汽车电磁兼容（EMC）问题的研究
⼀、汽车电磁兼容的问题概述
为满⾜⼈们对汽车的安全、环保、节能以及舒适等性能⽇益增⾼的要求，装备电⼦、电器设备，应⽤电⼦技术是最有效的⼿段 。制动防抱死系统（ABS）、车⾝控制模块（BCM）、电⼦防盗系统（EATS）、电动助⼒转向（EPS）、电⼦燃油喷射 （EFI）、电⼦油门控制系统（E- GAS）、车载⾃动诊断系统（OBD）、电⼦点⽕系统（EIS）、电⼦制动⼒分配装置（EBD）、电⼦稳定程序（ESP）、驱动防滑控制系统(ASR)、轮胎⽓压监测系统（TPMS）、电⼦控制刹车辅助装置（EBA）、倒车雷达（PDC）、电⼦巡航控制系统（CCS）、卫星定位导航系统（GPS）、⾏驶记录仪 （TDR） 和车载移动数字电视（MDTV）等电⼦系统、装备正越来越多地应⽤到汽车上。
电⼦技术的应⽤，在提升汽车动⼒性、经济性、舒适性、安全性，降低污染物排放⽔平等⽅⾯效果显著，但也带来了新的问题，即对外界的电磁骚扰随之增⼤；同时，这些效果的获得，前提条件是确保车载电⼦、电器设备能够正常⼯作。⽽现实情况是，车载电⼦、电器件由于存在电磁兼容性问题，电磁骚扰⽔平往往超标，或受到电磁⼲扰后⾃⾝⼯作不正常，严重时甚⾄遭受损坏。
EMC试验
长期以来，⼈们对汽车的噪声、振动、排放等⽅⾯存在问题的认识⼴泛⽽深⼊，投⼊了⼤量的⼈⼒、物⼒和财⼒进⾏研究，取得了较好的成效。但是，随着汽车⾯临的电磁环境的复杂性加剧，使得汽车的电磁兼容问题变得越来越突出和严重 。⼀⽅⾯，汽车⽇常使⽤受到外部的电磁⼲扰越来越多，如周围环境中的通讯设备、电⼒设备、⽆线电⼴播等；另⼀⽅⾯，汽车上安装的电⼦、电器设备也越来越多，车载电⼦、电器设备⼯作时，既会对其周围的其它车载电⼦、电器设备产⽣电磁⼲扰，⾃⾝也会受到周围其它车载电⼦、电器设备的电磁⼲扰的影响。国际上汽车产业发达的国家已把电磁兼容列为继排放、噪声之后的汽车第三⼤“污染”问题。
⼆、汽车电磁兼容问题的典型表现
任何电⼦、电器设备在运⾏时都会向周围传递电磁信号，其电磁信号可能对其它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。电磁⼲扰的典型特征是看不见、摸不着， “莫名其妙”， “来⽆影、去⽆踪”；只要有电磁⼲扰存在，就有故障出现；只要电磁⼲扰消失，故障就消失。
电磁⼲扰可能是暂时的，影响很⼩。如车载 DVD经常出现死机现象或公路边电视机在汽车驶过时图像出现抖动。但是，⼲扰也可能是致命的，如汽车的安全⽓囊（SRS）、制动防抱死系统（ABS） 等在车辆⾏驶过程中受到电磁⼲扰很可能被误触发或失效，这就可能产⽣严重的交通事故。汽车典型的电磁兼容性问题表现如下：
1）某轿车上装有灵敏的 ABS，下⾬时，因启动刮⽔器产⽣的电磁⼲扰误触发了 ABS，导致后车追尾事故。
2）某客车⾏驶在⾼速公路上，突遇降⾬天⽓。在启动刮⽔器后，出现了电控⽓动门⾃动打开的故障。
3）某柴油载货车⾏驶⾄某雷达站附近时，出现了⾃动熄⽕的故障，在拖离该路段后故障⾃动消失。
4）进⾏某混合动⼒客车 ABS性能试验时，启动车辆但还未⾏驶时，测试仪器的轮速曲线就出现异常波动；但在测试传统内燃机客车 ABS 性能时，仪器的轮速曲线完全正常。
前两种现象都是由刮⽔器电机产⽣的电磁⼲扰引起的，⽽且 ABS 和车门的电控泵的抗电磁⼲扰能⼒还有待增强。第三个例⼦是由于发动机电控单元（ECU）不能承受较强的外来电磁⼲扰信号所引起的。第四个例⼦⼀⽅⾯说明，该混合动⼒客车产⽣的电磁⼲扰⾮常严重；另⼀⽅⾯也说明该 ABS 性能测试设备的抗电磁⼲扰的能⼒还有待进⼀步加强。总之，汽车电⽓系统内部的各种瞬变电压，⽕花塞之间、喇叭触点、调节器触点、发电机和起动机电刷与换向器之间的⽕花放电，各种电路开关的电弧放电以及车轮与地⾯、车⾝与空⽓间摩擦产⽣的静电放电等都会产⽣电磁⼲扰，并直接影响到车内电⼦、电器产品或测试设备的正常⼯作。
三、影响汽车电磁兼容性能的因素
影响汽车电磁兼容性能的主要因素有电磁⼲扰源、电磁⼲扰传播途径和电磁敏感设备。汽车电磁⼲扰源可分为车内电磁⼲扰源和车外电磁⼲扰源。由于车外电磁⼲扰源⼏乎不受汽车⾏业的约束，能采取的措施主要在于抑制车内电磁⼲扰源。
EMC试验
1、车内电磁⼲扰源
汽车电子调节器车内电磁⼲扰源主要是指产⽣电磁⼲扰信号的车载电器部件或系统，如⽕花塞、启动电机、发电机、刮⽔器、电喇叭、各种仪表等。⽬前汽车内部的电磁⼲扰源主要有：
1）发动机点⽕系统。汽车点⽕系统产⽣的电磁⼲扰是车内⼲扰源的重要组成部分，点⽕系统⼯作期间会产⽣很强的电磁⼲扰信号。从电路原理来看，点⽕系统实际上是⼀个电感、电阻、电容、线圈组成的振荡电路。当初级电路被切断后，在初级电路所发⽣的是⼀种衰减振荡，初级线圈的最⼤电压⼀般为 300～500V。在次级线圈中所感应的次级电压最⼤值⼀般为 20 000～30 000 V，因此，点⽕时在点⽕线圈周围会产⽣强烈的电磁⼲扰。
当次级电路开始击穿⽕花塞间隙时，存储于⽕花塞分布电容中的能量迅速释放，在⼏微秒时间内放电结束，但形成的电流则⾮常⼤，可达⼏⼗安培。这⼀阶段的放电特征是次级电路的电压和电流形成陡峭的脉冲放电形式。这个放电脉冲不但通过点⽕线圈与⽕花塞间的⾼压线向外部形成电磁辐射，⽽且会沿着导线对其它电⼦、电器传导⼲扰信号。同时，在⽕花塞被击穿放电时，⽕花将形成 0.15～1 000 Hz电磁波向周围辐射，对其它电⼦电器设备形成强烈的电磁辐射⼲扰。
2）交流发电机。车载交流发电机产⽣的电磁⼲扰是感性负载⼲扰的重要组成部分。⼀⽅⾯，由于交流发电机采⽤炭刷与滑环将励磁电流引⼊转⼦线圈，在运转过程中，只要两者的接触状态稍有变化，就会产⽣电⽕花，形成电磁辐射⼲扰；另⼀⽅⾯，发电机负载和转速等变化会引起输出电压的变化，电压调节器则通过通断励磁绕组、调节励磁磁通来补偿其变动，这会在磁场线圈中引起频率、峰值不等的瞬变脉冲电压，如开关时间 2ms，对应 500 Hz 的频率，由傅⾥叶分析可知，其谐波频率将⾼达数千或上兆赫兹，产⽣射频⼲扰信号。
另外，交流发电机在⼯作时突然卸载或在额定⼯作负载时突然与正在放电的蓄电池断开，会产⽣严重的瞬变电压。瞬变电压的幅值可达 75～150 V，衰减时间可持续 100～200 ms。这种瞬变过电压对汽车其它电⼦器件会产⽣相当⼤的冲击，导致设备⼯作异常或损坏。
3）电动机。汽车上所⽤的电机数量越来越多，如起动机、风扇电机、刮⽔器电机、暖风电机、空调电机、喷⽔电机、车窗电机、油泵电机和电动座椅电机等都属于永磁直流电动机。电机在运转过程中难免产⽣电⽕花，会对其它的设备产⽣电磁⼲扰，如刮⽔器电机在换极（换相）时对电路产⽣较强的电磁⼲扰。虽然这些电动机⼀般都有封闭⾦属外壳的屏蔽罩，但由于缺乏针对性设计，不但发射辐射电磁⼲扰信号，⽽且通过电源线和搭铁线向外传导⼲扰信号。
另外，电动机在⼯作切换或开关时会产⽣瞬变电压，⼤多以⾼幅值的负脉冲及随后的低幅值正向脉冲
出现，最⾼峰值可达 300 V 左右，持续时间⼤约 300 ms。这种瞬变脉冲具有浪涌特性，具有丰富的谐波，可能⼲扰车载电⼦、电器控制模块的正常⼯作，导致电⼦器件的逻辑混乱或损坏敏感器件。
4）电源系统。汽车电路系统由蓄电池和交流发电机作为核⼼电源，车体作为共⽤搭铁，各个电⼦、电器装置并联其上。传统汽车电源系统（12 V或 24 V）存在着⾮瞬变性过电压和瞬变性过电压两种过电压。由磁场回路或调节器故障产⽣的⾮瞬变性过电压峰值可达 75～130 V，很容易直接损坏车载电⼦、电器设备。因抛负载、磁场衰减或切换感性负载产⽣的持续时间短⽽幅值很⾼的瞬变过电压（100～150 V）虽然对传统车载电器影响较⼩，但可能致使⼀些敏感的车载电⼦装置（如电⼦调节器、电⼦点⽕装置及其它电⼦控制单元）出现故障或损坏。
另外，因混合动⼒或纯电动汽车⼀般采⽤交流电机作为辅助动⼒或动⼒单元，蓄电池的直流电要经过逆变器转换为电机所需要的交流电，逆变后的交流电含有⼤量的谐波成分，并通过输⼊输出线向空间发射频谱范围较⼴（9 kHz～1 GHz）的强电场和磁场，会对车载电⼦电器件产⽣很严重的电磁⼲扰。
5）静电放电⼲扰。静电是由两种不同物质相互摩擦，因物体表⾯间电⼦移动⽽产⽣的。车辆在⾏驶时，驾乘⼈员⾐物与座椅间的摩擦，车轮与地⾯间的摩擦，车⾝与空⽓的摩擦等都可能产⽣静电，形成静电⼲扰源，引发静电放电现象。在静电放电过程中产⽣的放电电流将形成传导⼲扰，放电⽕花则形成辐射⼲扰。这种类型的⼲扰特点是⾼电压、短时间、⼩电流，但极可能使⼀些电⼦控制单元产⽣误动作，甚⾄造成永久性破坏。
2、车外电磁⼲扰源
汽车的⾼机动性决定了其可能会处于各种电磁场中，既有电磁环境良好的乡村地区，⼜有电磁场环境异常复杂的城市、机场及雷达站。车外电磁⼲扰源包括⼈为⼲扰源和⾃然⼲扰源两类。
1）⼈为电磁⼲扰是指汽车外部⼈⼯装置产⽣的电磁⼲扰，主要有其它车辆点⽕系统的辐射⼲扰、电动车电源系统、⾼压电⼒系统、车外雷达、⽆线电发射机、移动通讯设备等发射的电磁波，以及⾼压输电线的电晕放电产⽣的电磁辐射⼲扰等。
2）⾃然⼲扰是指由⾃然现象引起的电磁⼲扰，⽐较典型的有雷电、⼤⽓层的电场和电离层变化、太阳⿊⼦的电磁辐射以及来⾃宇宙的射线等。⼤多数情况下，这种电磁⼲扰⾮常复杂，对汽车的⼲扰影响可以忽略。但由于雷电放电的电流⾼达⼏⼗千安，上升时间不到 1μs，释放出频谱极宽、强场极⼤的⼲扰信号，对车辆影响极⼤，甚⾄直接损毁车辆和伤亡⼈员。
3、汽车电磁⼲扰传播途径
车载电器产⽣的电磁⼲扰信号既可以通过汽车导线直接进⼊其它电⼦、电器设备内部，⼜可以通过等效天线（如点⽕系统⾼压线、设备中较长的线缆、芯⽚管脚）辐射到⽆线电设备内部。也就是说，汽车上的电磁⼲扰传播途径主要有沿着导线直接传导和通过空间辐射两种⽅式，即传导⼲扰和辐射⼲扰。
1）传导⼲扰就是电磁⼲扰通过导线传输，即通过设备的信号线、控制线、电源线等直接侵⼊电⼦、电器内部。由于汽车和外界没有直接的电路连接关系，所以传导⼲扰基本上都是由车载电⼦电器部件引起的，且通常是因电动机、继电器以及其它感性负载的瞬态脉冲电压产⽣的，其瞬态脉冲电压可达 200 V，可能导致额定⼯作电压为 12 V或 24 V 的电⼦、电器件⼯作异常或被损坏。
2）辐射⼲扰的实质是电磁⼲扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。汽车上的电磁场强既包括车载电⼦、电器辐射场强，⼜包括外界电磁辐射场强。电磁辐射⼲扰的传输路径⾮常复杂，既可以直接辐射到电⼦、电器上，⼜可以先辐射到线束上然后再以传导⼲扰的⽅式进⼊电⼦、电器。
4、电磁敏感设备
因遭受电磁⼲扰⽽可能偏离其正常⼯作状态的电⼦、电器装置就是电磁敏感设备。在汽车电控系统中，基于数字电路的控制系统已逐渐替代了早期由机电或模拟设备完成的许多功能。但由于半导体逻辑器件对电磁⼲扰的敏感度较⾼，加之汽车线束与某些⾼场强频段的波长可以⽐拟，使得⼤量车载电⼦、电器零部件同时也成为了电磁敏感设备 。
如以弱电信号为控制依据的各种氧传感器、防爆震传感器、发动机 ECU、车⾝控制模块（BCM）、ABS轮速传感器、CAN总线等，常常是多个信号经过软件控制复⽤到同⼀个硬件总线。⼀个随机瞬态脉冲很可能就破坏了内部时钟晶振的时序、中断或打乱了正被传输的数据以及程序的执⾏状态等，导
致相关部件收到错误信号，使系统的控制功能失效。车载电器低电压、⼤电流负载特性使其开关过程在供电线路上会产⽣很多脉冲⼲扰，进⼀步恶化汽车电⽓系统的电磁环境。
尽管可以采取⼀些措施限制车内电磁⼲扰源产⽣的⼲扰噪声电平处于合理的范围内，减少车辆对环境的电磁污染，但车辆内部，特别是车辆外的电磁⼲扰是难以彻底消除的，⽆限制地加⼤⼲扰抑制措施会成倍地增加⽣产成本，在实际⼯程应⽤中是不可⾏的。这就要求敏感设备应具有⼀定的抵抗电磁⼲扰的能⼒，以保证其⾃⾝正常⼯作，达到车载设备相互共存、互不影响的状态。根据实现功能的重要程度，各个汽车⼚商对车载零部件抗扰度性能等级要求各不相同。对车载 DVD、⾳视频系统，要求⾄少为 C级，对车⾝控制模块（BCM）、发动机ECU、ABS、CAN 总线等则为最⾼级别 A 级的要求。⼀般⽽⾔，⾄少都是 C级或以上。
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四、 汽车电磁兼容性能的评价
新车型开发时，其电磁兼容性能究竟怎样，能否满⾜相关标准法规的要求，需要进⾏评价。⽬前，国内外采⽤的最直接、最有效的评价⽅法就是根据相关标准进⾏测试评估。当然，还有仿真分析法等。
1、国内现状
由于我国汽车⼯业整体⽔平落后，对汽车电磁兼容性问题的认识总体不够。近年来，逐渐吸收了国外部分研究成果，颁布了⼀些汽车电磁兼容标准，但与 ISO、IEC等国际先进标准还有较⼤的差距 。⽬前国内涉及到汽车整车及零部件电磁兼容性能的标准有 GB14023、
GB/T18387、GB18655、GB/T17619、GB/T19951、GB/T21437 共 6 个，均为全部或部分等同采⽤相关国际标准制定。主要对内燃机汽车的整车辐射骚扰，电动车辆的电磁场发射强度，车载电⼦、电器部件的传导和辐射骚扰，车辆电⼦电器部件的电磁抗扰度性能，整车及零部件抗静电放电⼲扰的性能，由传导和耦合引起的零部件电磁骚扰特性等⽅⾯的要求、测量和评价⽅法作出规定。
我国汽车公告、3C等法规检测仅对上述前 3 项、前 1 项标准提出了要求，但从零部件配套、车辆出⼝认证以及切实完善汽车电磁兼容性能来看，国内汽车电磁兼容标准化⼯作还需进⼀步加强，应采纳更多国外先进标准。
2、国外现状
汽车发达国家和地区很早就开展了汽车电磁兼容问题的研究，现在已经取得了不少成果，并颁布了较完善的车辆电磁兼容标准法规，⼀些汽车制造⼚商还制定了远⾼于国际标准的企业标准。⽬前国外涉及汽车整车及零部件的电磁兼容测试标准多达 29 个，主要有以下⼏类：国际标准，如 ISO系列（共 15 个抗扰度标准）、CISPR 系列（2 个骚扰标准） 等；地区标准，如欧洲的72/245/EEC 指令和 ECE R10 法规（涵盖 ISO、CISPR 所有标准）等；国家标准，如美国汽车⼯程学会 SAE 系列标准（共 29 个骚扰和抗扰度标准）等；汽车⼚商的企业标准，如福特的 ES- XW7T- 1A278- AC，⼤众的 VW TL80101、VW TL 82066，现代的 Hyundai ES 39110- 00、
HyundaiES96100- 01 等。
这些标准法规对汽车整车及零部件的电磁辐射骚扰、传导骚扰、瞬态传导骚扰、辐射抗⼲扰、瞬态传导抗⼲扰、抗静电放电等的测试⽅法及限值都进⾏了详细的规定，既可以有效保证汽车的电磁兼容性能，⼜能使汽车的整体综合性能得到显著提⾼。
五、总结
由于电⼦技术在汽车上的⼴泛应⽤，各种车载电⼦、电器数量增长迅猛，造成车载⽤电设备密集程度
越来越⼤。因此，汽车的电磁兼容性能已成为影响整车性能的重要因素，甚⾄将成为制约汽车技术继续发展的瓶颈之⼀。为解决此问题，汽车⼚家应当建⽴起⼀套完善的车载电⼦、电器零部件的管理流程，在确定整车需要达到的 EMC指标情况下，建⽴起从整车 EMC 指标向车载电⼦、电器 EMC指标进⾏分解的技术体系，加强试验检测和仿真分析，以最终保证整车的电磁兼容性能，从⽽保障整车可靠的安全性、环保性、节能性和舒适性等综合性能。