间的摩擦等。在这种情况 下,可以使用导电性黄油来消除静电噪声。

7.接地
对汽车上各个系统和部件进行可靠接地(搭铁),可确保 汽车各个部件处于等电位状态,消除产生电磁噪声的放电与部 件间的电位差,对电磁噪声进行有效的抑制。

图11-7 排气系统通路屏蔽电缆的接地

11.2 汽车电磁兼容性及其测试设备
11.2.1汽车电磁兼容性
汽车电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC) 是指电子设备在电磁环境中既不干扰其它设备,同时也不受其 它设备干扰的能力。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样, 是产品质量的重要指标之一。 汽车电磁兼容技术关乎汽车特定电子系统及其周围电子系 统运行的安全可靠性,关乎电子控制功能的运行安全可靠性,诸 如电子控制汽车制动系统、电子控制传动系统、电子控制转向 系统,乃至影响汽车整车的安全可靠性,等等。

11.2.2汽车电磁兼容性测试设备
电磁兼容性的测试手段主要由测试场地和测试仪器组成。 EMC测试所需场地主要包括开阔场、屏蔽室(screen room)、 电波暗室(anechoic chamber)等。

1.开阔场
根据标准要求,通常开阔场(场地开阔的测试场,简称 开阔场,图11-8)成椭圆形,长轴是焦距的2倍,短轴是焦距 的 3 倍,发射与接收天线分别置于椭圆的两个焦点上。 两个焦点的距离即为 接收天线和受测设备 之间的测试距离,根 据现有标准可分为3 米、10米和30米三 种。我国现有标准大 多规定采用3米法测 试,美国的FCC标 准、英国的VDE标准 有10米法测试的要 求。

图11-8 开阔场

2.屏蔽室
在EMC测试中,屏蔽室(screen room,图11-9)能提供电 平低而恒定的电磁环境,为测试精度的提高、测试的可靠性和 重复性的改善带来了较大的益处。 但是,由于被测设备 在屏蔽室中产生的干扰信 号通过屏蔽室的六个面产 生无规则的漫反射,特别 是在辐射发射测试和辐射 敏感度测试中表现更严 重,导致在屏蔽室内形成 驻波而产生较大的测试误 差,故屏蔽室的测试精度 不够理想。

图11-9 电磁屏蔽室

3.电波暗室
鉴于在屏蔽室中由于干扰信号产生无规则的漫反射而使测 试精度降低的缺点,又推出了电波暗室(图11-10)。 通常所说的电波暗室 (anechoic chamber)在结 构上大都由屏蔽室和吸波 材料两部分组成。在工程 应用中又分全电波暗室 (fully anechoic chamber,六面装有吸波 材料)和半电波暗室(semi anechoic chamber,地 图11-10 上海机动车检测中 面为金属反射面)。全电波 心的10m法半电波暗室 暗室可充当标准天线的校 电波暗室的主要性能指标有工作频率 准场地,半电波暗室可作 范围、静区(静区是指射频吸波室内 为EMC试验场地。 受反射干扰最弱的区域)等指标。

4.横电磁波传输小室(TEM小室)
由于开阔场、电波暗室的诸多缺点,1974年美国国家标 准局(NBS)的专家首先系统地论述了横电磁波传输小室 (Transverse Electromagnetic Transmission Cell,简称 TEM小室,图11-11),其外形为上下两个对称梯形。

图11-11 TEM小室

5.GTEM小室
为了克服TEM小室的缺点,1987年瑞士ABB公司发明了 可测试频率范围更大的TEM小室——GTEM(Gigahertz Transverse Electromagnetic Transmission Cell,简称 GTEM小室,图11-12)小室,其外形为四棱锥形。

图11-12 GTEM小室

6.汽车EMC试验室
汽车EMC试验室(图11-13)能够进行各种电磁兼容性测 试和试验工作,是EMC测试的理想设备。 EMC试验室主要测试以下三个项目:

1)电磁抗扰
电磁抗扰主要研究汽车抵抗外部电磁源干扰的能力,主 要目的是为汽车增加一个“防火墙”,把外面的电磁干扰信号都 屏蔽开来,以保护汽车内部电路、显示设备和仪表盘。 该项目同时还研究车载电子产品之间互相干扰的问题,使 各设备能相互协调。

2)电磁屏蔽
电磁屏蔽主要研究汽车电子设备发出的电磁波对周围环 境的干扰问题。

汽车的很多电子设备,如雨刷器、发电机等都会产生大量 的电磁波,这会对周边环境中的精密电子设备产生干扰和破 坏。该项目的主要目的就是想办法消除汽车产生的电磁垃圾。

3)无线电频率协调
汽车内部的收音机系统、导航系统、电视系统等都需要 一定的频率来接收外部信号, 该项目主要用于优化汽车电子设 备之间的频率分配问题,以使它们之间彼此不会发生冲突和 干扰。 对于军用车辆,还存在指挥、联络系统的保密和电子对 抗(干扰与反干扰)等测试内容。图11-14为我国VN3轮式装 甲车进行电磁兼容试验的情形。

图11-13 雷诺汽车公司的EMC试验室

图11-14 我国VN3轮式装甲车在进行EMC试验

11.3 汽车电磁兼容性测试方法
汽车电磁兼容性测试方法,不仅包括汽车对其它设备或系 统的电磁干扰测试方法,而且包括车辆本身控制系统的电磁抗 扰度的测试方法。 目前,我国现行的强制性标准只限定了汽车对环境的电磁 干扰,而没有针对车辆本身控制系统的电磁抗扰度进行规定。 汽车电磁兼容性测试主要概括四个方面:传导发射;传导 抗扰度;辐射发射;辐射抗扰度。在汽车电磁兼容领域,上述 四个方面不但针对整车,而且还包括零部件。

11.3.1电磁辐射测试方法 1.整车电磁辐射测试方法
CISPR12标准、95/54/EC标准和SAE J551-2标准中 规定的整车电磁辐射测试方法见表11-3。

2.零部件电磁辐射发射测试方法
CISPR25标准、95/54/EC标准和SAE J1113-41标准 规定的零部件电磁辐射测试方法见表11-4。

3.零部件传导发射测试方法
1) CISPR 25标准 2)ISO 7637-2标准和SAE J1113-42标准

11.3.2电磁抗扰度测试方法 1.整车对电磁辐射抗扰度测试方法
在95/54/EC标准、ISO 11451-2标准和SAE J551-11 标准中,规定了整车对电磁辐射抗扰度的测试方法,具体细则 见表11-6。

2.车载发射机产生干扰源的抗扰度测试方法
在ISO 11451-3标准和SAE J551—l2标准中规定了车载 发射机产生干扰源的抗扰度测试方法,具体细则见表11-7。

3.整车大电流注入台(BCI)测试方法
在ISO l1451-4标准和SAE J551-13标准中,规定了整 车大电流注入的测试方法,具体细则见表11-8。

4.整车抗电源线的磁场干扰
在SAE J551-17标准中规定了整车抗电源线磁场干扰的 测试方法,具体细则见表11-9。

5.整车抗静电放电
在SAE J551—15标准中规定了整车抗静电放电的测试方 法,具体细则见表11-10。

6.零部件对电磁辐射抗扰度的测试方法
在95/54/EC标准、ISO 11452标准和SAE J1113标准 中规定了零部件对电磁辐射抗扰度的测试方法。其中包括带状 线、火电流注入、TEM小室和自由场测试,选择这几种方法的 组合来完成所规定的全频率范围的测试。

7.在SAE J1113标准中规定的其它抗扰度测试方法
在SAE J1113标准中,除了包括上述辐射抗扰度标准外, 还有SAE J1113-25标准三层板法、SAE J1113-26标准对 交流功率电场的抗扰度测试和SAE J1113-27标准混响室 法。

8.零部件传导抗扰度测试方法

1) ISO 7637-2标准和SAE J1113-11标准 2) ISO 7637-3标准和SAE J1113—12标准 3) ISO11452-7标准和SAEJ1113-3标准 4)SAE J1113-2标准

11.4 我国汽车电磁干扰的测量频率和限值
11.4.1测量频率
在GB14023-1992中,规定测量频率范围为30~1000MHz 的整个频段。在不具备连续扫描测量仪器的情况下,允许按表 11-16中规定的11个频率点进行测量。如果1l个频点的干扰场 强均低于相应的限值,则可认为在整个频段内,被测车辆的干 扰值不会超过规定的限值。
表11-16 测量频率点 频率点/MHz 45,65,90,150,180,220 300,450,600,750,900 允许偏差/MHz ±5 ±15

11.4.2测量限值

图11-15 干扰限值(宽带)

11.4.3测量时的相关要求 1.天线位置的要求

图11-16 测量辐射的天线 位置(垂直极化)

图11-17 测量辐射的天线 位置(水平极化)

2.被测车辆的要求
在测量时,应分别在被测车辆两侧进行测量,发动机应 处于正常工作温度,发动机的转速见表11-17。
表11-17 发动机转速 缸数 测量方法 准峰值 发动机转速 单缸 多缸 2500r/min 1500r/min 大于怠速 小于怠速 峰值


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