电磁兼容汽车电子论文

2022-05-01

今天小编为大家推荐《电磁兼容汽车电子论文(精选3篇)》,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。摘要:随着电子技术的飞速发展,越来越多的电器设备应用到汽车上,提升了汽车的整体性能,但由于采用大量电子设备而产生了电磁干扰。文章分析了汽车电子电器电磁干扰的产生,并提出了相应的解决策略。

电磁兼容汽车电子论文 篇1:

汽车电子设备的电磁兼容性研究

【摘 要】随着科学技术的不断创新,电子技术的不断完善,越来越多的电子设备被广泛地应用在汽车制造生产中。通过将先进电子设备合理应用在汽车上,能够最大限度地提升汽车综合性能,方便驾驶人员操作。然而,汽车一旦采用了大量电子设备就会产生电磁干扰现象,对汽车系统安全稳定运行会造成一定影响。因此,相关技术人员必须加强对电子设备的电磁兼容性研究,掌握汽车电子系统电磁干扰产生的主要因素,从而采取有效的解决措施。

【关键词】汽车;电子设备;电磁兼容性

0 引言

电磁兼容性是衡量汽车中电子设备正常性能与功能是否良好的一个关键标准,技术人员要想充分保障电子设备在汽车中运用的安全可靠性,就必须认真解决好电子设备电磁兼容性问题,加强对电子设备电磁兼容性控制管理工作。随着汽车内部电子设备使用数量的持续增加,会导致汽车内电子零部件作业环境充满电磁波,这样一来就会产生电子零部件之间的电磁干扰问题,影响到汽车电子系统的安全稳定运行。

1 汽车电子设备的电磁兼容性研究的重要性

汽车电子设备的电磁兼容性实质是指在汽车正常稳定运行过程中,汽车内部各项电子设备之间不会因为产生相互电磁干扰现象,而导致汽车电子设备无法正常有效工作。加强对汽车电子设备电磁兼容性研究的重要性体现在以下几方面:?譹?訛能够帮助工作人员在第一时间发现电子设备电磁干扰性问题导致的汽车运行安全隐患,根据实际安全隐患问题采取有效控制防范措施,从而提高用户驾驶汽车过程的安全水平,保障车上人员的生命安全和财产安全。?譺?訛通过加强对汽车电子设备的电磁兼容性研究工作,能够确保在设计阶段中及时发现可能存在的不同电磁干扰性安全风险隐患,从而有针对性地优化设计电子产品,有效防止在电子设备量产之后造成巨大经济损失。?譻?訛汽车电子设备电磁兼容性问题的产生轻则会致使各项电子设备的性能与功能降级,重则将会导致各项电子设备完全损坏,威胁到车上人员的生命安全。通过强化汽车电子设备电磁兼容性问题研究工作,能够保障电子设备产品的良好电磁兼容性设计水平,降低各项电子产品研发成本,同时缩短电子产品的实际生产时间,提高企业在市场上的核心竞争力,吸引更多的汽车厂商。

2 汽车电子设备的电磁兼容性问题分析

2.1 汽车内部电磁干扰问题

众所周知,汽车内部构造是由众多不同零部件构成的,这些零部件之间存在着不同的电磁性,这就会导致那些电磁性相对的零部件会产生相互电磁干扰问题。当汽车处于停止状态时,汽车内部电子设备和零部件不会发生相互电磁干扰现象,而一旦汽车处于运行状态,那么汽车内部的各项电子设备和零部件电磁性能将会发生一定改变,促使电磁兼容性问题的出现,并降低汽车驾驶过程中的整体安全性能,不利于保障车上人员的生命安全和财产安全。与此同时,在汽车内部构造中各种电子设备通常都会具有一些电触点和导线,它们都会有着对应的电容量和导电性,这样会由于它们彼此间形成的电容问题而导致汽车内部电磁相互干扰情况的发生,会一定程度影响到汽车内部各电子设备的电触点。例如,汽车的喇叭、启动器及雨刷等电触点。

2.2 车体电磁干扰问题

在汽车电子设备的电磁兼容性研究工作中,相關工作人员频繁要面对的问题就是汽车车体电磁感染问题,该问题的产生与汽车外部环境存在着密不可分的关系。当汽车处于高速行驶状态时,车体会与外界流动空气形成高速摩擦,这样就会促使车体上出现各种不均匀分布的静电,这些静电会在车体上形成不同程度的干扰电流,从而影响汽车内部的电路,并且会产生高频辐射,威胁汽车内部各项电子设备的正常稳定运行,造成电子设备电磁干扰问题的发生。

2.3 车体外部电磁干扰问题

汽车电子设备的电磁干扰问题发生的原因与车体外部存在一定关联,车体外部的电磁干扰存在于特定的时间或者空间,如雷电、高压变电站、高压输电线及太阳黑子辐射电磁干扰等。在汽车内部构造中,无论是哪种电子设备,它的电路通常会经过导线等以电磁波的形式发射出去,这样不仅会干扰到通信设备,还会对汽车电子系统产生一定的电磁干扰,导致系统运行出现一些不稳定状况。除此之外,因为车体外部的收发两用机之类的无线电设备、广播电视台及雷达等发射无线电波,都容易干扰到汽车上的各种电子仪器,促使汽车电子控制装置出现失控现象,从而产生汽车电子设备电磁干扰问题,影响汽车用户的安全驾驶。

3 汽车电子设备的电磁兼容性问题解决措施

技术研究人员要想有效提升汽车电子设备的抗电磁干扰性能,必须从两个方面着手,一是减小电子设备发射电磁干扰强度,二是抑制电磁传输。相关工作人员在运用电磁干扰的同时,还要在优化设计汽车电子设备过程中充分考虑到电子设备的电磁兼容性能,通过综合采用不同的方法去避免和抑制汽车电子设备电磁干扰问题的发生。

3.1 汽车内部电磁干扰问题的解决措施

针对汽车内部电磁干扰问题,技术研究人员可以采取以下几点措施:?譹?訛合理安装阻尼电阻。工作人员要将高质量阻尼电阻合理设置在汽车内部点火装置中,这样能够有效降低汽车点火时所产生的干扰电磁波。虽然阻尼电阻值越大,抑制干扰电磁波的效果会越好,但是一旦阻尼电阻值过大,将会减少火花塞电极间的火花能量。工作人员要科学地将阻尼电阻值控制在15 Ω左右,并将其安装在汽车内部点火线圈端和火花塞接头端。?譺?訛优化设计布线。工作人员要想有效解决汽车电子设备的电磁干扰问题,就必须展开对车内电线的规划设计和布置,对于大功率干扰电路要最大限度地降低负载,小功率电路则要紧挨着信号源,这样才能够充分发挥其作用。工作人员还要将那些进过滤波的电线尽量远离汽车内部的不同信号线,防止产生超导问题。通过将那些可能会造成电磁干扰的电器限制在高品质搭铁线上,能够实现有效控制,提升汽车内部电子设备抗电磁干扰能力。

3.2 车体电磁干扰问题的解决措施

针对车体电磁干扰问题,相关工作人员必须对雨刷电机展开结构优化调整,并使用内部滤波方法有效解决车体电磁干扰问题。在现实生活中,雨刮电机作为一种先进的直流电动机,是汽车上的一种常见干扰源。雨刮电机在运行作业过程中通常具有较大的功率,为了科学有效解决该问题,相关技术人员就必须合理调整雨刷电机的功率,同时对电路进行滤波处理。通过充分发挥滤波器的作用,有效抑制电路直通,防止汽车电子设备的电磁干扰。这也是一种较为常见的电磁抗干扰方法,被广泛应用在汽车电子设备电磁兼容性研究工作中。

3.3 汽车外部电磁干扰问题的解决措施

技术研究人员要想有效解决汽车外部电磁干扰问题,必须通过在车外合理安装一个高质量的金属屏蔽器,将全部容易产生电磁波的电器和导体进行包装或隔绝处理,让电磁波在流动过程中形成一个屏蔽障碍,促使流动的电磁波只能够在屏蔽罩中进行旋转,电磁波最后会集中在一起变成一个涡流,其不能成功向外发射,这就有效解决了电磁波对其他无限电器装置干扰的问题。伴随着我国科学技术的不断创新发展,汽车市场电子技术的不断完善,如今更多的是通过提高汽车电子设备自身的抗干扰性,最大限度地减少电磁干扰对汽车电子设备所带来的各种影响,充分保障汽车行驶过程的安全可靠性。

4 结语

综上所述,汽车电子设备的电磁兼容性实质是指汽车电子设备在运行过程中,不受其他电子设备电容的影响,同时保证在电磁干扰环境中稳定正常地工作,发挥出电子设备的各项功能和性能作用。汽车电磁兼容问题不仅会影响到汽车内部电子设备的正常使用和汽车安全性能,还会影响到汽车内部的整体结构。因此,相关技术人员要充分认识到研究汽车电子设备的电磁兼容性问题的重要性,要结合汽车电子设备实际存在的各种电磁兼容性问题,及时采取科学有效的措施,避免设备之间产生严重的电磁干扰,影响到电子系统的安全稳定运行,造成对车上人员的生命安全威胁。

参 考 文 献

[1]周振.汽車电子设备的电磁兼容性探析[J].时代农机,2017,44(10):97.

[2]刘文英.汽车电子产品电磁兼容性(EMC)分析、仿真及优化设计[D].杭州:杭州电子科技大学,2014.

[3]钟启兴.关于汽车电子的电磁兼容性分析[J].电子制作,2016(14):1.

[4]翟文涛.汽车电子控制系统的电磁兼容性研究[J].科技与企业,2015(2):196.

[责任编辑:钟声贤]

作者:刘学军 马世辉 李进波

电磁兼容汽车电子论文 篇2:

关于汽车电子的电磁兼容性分析

摘 要:随着电子技术的飞速发展,越来越多的电器设备应用到汽车上,提升了汽车的整体性能,但由于采用大量电子设备而产生了电磁干扰。文章分析了汽车电子电器电磁干扰的产生,并提出了相应的解决策略。

关键词:汽车;电子;电磁兼容性

引言

电磁兼容性是衡量汽车中电子设备正常性能与功能是否良好的一个关键标准,技术人员要想充分保障电子设备在汽车中运用的安全可靠性,就必须认真解决好电子设备电磁兼容性问题,加强对电子设备电磁兼容性控制管理工作。随着汽车内部电子设备使用数量的持续增加,会导致汽车内电子零部件作业环境充满电磁波,这样一来就会产生电子零部件之间的电磁干扰问题,影响到汽车电子系统的安全稳定运行。

一、汽车电子设备的电磁兼容性研究的重要性

汽车电子设备的电磁兼容性实质是指在汽车正常稳定运行过程中,汽车内部各项电子设备之间不会因为产生相互电磁干扰现象,而导致汽车电子设备无法正常有效工作。加强对汽车电子设备电磁兼容性研究的重要性体现在以下几方面:①能够帮助工作人员在第一时间发现电子设备电磁干扰性问题导致的汽车运行安全隐患,根据实际安全隐患问题采取有效控制防范措施,从而提高用户驾驶汽车过程的安全水平,保障车上人员的生命安全和财产安全。②通过加强对汽车电子设备的电磁兼容性研究工作,能够确保在设计阶段中及时发现可能存在的不同电磁干扰性安全风险隐患,从而有针对性地优化设计电子产品,有效防止在电子设备量产之后造成巨大经济损失。③汽车电子设备电磁兼容性问题的产生轻则会致使各项电子设备的性能与功能降级,重则将会导致各项电子设备完全损坏,威胁到车上人员的生命安全。通过强化汽车电子设备电磁兼容性问题研究工作,能够保障电子设备产品的良好电磁兼容性设计水平,降低各项电子产品研发成本,同时缩短电子产品的实际生产时间,提高企业在市场上的核心竞争力,吸引更多的汽车厂商。

二、汽车的电磁干扰现象

电磁干扰具体来讲就是影响了电子设备的接受信号,产生了噪音。

汽车上的电子设备由总线控制,各个设备间就能通过线路的连接产生干扰。

现象一:当汽车在有高强度的电磁区域路过时,汽车上的仪表会产生奇怪的摆动,收音机中会发出“刺啦,刺啦”的噪音。

现象二:汽车在雨天,启动雨刮器,达到一定车速时,汽车的发动机燃油点火电子控制系统失去作用。

现象三:某一型号的客车在打转向灯时车门打开了。这些都是由电磁作怪使车上的功能不能正常使用,都是导致汽车发生事故的原因。这些干扰是怎么产生的和怎么能减少这些干扰保证行车安全是我们现在要解决的问题。

三、新能源汽車产生电磁干扰的原因

我国在2012年时就对新能源汽车行业的发展做出了发展规划。除此之外,新能源汽车技术的未来发展还被列入国家高技术研究的发展计划名单之中。

新能源汽车通常会出现电磁干扰、辐射干扰,主要原因除了上文提到的电驱动设备、DC/DC或者是DC/AC等新能源汽车部件之外,还有新能源汽车本身携带的高压整体系统。高压整体系统将容易发出辐射干扰的新能源汽车部件连接在了一起。此外,还有新能源汽车的电池管理系统(又称之为BMS)和新能源汽车电子控制器(又称之为ECU)等。这些组成部分也会使新能源汽车产生较强的辐射干扰。

没有通过电磁兼容测试的新能源汽车产生的电磁干扰除了会对新能源汽车本身的内部构成系统造成不可弥补的不良影响外,还有可能对新能源汽车使用者或是环境产生不利影响。尽管这种电磁干扰对两者的危害暂无明确的学术定论,但对那些打算购买新能源汽车的消费者来说,新能源汽车的电磁干扰问题会降低他们的消费热情。

四、新能源汽车电磁兼容性改善措施

提高电磁的兼容性最主要的措施是降低电器的电磁强度,首先要降低发电机中的电流,其次是在车灯等会在瞬间产生电流的地方加上电弧抑制器,最后在有电刷的地方加上换向器,电容要很好的过滤电磁波。在降低了汽车内部的电磁干扰后还要考虑电磁的主要传播途径,电磁干扰的传播一般分为传导干扰与辐射干扰这两种形式,传导干扰是通过电流沿着电路进行传递,传到汽车的敏感器件时就会产生干扰的现象;辐射干扰是通过空气或者其他介质以电磁波的形式向周围进行辐射,以影响周围其他设备正常工作的磁场,使设备受到干扰不能正常的运行,汽车受到损害。

4.1改善新能源汽车的电力驱动系统

对电力驱动系统的新能源汽车控制版面、新能源汽车驱动功率版面进行整改,可以减少新能源汽车的电力驱动系统对外产生的电磁干扰。

4.1.1整改新能源汽车电力驱动系统的控制版面

在晶振干扰源中,对其进行接插件线缆处理。通过在控制版面晶振干扰源中加强接插件线缆滤波,使带有滤波的接插件线缆靠近控制版面晶振干扰源,进而有效降低控制版面的晶振干扰源发出的电磁干扰能量。

4.1.2整改新能源汽车电力驱动系统的驱动功率版面

电力驱动系统驱动功率版面中的新能源汽车电机控制器产生的电磁干扰比电力驱动系统控制版面中的晶振干扰源产生的电磁干扰还要强出几倍。针对这个新能源汽车电力驱动系统的主要电磁干扰来源,工程师最好要在新能源汽车电机控制器的外壳上做好屏蔽电磁干扰措施,也就是说,使新能源汽车电机控制器外壳完全封闭。另外,可以将新能源汽车电机控制器的外壳设计成接地模式,同时,在设计中尽量将新能源汽车电机控制器接地面积增大。

4.2改善新能源汽车的电源变换器

新能源汽车电源变换器是主要的电磁干扰源之一,作为新能源汽车的高压部件,常常进行高压电流的输入以及高压电流的输出作业。同时,新能源汽车电源变换器在高压输入、输出时,还会因功率管作业产生更大的电磁干扰。新能源汽车电源变换器有双重的电磁干扰源。因此,改善新能源汽车电源变换器的电磁干扰可以采用将新能源汽车电力驱动系统控制版面的磷酸铁锂电池走线用覆盖等方式将容易受到电磁信号干扰的部位屏蔽起来的方法,减少新能源汽车电源变换器等干扰源的影响;也可以合理地布局,将新能源汽车电源变换器内部线数减少,直接降低新能源汽车整体的电磁干扰信号。除了在新能源汽车电力驱动系统控制方面着手降低新能源汽车的电磁干扰外,工程师还可以通过延长新能源汽车电力驱动系统的驱动功率管通断时长,从内部减少新能源汽车电源变换器产生的电磁干扰。

五、结束语

汽车电磁兼容性是指汽车上的电子设备在使用的过程中,不受其它电子设备电容的影响,又能在干扰的环境下正常工作。汽车的电磁兼容影响到汽车的整体结构,也影响着汽车电子设备的使用以及影响到汽车的安全性能。汽车电子设备所产生的电磁波会对周围的环境带来电磁污染,同时,外界的无线电干扰也会给汽车上电子产品的正常工作带来不利影响。因此,不仅要认识到汽车电子设备的电磁兼容问题,还要提出解决对策以提高汽车的可靠性和安全性。

参考文献:

[1]唐超,王牧原.关于汽车电子的电磁兼容性分析[J].时代汽车,2019(07):125-126.

[2]付丽.关于汽车电子的电磁兼容性分析[J].通讯世界,2019,26(01):148-149.

[3]钟启兴.关于汽车电子的电磁兼容性分析[J].电子制作,2016(14):1.

[4]李炜.关于汽车电磁兼容性的研究[J].科技创新导报,2009(02):94+96.

作者:杜鑫 王渊博

电磁兼容汽车电子论文 篇3:

汽车电磁兼容试验室规划与工艺设计

摘要:随着汽车电子化技术的发展,电磁兼容问题成为影响汽车操纵、控制和安全等性能的重要因素。本文阐述了建设汽车电磁兼容试验室的规划,并介绍了在电波暗室、转台转毂、空调及土建各方面的工艺设计参数。

关键词:汽车;电磁兼容;试验室;测试;工艺

1 前言

随着电子技术的飞速发展,在汽车上越来越多地应用操纵、控制、安全、娱乐、显示等各种功能的汽车电子/电器零部件(ESA)。使用ECU/TCU等微处理器、电子传感器和电动执行机构取代传统的机械装置已成为汽车工业技术发展的趋势。目前,电子/电器零部件的成本已占汽车总成本的30%以上。一方面,ESA不断增多;与此同时,ESA的工作频率(如车载雷达、GPS、蓝牙)和发射功率也在逐步提高和增大。

ESA与传统的机械装置存在的根本不同在于ESA存在电磁兼容问题。汽车本身作为一个集成的电磁环境和平台,各ESA之间的电磁兼容性能,直接影响到ESA的工作情况,而涉及操纵、控制和安全的ESA是否正常工作,更是直接关乎汽车的安全性能。同时整车及ESA在周围有强电磁场(如雷达站、高压线、广电发射台和手机基站)的环境下不能受到干扰,而且不能干扰周围其它车辆和电气设备的正常工作。这些因素导致电磁干扰和抗扰问题日益突出,带来了大量的汽车电磁兼容问题。

目前的电磁兼容理论的仿真和分析尚不成熟,最终还是需要通过电磁兼容测试来对汽车的电磁兼容性能进行试验验证。

2 汽车电磁兼容标准

目前国际上主要的汽车整车和零部件电磁兼容标准包括国际标准(如ISO、IEC/CISPR)、国家标准(如欧盟指令及法规、美国SAE、日本JASO等体系)和企业标准。我国的汽车电磁兼容标准主要是等效采用的各种国际标准和欧洲标准。此外,军用汽车及装备还应满足GJB(等效采用美国军标MIL-STD)的相关要求。主要汽车电磁兼容标准如表1所示。

除了上述国际、国家标准外,大型汽车企业如福特、通用、大众、PSA、菲亚特等均制定有各自的企业标准,通常称为OEM标准。OEM标准往往比相应的国际标准更为严格。

3 试验室规划

对汽车整车和零部件,由于背景噪声低的开阔场已很难寻觅,而且抗扰度试验会对外界环境产生危害性场强,此外试验检测需要全天候工作,因此需要建设汽车电磁兼容试验室,用于真实地模拟各种复杂的汽车电磁兼容环境,为整车和零部件的电磁兼容认证和研发、改进服务。

汽车电磁兼容试验室投资巨大、建设周期较长(约2年),因此需要充分研究国内外相关标准和测试方法及其发展趋势,而项目的规划建设应适度超前,不致出现试验室还未建成即落后的情况。

试验室规划时,首先需要考虑试验对象及其尺寸、试验类型、试验级别等,并考虑项目预算情况,合理选择试验室的建设规模及资源配置,并需要考虑今后的扩展升级能力。对于汽车整车试验,需要至少涵盖M1/M2/M3、N1/N2/N3各种车型,试验频率覆盖9 kHz~18 GHz,抗扰度试验电平至少达到ECE R10所要求的20 MHz~2 Ghz频率范围和30 V/m试验场强。

新能源汽车的电磁兼容测试需求,是进行试验室规划必须考虑的重要因素。传统汽车的电磁兼容性能,在不同转速、车速等工况下的差别不大,还可以不配置转毂或配置被动转毂进行试验。而电动和混合动力汽车,在不同负载下的电磁兼容性能有显著区别[1]。这主要是由于电动机在不同负载下的dI/dt、dV/dt的巨大差别所导致的。因此,配备主动式转毂已成为新能源汽车测试的必要条件。

汽车电磁兼容试验室主要由电波暗室、转台转毂、测试设备、空调、土建及公用动力等各系统构成。

电波暗室包括整车半电波暗室、零部件半电波暗室、零部件测试室、转毂室、功放室、控制室等,为汽车电磁兼容试验提供必要的试验环境。为模拟电磁波在地面上的传播规律,整车和零部件的暗室均为半电波暗室。

转台用于测量汽车不同方向的辐射发射,转毂用于模拟汽车行驶工况,包括加减速、滑行、制动等,并可施加预设的道路阻力。

测试设备用于进行EMI、EMS、ESD、瞬态等各种试验项目的程控自动化测试。

空调为电磁兼容提供必要的通风、温湿度控制、汽车尾气的排出等。

4 工艺设计

4.1 电波暗室

电波暗室是汽车整车和零部件试验的主要场地,由屏蔽体、吸波材料和附属设施组成,其中吸波材料的特性至关重要。电波暗室的吸波材料有聚氨酯泡沫型、空心高功率型、薄膜型、复合型等四种[2]。吸波材料的形状被设计成使其阻抗与自由波阻抗相匹配。而吸波材料的有效长度与暗室最低使用频率的四分之一波长相对应。使用不同吸波材料、不同厂商所设计出来的暗室尺寸差别较大,应在电波暗室供应商确定后,再进行母体建筑具体参数的设计。

在暗室施工过程中,即使是薄膜型吸波材料,也会涉及到粘接工艺,会包含一定的甲醛成份。而且一些吸波材料本身也会释放有毒有害物质,在招标文件中可规定室内空气质量的要求作为验收文件的一部分。

如果使用复合吸波材料,需要特别注意的是:铁氧体瓦之间的缝隙大小对吸收性能影响极大,现场安装工艺对低频性能影响非常大。由于汽车需要进行高场强的抗扰度试验,吸波材料将电磁能转化为热能消耗掉,故吸波材料工作时会产生热量,需要高度关注吸波材料的阻燃性能。吸波材料的阻燃特性至少在B2级以上;暗室照明光源附近的吸波材料环境温度较高,阻燃特性应达到B1级以上。

需要在电波暗室内安装试验室标识logo的,最好能在招标技术文件中明确由暗室供应商在设计时一并考虑并负责安装,暗室完工后再行安装比较麻烦,特别是对薄膜型吸波材料。

整车电波暗室的辐射发射试验(GB14023)对应的下限检测频率是30 MHz(对应波长10 m),距点源大于1个波长可作为远场[3],则所有测试均符合远场测试的要求,而3 m法、5 m法都有部分频段为近场测试。所以,整车电波暗室应选用10米法半电波暗室。

零部件电波暗室目前有CISPR 25暗室、3 m法暗室两种类型。目前,CISPR 25标准已发布第4版草案,给出了150kHz~1GHz场地确认的方法:参考场地法和长线天线法。根据国外现有试验结果,3 m法暗室基本能够符合草案要求,而CISPR 25暗室存在一定比例不符合草案要求。如果经费允许,尽量选用3米法暗室。零部件暗室的测试桌宜采取水平接地的方式,防止暗室地面和棒天线的接地平面之间由于容性耦合而形成的谐振。如果要进行新能源汽车高压部件的测试,还需在零部件暗室中增加高电压、大电流的滤波器,并增大测试桌的尺寸。

电波暗室试验频次较高的天线塔(如整车EMI天线塔),宜采用电动高度调节和极化转换方式。由于供气压力的原因和气动阀的特性,气动方式在启停过程中冲击较大,会造成天线的早期损坏。天线塔应适合所用天线的重量,并带配重块和所使用天线相应的固定适配器。很多暗室供应商提供的天线塔是外包生产的,有些制造商并不了解试验要求,存在着伺服电机背景噪声超标、复合天线的振子之间或后方的部件(如固定螺钉)使用金属等问题。

电波暗室中接口板的数量、类型要事先在合同中规定,相应规格需和测试设备供应商详细协商确定。特别是控制室与转毂室、控制室与功放室之间,需要预留足够数量的光纤接口(包括GPIB光纤)和射频接口,以便进行转毂和功放的控制和射频连接。

暗室中的光纤都应预埋在高架地板之下,经常移动的光纤,如天线塔的光纤,尽量选用强度高的塑料光纤。相当固定的光纤,可选用传输效率高的玻璃丝光纤。暗室内要事先在高架地板内布置线缆通道,通道在转弯处需使用135?钝角过渡,避免直角转弯,通道端头的四周使用软橡胶等防护措施,通道内放置电缆拉索。

需要在在屏蔽体建造完毕之后,安装铁氧体和吸波材料之前,先由暗室供应商进行初试检漏,然后再请计量机构进行屏蔽性能的测试。测试位置应选在屏蔽性能相对薄弱的位置,例如门缝、信号接口板、波导窗、滤波器等。测试时需特别注意低频磁场和高频微波点的结果。涉及高电压应用的零部件暗室,必须进行电场的屏蔽效能测试,需要提前与计量单位联系并支付额外的计量费用。

4.2 转台转毂

汽车电磁兼容试验室为模拟汽车行驶工况需要配置转毂,转毂嵌入在转台之中。因此,转台都是由转毂供应商集成提供。转台四周与暗室的过渡区和接口需要双方进行协商确定。一般要求过渡区是正八边形的形状,圆形过渡会导致暗室施工困难。转台表面与电波暗室地面之间通过导电的电磁兼容性密封件来连接,其导电电阻小于0.5 Ω,间隙为5 mm。

为实现汽车ABS/TCS等工况下的电磁兼容性能测试,4×4独立驱动转毂是必要的(为满足现有标准中的行驶工况,最低限度也需要配备被动式转毂)。为满足电磁兼容试验极低的背景噪声和高试验场强的要求,需要配备为电磁兼容试验所特殊设计的使用直流测功机的转毂。直流电机通过非金属轴与滚筒连接,或者通过采取两端使用接地铜刷的金属轴与滚筒相连,目的是阻隔电机和滚筒之间的辐射影响。

为实现汽车轴距的调节,在轴距范围内使用可移动式履带,各节履带之间有衬垫连接,保证转台的电连续性。使用绝对位移传感器记录转台角度和轴距,并保证断电也不会丢失数据,以防止停电后再上电时转台和轴距调整装置意外移动,损伤车辆。

转台内配备迎面风系统,提供抗扰度扫频试验过程中的车辆冷却。带汽车尾气收集装置,尾排管采用绝缘材料,并能耐受600 ℃以上的高温。

抗扰度试验过程中,车辆内部有危害性高试验场强,为控制车辆运行,需要配备气动驾驶机器人,操作离合器、变速器、油门踏板、点火开关等。还需要气动按钮执行器对车内敏感设备进行操作。

4.3 空调

功放室的试验环境是汽车电磁兼容试验室中最为重要的试验环境。有必要在功放室增加温度监控,防止空调故障导致价值昂贵的功放损坏。功放室空调设计时还须考虑到汽车带状线测试所需要的10 kW(10 k~220 MHz)功放的散热问题,目前该类功放产品已从水冷散热(如AR的L系列)向风冷散热(如AR的A225系列)转化,需要考虑因此带来的空调选型设计问题。

空调风管与暗室的通风波导之间连接时,必须使用防火绝缘型软连接方式,以防止通过空调管道引入电磁骚扰。

整车电波暗室中的主要热源为发动机的散热及轮胎与转毂摩擦转化的热烈。空调系统采用下送风上回风的方式,送风口在高架地板之内和转毂室,其结构如图5。

4.4 土建及公用动力

电波暗室最忌进水和灰尘。土建设计尽量采用钢筋混凝土结构,而不要使用钢构型式,前者的防雨、隔音和保温性能更好而且不需每年进行保养。

对土建的要求除根据工艺要求的承载外,需要考虑到电波暗室地面的平整度不超过5 mm/5 m,而且不允许有累计误差、地面不得朝某个方向倾斜。土建需要提供接地电阻0.5 Ω的接地铜带给暗室接地,可使用四线探棒法通过电桥测试。试验室配电采用3相5线制,每相的负载尽可能平均分配,电波暗室滤波器的进线端之前不能安装漏电保护开关。

汽车电磁兼容试验室一般将转毂室、功放室都放置在地下一层。在南方地区,尽管采取多种防潮措施,夏秋两季地下室的潮气很难避免。地下室可采用通透结构,而且在暗室施工前在地下室配备足够容量的除湿机非常必要。

电波暗室的滑动门、转毂的刹车系统需要使用压缩空气,需要配备足够容量的气源和冷干机等过滤装置。

4.5 项目协调

汽车电磁兼容实验室的建设是一个复杂的系统工程。涉及面到包括测试设备在内的各个供应商。各方在工艺、实施进度等各方面的配合、协调是项目正常开展的必要条件。其中,电波暗室与土建、电波暗室与测试设备、电波暗室与转台转毂之间的接口是最重要的。

业主方要根据项目的实施情况,在合适的阶段牵头召集各方进行项目的工艺、进度、接口的协调会,明确各方的职责和要求,是项目建设推进的必要条件。项目协调会需要召开多次,尤其是对专业经验欠缺的土建设计方和施工方来说,可从其他各方的经验中得到启发,且有效避免推诿、扯皮现象。

5 性能测试

国家汽车质量监督检验中心(襄阳)自2008年底启动建设汽车电磁兼容试验室,于2010年7月完成了电波暗室屏蔽效能的测试,同年12月经奥地利Seiberdorf试验室完成场均匀性测试、场地电压驻波比的测试,2011年4月由中国计量院进行了场均匀性测试和背景噪声测试。相关测试结果如表2。

后经试验室自行测试,30 MHz以下的磁场和电场背景噪声也低于GB/T 18387-2008限值线10 dB。

其后,又陆续建成了汽车整车及零部件EMI测试系统、零部件EMS测试系统、零部件传导及BCI屏蔽室、整车EMS测试系统等,全面形成了汽车电磁兼容试验能力。

6 结束语

本文是对汽车电磁兼容试验室建设及工艺设计过程中相关经验和教训的一些总结,期冀对汽车电磁兼容试验室的建设者有所裨益。

汽车电磁兼容试验室的建设,形成了汽车电磁兼容试验研究的环境及试验条件,对于提升汽车电磁兼容性能,特别是电子电器产品的质量和可靠性,具有非常重要的现实意义。

参考文献:

[1] SAE J551-5-2012. Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, 150 kHz to 30 MHz[S].2012.

[2] 高攸刚,张苏慧. 5米法电波暗室[J]. 安全与电磁兼容, 2003(2): 30-31.

[3] F.W. Trautnitz. 暗室吸波材料的进展与场地电压驻波比验证方法[J]. 安全与电磁兼容, 2008(4): 45-48.

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作者:刘克涛

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