汽車電子電氣設備的傳導干擾試驗方法

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摘要：電子電器設備作為汽車的重要組成部分，能夠直接影響汽車運行性能，但是在電子電器設備運行過程中，會受到一定的干擾影響，所以必須明確汽車傳導干擾特征，進而對其傳導抗干擾性能進行優化，能夠全面提高汽車運行性能。因此，本文將對汽車電子電氣設備的傳導干擾試驗方法進行深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進汽車電子電器設備運行質量提高，促進我國汽車產業發展。

關鍵詞：汽車；電子電器設備；傳導干擾；試驗方法；優化措施

0引言

當前在我國出臺的汽車相關規定文件中，對于汽車的電磁兼容性已經進入汽車公告和強制性產品認證范圍內，電磁兼容要求法規化和標準化，所以對于汽車電磁兼容性能的檢測工作相繼開展。汽車電磁兼容性測試和試驗工作具有重要意義，涉及到汽車的電子電器設備、系統電磁兼容建模、開發、檢驗以及干擾等多個階段。本文依據國家規定向的汽車電子電器設備傳導干擾試驗方法規定，以汽車暖風電機作為主要研究對象，全面分析其試驗方法并得到相應的結論。

1汽車電子電器設備電磁兼容性分析

1.1電子電器設備電磁兼容性

電磁兼容性是指設備或系統在電磁環境重負荷要求運行，不會對所應用環節中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾能力，電磁兼容性主要包括兩個方面的要求，即設備在正常運行期間對所處于環境中產生的電磁干擾不能超過一定限制，以及設備對所處環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抵抗能力，也就是電磁敏感性。在電子設備應用之初，對于電磁兼容性的研究不夠深入，且大部分電子電器設施制造企業沒有考慮到電磁兼容性的問題，但是隨著使用的現代數字設備電信號電壓逐漸變低，且時鐘頻率逐漸提升，電磁兼容性所存在的問題逐漸暴露，為此關于該領域的研究不斷深入[1]。電磁干擾主要由傳導干擾和輻射干擾兩種不同類型，傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號，以導電介質或公共電源線的方式發生互相干擾的問題；輻射干擾是指電子電氣設備產生的干擾信號通過空間耦合將干擾信號傳遞到其他電網絡或電子設備中。為了防止電子電氣設備產生的電磁干擾影響其他設備工作，對于電子電氣設備在電磁兼容性方面的要求不斷提高，我國也相繼出臺了電子電氣設備的電磁兼容性標準。

1.2汽車電子電氣設備傳導干擾分析

汽車中含有大量的電子電氣設備，各電子電氣設備在運行過程中，如果電磁兼容性較差，會導致產生過大的電磁干擾，從而對其他電子電氣設備運行造成影響，是影響汽車行駛性能以及安全性的重要因素，所以我國對于汽車電子電氣設備的電磁兼容性具有明確要求，制造廠商必須對電子電氣設備的電磁兼容性進行檢測，保證各電子電氣設備和系統能夠有效應對不同等級的電磁干擾。在汽車內部系統運行時，傳導干擾會通過各種設備連接的電源線傳遞，如果電子電氣設備的抗干擾能力較差，則會導致部分設備運行出現故障。在汽車電子電氣設備的傳導干擾測量方面，主要是對被檢測設備利用電源線向外部發生的干擾進行測試，所以測試對象主要是EUT的輸入電源線、互連線以及控制線等，測量頻率根據被檢測設備進行確定，主要的測試方法為電流測試方法和電壓測試方法，測試方法選擇需要依據被檢測設備的頻段。如果需要測量的被檢測設備饋入到電源線中產生傳導干擾電壓，則可以采用電壓測試方法中的電源阻抗穩定網絡方法，將其應用在電網和被檢測設備之間，將電源與被檢測設備進行隔離，從而能夠獲得僅為被檢測設備所發射的干擾電壓，不會獲得饋入來自網絡的干擾，同時在規定頻率范圍之內，對傳導干擾信號提供規定的穩定阻抗，以便于能夠獲得較為準確的檢測結果，通過測量結果評價汽車電子電氣設備中的電磁兼容性情況，如果發現某電子設備產生電磁干擾較大，或電子設備的抗干擾能力不足，則需要對其進行調整，從而能夠有效提升汽車運行整體性能。

2ES傳導干擾試驗方法分析

2.1瞬態傳導發射試驗分析

瞬態傳導發射是指被檢測設備在接通、切斷的瞬間通過電源線所產生瞬態干擾信號，瞬態傳導發射是潛在的傳導干擾源，在試驗過程中需要保證不能受到其他電磁因素的影響。這種試驗方法所采用的示波器分辨率較高，主要是測量被檢測設備在斷開、閉合和其他工作模式下所產生的瞬間電壓，并對瞬間電壓的最大正負幅值、上升時間、下降時間以及脈沖等參數進行記錄，要求最好記錄十個波形數值，記錄中含有最大正幅度波形和最小正幅度波形，之后按照相關規定對試驗結果進行分析，從而能夠得到汽車電子電器設備的傳導干擾參數。

2.2連續傳導發射方法分析

連續傳導發射方法是指通過接收機測量被檢測設備在運行過程中，在電源線中形成的連續高頻干擾，為了確保汽車內接收機不會受到干擾的影響，相關標準中對應頻率范圍需要控制在0.15-105MHz之內，并在該范圍內劃分為五個不同等級。連續傳導發射試驗方法可以分為電壓測量和電源探頭測量兩種不同模式，電壓測量主要用于電源線中的干擾，采用人工電源網絡將其與接收機連接；電源探頭測量則主要應用與信號線和數據線中產生的干擾，將被測電源探頭與接收機相連。試驗設計需要按照被檢測設備在車內的安裝位置進行確定，一般分為遠端接地和近端接地兩種不同測量模式。

2.3傳導抗干擾試驗方法分析

傳導抗干擾試驗主要是對ESA在不同信號干擾條件下是否能夠保持正常運行狀態的一種測試方法，干擾信號一般含有繼電器開關運行期間產生的快速脈沖群、交流和直流馬達運行產生的高能量冒充、電源和感性負載斷開運行時產生的瞬間脈沖、電源發生中斷導致的瞬間脈沖以及電源開關時間過程中出現的電源變化等。在該試驗方法應用過程中，首先需要對脈沖極性、幅度以及寬度進行校準，在調試驗脈沖發生器調整完成后，根據實際情況對其施加脈沖，并根據測量結果對被檢測設備等性能參數進行評價[2]。

3ESA傳導干擾試驗平臺分析

3.1瞬間傳導發射試驗平臺

為了提高試驗結果準確性，必須構建完善的瞬間傳導發射平臺，本文利用某企業開發的AES5500系統和高端示波器作為系統主要結構，內部系統包括示波器、電壓探頭、人工網絡、被檢測設備、接地平板、電源以及長度低于100mm的接地線。AES5500系統中含有人工電源網絡、電子開關、控制電源以及機械開關，本次試驗系統中含有高壓差分探頭，試驗電壓最大能夠達到1500V；該系統具有電子開關響應速率較快、關聯電阻能夠調整以及示波器帶寬較高等多項特點；在瞬態傳導發射器應用過程中，必須明確被檢測設備為快速脈沖或慢速脈沖、明確通電過程的瞬態現象和斷電過程中的瞬態現象明顯程度，之后通多多次反復試驗確定最具代表性的瞬態現象。圖1為瞬態傳導實驗平臺。

3.2連續傳導發射平臺

本文所采用的連續傳導發射試驗平臺為某企業生產的接收機和LISN以及其他設備，內部系統構成包括電源、人工網絡、被檢測設備、模擬負載、接地平板、電源線、低相關介電常數支撐設備、同軸電纜、檢測設備、屏蔽室、50Ω負載以及壁板連接器。電源正負極各采用一個LISN輸入端，輸出端分別連接被檢測設備的正負電極，電源正極對應LISN1測試端的50Ω負載，電源負極對應LISN2的測試端接收機。在采用該試驗平臺時，被檢測設別的電源線需要控制在200mm之內，如果超過200mm可能會出現衰減過大的問題，且在試驗期間接收機的輸出端必須插入射頻衰減器，從而能夠防止因過壓問題導致接收機受損。

3.3傳導抗干擾平臺

本文所采用的傳導抗干擾試驗平臺主要包括示波器、電源探頭、電源內阻為R的試驗脈沖發生器、被檢測設備、接地平板、最大長度為100mm的接電線、任意電阻以及任意二極管橋；系統結構中包括小型汽車瞬變模擬器UCS200N、拋負載模擬器LD200N、電壓跌落模擬器VDS200N50、軟件、附件以及電纜共同工程。每個信號發生器可以單獨運行，也可以在統一標準下安裝在機柜中同時運行，利用UCS200N中的中央耦合矩陣開關輸出測試信號；該系統每個設備都安裝IEEE455口，能夠通過手動操作完成，也可以采用自動化技術完成，試驗人員能夠按照自身需求選擇相應的儀器設備，因為不同企業對于測試的要求不同，可以在7638系統基礎上增加微脈沖結構，從而滿足試驗人員的特殊脈沖需求；在脈沖注入系統前，需要通過示波器和高壓差分探頭對脈沖進行調整，確保示波器中所顯示的參數能夠滿足試驗要求。因為脈沖3a和3b的頻率較高，所以在校準過程中需要接入衰減器，從而能夠提高測試結果準確性。因為本次試驗平臺帶有直流電源，所以不需要為被檢測設備接入外部電源，平臺中含有耦合單元能夠將干擾脈沖耦合在電源線中，在脈沖注入的過程中，需要從UCS200N前面板的插頭區域引出正負極，將其直接連接在被檢測設備的電源端子中，引出線長度需要控制在50cm左右，根據相關標準要求，脈沖發生器端口和被檢測設備的連接導線長度為50cm±10cm，且在條件允許的情況下，需要減少被檢測設備電源線長度，同時將線束放置在絕緣材料中，確保試驗安全，還能夠避免對試驗結果準確性造成影響[3]。

4試驗結果分析

4.1瞬態傳導發射試驗分析

本文以汽車的暖風電機作為被檢測設備，通過電子開關對暖風電機進行通電和斷電，從而獲取典型電壓的瞬態波形。按照測試結果來看，因為暖風電機為感性負載，當發生供電被突然切斷的情況時，會出現反向瞬態高壓，線圈在開始階段的儲能越多，則對切斷的響應速率越快，出現的瞬變電壓則越高。在本次試驗中方向電壓最高達到600V，相比于其他相關試驗結果而言，本次試驗中瞬變時間較快，已經達到了納秒級別，在這種情況下，所產生的瞬間電壓較大，會對汽車電子電氣設備模塊運行產生很大影響，甚至會導致電子電器設備出現損壞。干擾能夠利用電源線傳導的方式，對汽車電子電器設備造成影響，同時黨無線電干擾頻率高出一定頻率后，線路會通過天線向外部發射無線電干擾，對汽車內外的電子電器設備正常運行造成很大影響。圖2為暖風電機瞬態傳導發射試驗結果。

4.2連續傳導發射試驗結果分析

根據實驗方法設計將汽車的暖風電機作為被檢測設備，采用遠端接地方式，利用電壓測量方式獲取被檢測設備的連續傳導發射結果，試驗結果中包括峰值掃描結構和平均峰值掃描結果，限值包括零部件電源輸入端帶寬傳導干擾限值（峰值）、零部件電源輸入端帶寬傳導干擾限值（準峰值）以及零部件電源輸入端窄帶寬傳導干擾限值。按照測試結果可以看出，暖風電機的電源輸入端傳導發射超過規定中最寬松的傳導發射限制，尤其是在30MHz-105MHz中，整體頻段都超過了允許峰值，不含有控制電源的電機只會受到含有寬帶的干擾源影響，且為長時型干擾類型，所以需要采用濾波以及屏蔽等方式降低其干擾程度。

4.3傳導抗干擾試驗結果分析

根據設計方案以汽車暖風電機作為被檢測設備，對電源線采用干擾脈沖，所得到的試驗結果具體內容如表1所示。因為汽車暖風電機中沒有微電子電路以及高頻元件，所以所產生的干擾不會造成永久性破壞。因為脈沖5屬于能量較大的脈沖等級，所以除了能夠評價被檢測設備在脈沖5作用下的抗干擾能力之外，還能夠用于脈沖對電子電器設備破壞性的評價中。從上述表格中可以看出，脈沖1、脈沖2a與脈沖2b對汽車南風電機的影響較小，所以建議汽車生產商需要充分考慮到汽車電子電器設備的抗干擾能力情況，可以通過利用二極管、齊納二級、變阻器、電容器、抑制濾波以及阻尼電阻等方式將其與可能會受到干擾的端子進行連接。同時，必須保證安裝位置合理，從而能夠有效提高汽車電子電器設備的抗干擾能力。在當前的相關研究中，所提出的脈沖類型并不足以覆蓋全部汽車的瞬變情況，但是也綜合了許多方面的干擾對ESA進行評價，包括高速低能量脈沖、低速高能量脈沖、速度與能量都為中等等級的脈沖以及直流電壓中斷等，所以綜合評價結果較為準確，可以在安裝12V、24V系統的汽車、普通貨車等設備檢測評價中使用。

5汽車電子電氣設備電磁兼容性提升有效策略

通過上文的分析可以明確，在汽車內部結構中，電子電氣設備的電磁兼容性對其汽車性能和安全性會造成直接影響，且隨著電子電氣設備中微電腦逐漸增加，大量設備的使用使得汽車系統內部電磁環境不斷復雜，逐漸增多的脈沖噪音、放射電磁場、經典以及電壓變化等，會引起汽車電子電氣設備出現誤動甚至損壞的問題，所以需要提升汽車電子電氣設備的電磁兼容性，本文總結如下幾項策略：①電源方面。電源線兩端考慮采隔離接地，以免接地回路（GroundLoop）形成共同阻抗耦合（CommonImpedanceCoupling）將噪聲耦合至信號線；避免將電源與信號線接至同一接頭；開關式電源供應器加裝隔離罩以防輻射性發射干擾，濾波器選用器選用π型或T型可抑制寬波段噪聲，陶鐵磁體（Ferrite）材質可抑制射頻噪聲。②信號線方面。信號輸入線和輸出線盡量避免排在一起，從而能夠避免干擾問題發生；不同類型的信號線需要避免混雜接在一個接頭中，需要按照信號線類別安裝隔離；輸入信號線與輸出線盡量避免同在一個接頭上，如不能避免時應將輸入與輸出信號錯開。③電路設計。具干擾性的回路，如時脈、驅動器、交換式電源的開關和閉合、振蕩器式控制信號，應加隔離遮蔽。6結束語綜上所述，本文全面闡述了汽車電子電氣設備電磁兼容新的基本內涵，同時對電子電氣設備的傳導干擾檢測方法進行分析，將其應用在實踐檢測中，最后提出一些能夠強化汽車電子電氣設備抗干擾能力的方法，希望能夠對我國汽車生產制造行業起到一定的借鑒和幫助作用。

參考文獻：

[1]韋冬玲.電氣調試中電子電路的干擾問題研究[J].信息周刊，2019（35）：1.

[2]劉振東，鄧青青，陳黎君，季強.基于整車道路耐久試驗的電子功能檢查方法研究[J].上海汽車，2020，363（11）：28-31，47.

[3]許建雄.電氣調試中電子電路的干擾問題研究[J].中國高新科技，2019（008）：3.

作者:楊廷樺 張勝龍 單位:中山市沙溪理工學校