一、汽车电磁兼容问题的兴起
在汽车技术不断革新的今天,人们对汽车的性能要求愈发多元,涵盖安全、环保、节能与舒适性等多个维度。为满足这些需求,电子技术深度融入汽车领域,各类电子、电器设备在汽车上广泛应用。从关乎安全的制动防抱死系统、电子稳定程序,到提升驾驶体验的卫星定位导航系统、车载移动数字电视,电子设备的加入显著优化了汽车的动力性、经济性、舒适性与安全性,同时降低了污染物排放。
然而,电子技术的广泛应用也带来了电磁兼容问题。汽车对外界的电磁干扰逐渐增大,且车载电子、电器设备常因电磁兼容性问题出现故障。它们产生的电磁骚扰水平可能超标,在受到外界电磁干扰时,无法正常工作,甚至会损坏。过去,人们对汽车噪声、振动和排放问题研究较多且成果显著,但随着汽车电磁环境日益复杂,电磁兼容问题逐渐凸显,在国际上已被列为继排放、噪声之后的汽车第三大“污染”问题。
二、电磁兼容问题的典型表现
电子、电器设备在运行时会向周围传递电磁信号,干扰其他设备,自身也可能受周围电磁环境干扰。电磁干扰具有隐蔽性,干扰出现和消失都较为突然,只要存在干扰,设备就可能出现故障,干扰消失后故障也随之消失。
电磁干扰的影响程度不一。轻微干扰如车载DVD死机、路边电视机受汽车干扰图像抖动;严重干扰则可能危及行车安全,像汽车安全气囊、制动防抱死系统受电磁干扰误触发或失效,可能引发严重交通事故。实际案例中,轿车刮水器干扰ABS导致追尾,客车刮水器干扰电控气动门自动打开,柴油载货车受雷达站电磁干扰自动熄火,混合动力客车电磁干扰使ABS性能测试仪器轮速曲线异常等,都表明汽车电气系统中的多种部件和现象会产生电磁干扰,影响车内设备正常工作。
三、影响电磁兼容性能的因素
(一)电磁干扰源
1. 车内电磁干扰源:车内诸多电器部件或系统都是电磁干扰源。发动机点火系统工作时,初级和次级电路会产生高电压,形成强烈电磁干扰,通过高压线和导线向外辐射和传导干扰信号;交流发电机运转时,炭刷与滑环接触产生电火花,电压调节器工作也会产生瞬变脉冲电压,还可能出现瞬变过电压冲击其他电子器件;各类电动机运转产生电火花,工作切换或开关时产生瞬变电压,干扰车载电子、电器控制模块;汽车电源系统存在过电压,可能损坏车载设备,混合动力或纯电动汽车的逆变器还会发射含大量谐波的交流电;车辆行驶过程中产生的静电,通过放电电流和火花形成传导和辐射干扰,影响电子控制单元。
2. 车外电磁干扰源:汽车所处环境复杂,车外电磁干扰源分为人为干扰源和自然干扰源。人为干扰源包括其他车辆点火系统、电动车电源系统、高压电力系统、雷达、无线电发射机、移动通讯设备发射的电磁波以及高压输电线电晕放电产生的电磁辐射干扰等;自然干扰源中,雷电是典型代表,其强大电流和宽频谱干扰信号可能对车辆造成极大损害,不过多数自然干扰对汽车影响可忽略不计。
(二)电磁干扰传播途径
1. 传导干扰:电磁干扰通过导线传输,经设备的信号线、控制线、电源线侵入电子、电器内部。汽车内的传导干扰多由车载电子电器部件产生,如电动机、继电器等感性负载的瞬态脉冲电压,可能使额定工作电压较低的电子、电器件工作异常或损坏。
2. 辐射干扰:电磁干扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。汽车电磁场强包含车载设备和外界的辐射场强,其传输路径复杂,可直接辐射到电子、电器上,也能先辐射到线束再以传导干扰方式进入。
(三)电磁敏感设备
在汽车电控系统中,基于数字电路的控制系统逐渐普及,但半导体逻辑器件对电磁干扰敏感,且汽车线束与某些高场强频段波长相近,使大量车载电子、电器零部件成为电磁敏感设备。例如氧传感器、发动机ECU等,易受随机瞬态脉冲干扰,导致控制功能失效。车载电器的电气特性也会恶化电磁环境,因此不同车载零部件对电磁抗扰度性能等级要求不同,汽车厂商会根据功能重要程度设定标准。
四、电磁兼容性能的评价
(一)国内现状
我国汽车工业在电磁兼容问题研究方面起步较晚,认识不够深入。虽已颁布部分相关标准,如GB14023等6个标准,多等同采用国际标准,但与国际先进标准仍存在差距。在汽车公告、3C等法规检测中,仅对部分标准提出要求。从汽车产业发展来看,国内电磁兼容标准化工作有待加强,需更多借鉴国外先进标准。
(二)国外现状
汽车发达国家和地区对电磁兼容问题研究较早,成果丰硕,拥有完善的标准法规体系。国际上有ISO系列、CISPR系列标准;地区标准如欧洲的72/245/EEC指令和ECE R10法规;美国汽车工程学会SAE系列标准等国家标准;还有各大汽车厂商制定的企业标准,如福特、大众、现代等企业的标准。这些标准详细规定了电磁兼容各项测试方法及限值,有效保障了汽车性能。
五、应对策略与展望
汽车电磁兼容性能对整车综合性能至关重要,甚至可能制约汽车技术发展。汽车厂家应建立完善的车载电子、电器零部件管理流程,根据整车EMC指标,分解制定零部件EMC指标,加强试验检测和仿真分析,确保整车电磁兼容性能,从而保障汽车的安全性、环保性、节能性和舒适性,推动汽车行业健康发展。