汽车电子电气设备下试验方法研究

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摘要：电子电器设备作为汽车的重要组成部分，能够直接影响汽车运行性能，但是在电子电器设备运行过程中，会受到一定的干扰影响，所以必须明确汽车传导干扰特征，进而对其传导抗干扰性能进行优化，能够全面提高汽车运行性能。因此，本文将对汽车电子电气设备的传导干扰试验方法进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进汽车电子电器设备运行质量提高，促进我国汽车产业发展。

关键词：汽车；电子电器设备；传导干扰；试验方法；优化措施

0引言

当前在我国出台的汽车相关规定文件中，对于汽车的电磁兼容性已经进入汽车公告和强制性产品认证范围内，电磁兼容要求法规化和标准化，所以对于汽车电磁兼容性能的检测工作相继开展。汽车电磁兼容性测试和试验工作具有重要意义，涉及到汽车的电子电器设备、系统电磁兼容建模、开发、检验以及干扰等多个阶段。本文依据国家规定向的汽车电子电器设备传导干扰试验方法规定，以汽车暖风电机作为主要研究对象，全面分析其试验方法并得到相应的结论。

1汽车电子电器设备电磁兼容性分析

1.1电子电器设备电磁兼容性

电磁兼容性是指设备或系统在电磁环境重负荷要求运行，不会对所应用环节中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力，电磁兼容性主要包括两个方面的要求，即设备在正常运行期间对所处于环境中产生的电磁干扰不能超过一定限制，以及设备对所处环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抵抗能力，也就是电磁敏感性。在电子设备应用之初，对于电磁兼容性的研究不够深入，且大部分电子电器设施制造企业没有考虑到电磁兼容性的问题，但是随着使用的现代数字设备电信号电压逐渐变低，且时钟频率逐渐提升，电磁兼容性所存在的问题逐渐暴露，为此关于该领域的研究不断深入[1]。电磁干扰主要由传导干扰和辐射干扰两种不同类型，传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号，以导电介质或公共电源线的方式发生互相干扰的问题；辐射干扰是指电子电气设备产生的干扰信号通过空间耦合将干扰信号传递到其他电网络或电子设备中。为了防止电子电气设备产生的电磁干扰影响其他设备工作，对于电子电气设备在电磁兼容性方面的要求不断提高，我国也相继出台了电子电气设备的电磁兼容性标准。

1.2汽车电子电气设备传导干扰分析

汽车中含有大量的电子电气设备，各电子电气设备在运行过程中，如果电磁兼容性较差，会导致产生过大的电磁干扰，从而对其他电子电气设备运行造成影响，是影响汽车行驶性能以及安全性的重要因素，所以我国对于汽车电子电气设备的电磁兼容性具有明确要求，制造厂商必须对电子电气设备的电磁兼容性进行检测，保证各电子电气设备和系统能够有效应对不同等级的电磁干扰。在汽车内部系统运行时，传导干扰会通过各种设备连接的电源线传递，如果电子电气设备的抗干扰能力较差，则会导致部分设备运行出现故障。在汽车电子电气设备的传导干扰测量方面，主要是对被检测设备利用电源线向外部发生的干扰进行测试，所以测试对象主要是EUT的输入电源线、互连线以及控制线等，测量频率根据被检测设备进行确定，主要的测试方法为电流测试方法和电压测试方法，测试方法选择需要依据被检测设备的频段。如果需要测量的被检测设备馈入到电源线中产生传导干扰电压，则可以采用电压测试方法中的电源阻抗稳定网络方法，将其应用在电网和被检测设备之间，将电源与被检测设备进行隔离，从而能够获得仅为被检测设备所发射的干扰电压，不会获得馈入来自网络的干扰，同时在规定频率范围之内，对传导干扰信号提供规定的稳定阻抗，以便于能够获得较为准确的检测结果，通过测量结果评价汽车电子电气设备中的电磁兼容性情况，如果发现某电子设备产生电磁干扰较大，或电子设备的抗干扰能力不足，则需要对其进行调整，从而能够有效提升汽车运行整体性能。

2ES传导干扰试验方法分析

2.1瞬态传导发射试验分析

瞬态传导发射是指被检测设备在接通、切断的瞬间通过电源线所产生瞬态干扰信号，瞬态传导发射是潜在的传导干扰源，在试验过程中需要保证不能受到其他电磁因素的影响。这种试验方法所采用的示波器分辨率较高，主要是测量被检测设备在断开、闭合和其他工作模式下所产生的瞬间电压，并对瞬间电压的最大正负幅值、上升时间、下降时间以及脉冲等参数进行记录，要求最好记录十个波形数值，记录中含有最大正幅度波形和最小正幅度波形，之后按照相关规定对试验结果进行分析，从而能够得到汽车电子电器设备的传导干扰参数。

2.2连续传导发射方法分析

连续传导发射方法是指通过接收机测量被检测设备在运行过程中，在电源线中形成的连续高频干扰，为了确保汽车内接收机不会受到干扰的影响，相关标准中对应频率范围需要控制在0.15-105MHz之内，并在该范围内划分为五个不同等级。连续传导发射试验方法可以分为电压测量和电源探头测量两种不同模式，电压测量主要用于电源线中的干扰，采用人工电源网络将其与接收机连接；电源探头测量则主要应用与信号线和数据线中产生的干扰，将被测电源探头与接收机相连。试验设计需要按照被检测设备在车内的安装位置进行确定，一般分为远端接地和近端接地两种不同测量模式。

2.3传导抗干扰试验方法分析

传导抗干扰试验主要是对ESA在不同信号干扰条件下是否能够保持正常运行状态的一种测试方法，干扰信号一般含有继电器开关运行期间产生的快速脉冲群、交流和直流马达运行产生的高能量冒充、电源和感性负载断开运行时产生的瞬间脉冲、电源发生中断导致的瞬间脉冲以及电源开关时间过程中出现的电源变化等。在该试验方法应用过程中，首先需要对脉冲极性、幅度以及宽度进行校准，在调试验脉冲发生器调整完成后，根据实际情况对其施加脉冲，并根据测量结果对被检测设备等性能参数进行评价[2]。

3ESA传导干扰试验平台分析

3.1瞬间传导发射试验平台

为了提高试验结果准确性，必须构建完善的瞬间传导发射平台，本文利用某企业开发的AES5500系统和高端示波器作为系统主要结构，内部系统包括示波器、电压探头、人工网络、被检测设备、接地平板、电源以及长度低于100mm的接地线。AES5500系统中含有人工电源网络、电子开关、控制电源以及机械开关，本次试验系统中含有高压差分探头，试验电压最大能够达到1500V；该系统具有电子开关响应速率较快、关联电阻能够调整以及示波器带宽较高等多项特点；在瞬态传导发射器应用过程中，必须明确被检测设备为快速脉冲或慢速脉冲、明确通电过程的瞬态现象和断电过程中的瞬态现象明显程度，之后通多多次反复试验确定最具代表性的瞬态现象。

3.2连续传导发射平台

本文所采用的连续传导发射试验平台为某企业生产的接收机和LISN以及其他设备，内部系统构成包括电源、人工网络、被检测设备、模拟负载、接地平板、电源线、低相关介电常数支撑设备、同轴电缆、检测设备、屏蔽室、50Ω负载以及壁板连接器。电源正负极各采用一个LISN输入端，输出端分别连接被检测设备的正负电极，电源正极对应LISN1测试端的50Ω负载，电源负极对应LISN2的测试端接收机。在采用该试验平台时，被检测设别的电源线需要控制在200mm之内，如果超过200mm可能会出现衰减过大的问题，且在试验期间接收机的输出端必须插入射频衰减器，从而能够防止因过压问题导致接收机受损。

3.3传导抗干扰平台

本文所采用的传导抗干扰试验平台主要包括示波器、电源探头、电源内阻为R的试验脉冲发生器、被检测设备、接地平板、最大长度为100mm的接电线、任意电阻以及任意二极管桥；系统结构中包括小型汽车瞬变模拟器UCS200N、抛负载模拟器LD200N、电压跌落模拟器VDS200N50、软件、附件以及电缆共同工程。每个信号发生器可以单独运行，也可以在统一标准下安装在机柜中同时运行，利用UCS200N中的中央耦合矩阵开关输出测试信号；该系统每个设备都安装IEEE455口，能够通过手动操作完成，也可以采用自动化技术完成，试验人员能够按照自身需求选择相应的仪器设备，因为不同企业对于测试的要求不同，可以在7638系统基础上增加微脉冲结构，从而满足试验人员的特殊脉冲需求；在脉冲注入系统前，需要通过示波器和高压差分探头对脉冲进行调整，确保示波器中所显示的参数能够满足试验要求。因为脉冲3a和3b的频率较高，所以在校准过程中需要接入衰减器，从而能够提高测试结果准确性。因为本次试验平台带有直流电源，所以不需要为被检测设备接入外部电源，平台中含有耦合单元能够将干扰脉冲耦合在电源线中，在脉冲注入的过程中，需要从UCS200N前面板的插头区域引出正负极，将其直接连接在被检测设备的电源端子中，引出线长度需要控制在50cm左右，根据相关标准要求，脉冲发生器端口和被检测设备的连接导线长度为50cm±10cm，且在条件允许的情况下，需要减少被检测设备电源线长度，同时将线束放置在绝缘材料中，确保试验安全，还能够避免对试验结果准确性造成影响[3]。

4试验结果分析

4.1瞬态传导发射试验分析

本文以汽车的暖风电机作为被检测设备，通过电子开关对暖风电机进行通电和断电，从而获取典型电压的瞬态波形。按照测试结果来看，因为暖风电机为感性负载，当发生供电被突然切断的情况时，会出现反向瞬态高压，线圈在开始阶段的储能越多，则对切断的响应速率越快，出现的瞬变电压则越高。在本次试验中方向电压最高达到600V，相比于其他相关试验结果而言，本次试验中瞬变时间较快，已经达到了纳秒级别，在这种情况下，所产生的瞬间电压较大，会对汽车电子电气设备模块运行产生很大影响，甚至会导致电子电器设备出现损坏。干扰能够利用电源线传导的方式，对汽车电子电器设备造成影响，同时党无线电干扰频率高出一定频率后，线路会通过天线向外部发射无线电干扰，对汽车内外的电子电器设备正常运行造成很大影响。图2为暖风电机瞬态传导发射试验结果。

4.2连续传导发射试验结果分析

根据实验方法设计将汽车的暖风电机作为被检测设备，采用远端接地方式，利用电压测量方式获取被检测设备的连续传导发射结果，试验结果中包括峰值扫描结构和平均峰值扫描结果，限值包括零部件电源输入端带宽传导干扰限值（峰值）、零部件电源输入端带宽传导干扰限值（准峰值）以及零部件电源输入端窄带宽传导干扰限值。按照测试结果可以看出，暖风电机的电源输入端传导发射超过规定中最宽松的传导发射限制，尤其是在30MHz-105MHz中，整体频段都超过了允许峰值，不含有控制电源的电机只会受到含有宽带的干扰源影响，且为长时型干扰类型，所以需要采用滤波以及屏蔽等方式降低其干扰程度。

4.3传导抗干扰试验结果分析

根据设计方案以汽车暖风电机作为被检测设备，对电源线采用干扰脉冲，所得到的试验结果具体内容如表1所示。因为汽车暖风电机中没有微电子电路以及高频元件，所以所产生的干扰不会造成永久性破坏。因为脉冲5属于能量较大的脉冲等级，所以除了能够评价被检测设备在脉冲5作用下的抗干扰能力之外，还能够用于脉冲对电子电器设备破坏性的评价中。从上述表格中可以看出，脉冲1、脉冲2a与脉冲2b对汽车南风电机的影响较小，所以建议汽车生产商需要充分考虑到汽车电子电器设备的抗干扰能力情况，可以通过利用二极管、齐纳二级、变阻器、电容器、抑制滤波以及阻尼电阻等方式将其与可能会受到干扰的端子进行连接。同时，必须保证安装位置合理，从而能够有效提高汽车电子电器设备的抗干扰能力。在当前的相关研究中，所提出的脉冲类型并不足以覆盖全部汽车的瞬变情况，但是也综合了许多方面的干扰对ESA进行评价，包括高速低能量脉冲、低速高能量脉冲、速度与能量都为中等等级的脉冲以及直流电压中断等，所以综合评价结果较为准确，可以在安装12V、24V系统的汽车、普通货车等设备检测评价中使用。

5汽车电子电气设备电磁兼容性提升有效策略

通过上文的分析可以明确，在汽车内部结构中，电子电气设备的电磁兼容性对其汽车性能和安全性会造成直接影响，且随着电子电气设备中微电脑逐渐增加，大量设备的使用使得汽车系统内部电磁环境不断复杂，逐渐增多的脉冲噪音、放射电磁场、经典以及电压变化等，会引起汽车电子电气设备出现误动甚至损坏的问题，所以需要提升汽车电子电气设备的电磁兼容性，本文总结如下几项策略：①电源方面。电源线两端考虑采隔离接地，以免接地回路（GroundLoop）形成共同阻抗耦合（CommonImpedanceCoupling）将噪声耦合至信号线；避免将电源与信号线接至同一接头；开关式电源供应器加装隔离罩以防辐射性发射干扰，滤波器选用器选用π型或T型可抑制宽波段噪声，陶铁磁体（Ferrite）材质可抑制射频噪声。②信号线方面。信号输入线和输出线尽量避免排在一起，从而能够避免干扰问题发生；不同类型的信号线需要避免混杂接在一个接头中，需要按照信号线类别安装隔离；输入信号线与输出线尽量避免同在一个接头上，如不能避免时应将输入与输出信号错开。③电路设计。具干扰性的回路，如时脉、驱动器、交换式电源的开关和闭合、振荡器式控制信号，应加隔离遮蔽。6结束语综上所述，本文全面阐述了汽车电子电气设备电磁兼容新的基本内涵，同时对电子电气设备的传导干扰检测方法进行分析，将其应用在实践检测中，最后提出一些能够强化汽车电子电气设备抗干扰能力的方法，希望能够对我国汽车生产制造行业起到一定的借鉴和帮助作用。

参考文献：

[1]韦冬玲.电气调试中电子电路的干扰问题研究[J].信息周刊，2019（35）：1.

[2]刘振东，邓青青，陈黎君，季强.基于整车道路耐久试验的电子功能检查方法研究[J].上海汽车，2020，363（11）：28-31，47.

[3]许建雄.电气调试中电子电路的干扰问题研究[J].中国高新科技，2019（008）：3.

作者:杨廷桦 单位:中山市沙溪理工学校