理论教育 现代汽车电磁兼容问题的解决方法

现代汽车电磁兼容问题的解决方法

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于汽车电磁兼容问题可能会导致重大的安全问题,如汽车安全气囊控制系统因为外界的电磁干扰而突然触发打开气囊等事故。可见,电动汽车电气系统的电磁兼容问题日益突出和严重,因此要对电动汽车电磁兼容性提出较高的要求。电动汽车中系统、分系统、零部件、材料、工艺设计、安装布线、EMC测试、工程管理中的电磁兼容问题已成为电动汽车能否正常工作的突出障碍。

现代汽车电磁兼容问题的解决方法

近年来,随着汽车安全性、舒适性和经济性等要求的不断提高,以汽车电子产业为代表的汽车相关技术发展非常迅猛。据统计,近年来,有关汽车的技术创新70%都来源于汽车电子;在国内外生产的部分轿车中,汽车电子设备价值超过了整车价值的30%多。车载的任何电子电气设备在运行时都会向周围发射电磁能量,可能对其他设备的正常工作产生干扰,同时设备本身也可能受到周围电磁环境的干扰。然而随着汽车电气设备数量、种类和密度的不断增加,工作频率的不断提高,不可避免地使汽车内的电磁环境更加恶劣,各电子设备相互间的电磁干扰愈加严重,这就导致了不胜枚举的汽车电磁干扰问题。例如,各种信号指示灯的误动作,刮水器、安全气囊的误开启,ABS制动效能降低等。这些电磁干扰问题产生的原因主要来自汽车的内部,如点火系统、电子燃油喷射系统、各种电机、一些集成芯片的控制器、通信系统等高频工作的设备和大量开关性元器件。它们产生的电磁波通过传导与辐射,对诸如各种电子模块、信号传输线等易受影响的设备造成干扰。虽然这些车内的干扰源功率不一定大,但由于距离被干扰对象非常近,所以对车内电子系统的干扰是很强的。

由于驱动电机是感性负载,因此除了在其工作中产生交变电磁辐射外,在断开时还会对车内电源产生强烈的反向过电压传导干扰。图8-1所示是感性负载开路瞬变的反向瞬变脉冲电压波形图。

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图8-1 感性负载开路瞬变的反向瞬变脉冲电压波形图

显然,这种瞬变脉冲不但具有浪涌性质,而且具有丰富的谐波,可能引起电子控制系统的逻辑错误,甚至导致部分敏感器件的损坏。车内分布有各种开关性元器件,如开关、继电器。这些元器件的触点在通断的瞬间,都会产生程度不同的火花放电现象。这种触点间放电能量虽然比火花塞电极放电能量小得多,但其放电瞬间的能量密度通常可达到造成危害的程度。图8-2所示为开关过程引起的瞬态干扰波形。

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图8-2 开关过程引起的瞬态干扰波形

同时,汽车以及相关部件除了要承受自身产生的电磁干扰外,还要承受外界对它的干扰,如雷电静电、广播、电视、手机信号、附近的高压输电线路,以及其他各种设备产生的干扰等。目前的资料显示,现在恶劣的电磁环境使得环境中的干扰可以轻易高达(100±50)V/m。而人体同车辆、车身同空气以及轮胎同路面的接触中产生的静电,也可能形成静电干扰源,产生静电放电干扰,在静电放电过程中,放电电流形成传导干扰,放电火花则形成辐射干扰。由于其放电时间很短(1~2ns),所以瞬间的电流可以达到10A甚至更高。这种由于静电放电产生的电流脉冲足以导致任何敏感性差的电子设备工作异常甚至是损坏。此外,由于静电放电产生的电磁场也能够通过辐射的方式影响周围电子设备,导致这些系统工作异常。

实际上,自从人们发现道路上行驶的汽车会对周围的无线电收音机产生干扰,并提出对汽车点火系统产生的电磁干扰加以限制时,便开始了对汽车电磁干扰的研究。由于汽车电磁兼容问题可能会导致重大的安全问题,如汽车安全气囊控制系统因为外界的电磁干扰而突然触发打开气囊等事故。所以,汽车电磁兼容设计已经成为现代汽车设计中必须考虑的环节,再加上面对如此复杂的电磁环境和各种电磁干扰问题,如何有效地减少车载电气设备之间的相互影响,使各种设备正常运行,进行汽车电磁兼容的研究就显得越来越重要。良好的电磁兼容性来自好的设计,而不是事后的检测。因为事后的电磁兼容性设计不仅花费巨大,周期长,而且很难达到预期的效果。所以在汽车设计初期阶段就进行电磁兼容性的数字仿真和预测,以便在定型之前发现干扰问题,采取有效的抑制和防护措施,可以起到事半功倍的作用,达到使汽车具有良好的电磁兼容性的目的。

电动汽车中的驱动电机、发电机、大功率开关器件、高频放大器件、大电流接触器等电磁骚扰源会对电气系统产生污染,不但影响车辆的运行安全性,还会影响车辆周围的无线电设备;这些电磁骚扰源与车载计算机控制单元、现场网络总线等对电磁干扰敏感设备安装在一起,发生相互电磁干扰的可能性很大。可见,电动汽车电气系统的电磁兼容问题日益突出和严重,因此要对电动汽车电磁兼容性提出较高的要求。电驱动系统的高频大功率高压特性,导致的电磁干扰问题尤为突出,其电磁问题直接影响整个电动汽车相关电控零部件的正常工作,甚至会造成系统乃至整车瘫痪,严重的可能造成质量事故和零部件损坏。电动汽车中系统、分系统、零部件、材料、工艺设计、安装布线、EMC测试、工程管理中的电磁兼容问题已成为电动汽车能否正常工作的突出障碍。因此电磁兼容问题成为电动汽车研究的一个重要方面,电磁兼容性技术成为电动汽车整车技术中的关键技术,电磁兼容性的研究对保证电动汽车的质量和安全性具有重要意义。

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