簡述車載GPS監(jiān)控設(shè)備的汽車電源環(huán)境

引言

隨著汽車微電子裝備的大量增加，半導(dǎo)體邏輯器件對(duì)電磁干擾敏感度相當(dāng)高，加之汽車線速與有關(guān)高場強(qiáng)頻段的波長可以比擬，這些頻段存在對(duì)車載電子系統(tǒng)造成強(qiáng)烈電磁干擾的隱患；車載電磁低電壓、大電流負(fù)載特性使其開關(guān)過程在供電線路上產(chǎn)生很多脈沖干擾，進(jìn)一步惡化了電磁環(huán)境。因而，在實(shí)際的汽車電器設(shè)計(jì)中，電磁兼容設(shè)計(jì)通常成為設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

　　由于汽車內(nèi)部的自生騷擾發(fā)射干擾源有很多，如刮水器電動(dòng)機(jī)、燃油泵、火花點(diǎn)火線圈、空調(diào)起動(dòng)器、交流發(fā)電機(jī)線纜連接的間歇切斷，以及某些無線電子設(shè)備，如手機(jī)和車載電臺(tái)等。這些干擾源是產(chǎn)生種瞬變電脈沖即可能通過電磁騷擾發(fā)射對(duì)環(huán)境中的其它設(shè)備造成干擾。所以抑制干擾的源頭較為困難。

　　1 汽車上的干擾源

　　汽車電系上的負(fù)載多種多樣，既有小阻抗、大電流的阻性感性負(fù)載，也有小電流、高電壓的脈沖發(fā)生裝置，還有高頻振蕩信號(hào)源，它們不僅對(duì)外是潛在的干擾發(fā)射源，也是對(duì)車載電子產(chǎn)品的干擾源。另外，由于高機(jī)動(dòng)性，汽車也可能會(huì)處于各種可以想像得到的從低頻到高頻的復(fù)雜電磁場中，由此產(chǎn)生的電磁干擾耦合也會(huì)影響汽車電子電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。汽車電系內(nèi)的電壓可以歸納為以下幾類：正常工作電壓、異常穩(wěn)態(tài)電壓、無線電干擾電壓、瞬變過電壓和靜電放電。

　　2 汽車電器的電磁兼容

　　設(shè)計(jì)汽車電器的電磁兼容環(huán)境應(yīng)是一個(gè)設(shè)備共存、互不干擾的環(huán)境，這就要求系統(tǒng)具備良好的emi和ems特性。造成電器功能降級(jí)或失效的電磁干擾的發(fā)生必須同時(shí)具備3個(gè)要素：干擾源、干擾耦合通路以及敏感設(shè)備。抑制干擾源、阻斷耦合以及提高敏感設(shè)備的抗擾閾值是解決電磁兼容問題的根本措施。

　　2.1 電磁干擾的傳輸和傳輸途徑

電磁干擾的發(fā)生必然存在干擾能量的傳播和傳播通道。干擾的傳輸有兩種基本方式：傳導(dǎo)和輻射。輻射耦合細(xì)分為：天線對(duì)天線耦合、場對(duì)線耦合和線對(duì)線耦合。針對(duì)干擾的傳播和耦合途徑，在汽車電器工程實(shí)踐中要采取如下的系統(tǒng)方法來改善emc特性：濾波、屏蔽、搭鐵和布線。

　　2.2 干擾源和敏感設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)

在方案已定的功能電路中，檢驗(yàn)電磁兼容指標(biāo)是否滿足要求；此時(shí)如不滿足要求，則可通過參數(shù)修改來達(dá)到指標(biāo)，如調(diào)整數(shù)字化控制器的工作頻率、圓整脈沖的上升率或重新選擇元件等。其次進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，包括濾波、屏蔽、搭鐵與搭接設(shè)計(jì)，甚至采用時(shí)空隔離和頻率回避等改進(jìn)措施。最后是做布局調(diào)整性設(shè)計(jì)，包括對(duì)總體布局的檢驗(yàn)、屏蔽體縫隙的檢驗(yàn)、組件和印制板布局檢驗(yàn)等。電路和分系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)包括如下的步驟：元件選擇、電路選擇、濾波技術(shù)應(yīng)用、搭鐵設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、電路布局和系統(tǒng)布局規(guī)劃。

　　3 汽車電子電磁干擾（EMI）及其影響

　　當(dāng)以點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車在公路上運(yùn)行之時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁波，干擾其周圍的無線電廣播和無線電通訊業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，并且對(duì)電磁環(huán)境造成污染。自此人們將電磁污染列人到汽車造成的三大污染源之一（排放、噪聲、電磁）。國際無線電組織開始對(duì)這種高能量脈沖形式的干擾源進(jìn)行研究并提出了測(cè)量方法和限制要求。目前，這種電磁污染的控制要求已被列入到世界各國的技術(shù)法規(guī)中。經(jīng)過多年的技術(shù)規(guī)范，市場上運(yùn)行的汽車基本實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火脈沖電磁噪聲的有效控制。

　　但隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，汽車電子電器設(shè)備的大量應(yīng)用，汽車電磁干擾的特點(diǎn)及其產(chǎn)生的影響也有了巨大的變化。汽車產(chǎn)生電磁干擾的源，不單純是點(diǎn)火系統(tǒng)，大量應(yīng)用于車輛上的各種電子電器設(shè)備也同樣產(chǎn)生電磁干擾。

　　車輛產(chǎn)生的電磁干擾不但對(duì)車輛外界的無線電設(shè)備造成影響，而且也會(huì)對(duì)車輛內(nèi)部的各種電子部件造成不良影響。早期人們普遍關(guān)心的是車輛電磁干擾對(duì)電磁環(huán)境的重大影響，隨著有效的治理，這種影響已經(jīng)得到了控制。近些年，汽車出現(xiàn)了許多由于車輛內(nèi)部電磁干擾對(duì)車輛的正常運(yùn)行及安全性和可靠性等產(chǎn)生重大影響的現(xiàn)象，引起了人們的特別關(guān)注。目前，人們開始研究車輛內(nèi)部電磁干擾的產(chǎn)生和影響及其控制技術(shù)。

　　一、汽車內(nèi)電磁干擾現(xiàn)象

　　汽車產(chǎn)生電磁干擾的源有：高壓點(diǎn)火系統(tǒng)；各種感性負(fù)載（如電機(jī)類電器部件）；各種開關(guān)類部件（如閃光繼電器）；各種電子控制單元ECU；甚至各種燈具，無線電設(shè)備等。這些部件產(chǎn)生的干擾會(huì)在汽車內(nèi)部造成相互影響。下面列舉一些實(shí)際發(fā)生的現(xiàn)象。

　　現(xiàn)象1：某種中高檔次轎車，具有高性能ABS系統(tǒng)。樣車在一次實(shí)況測(cè)試中遇到了雨天，啟動(dòng)雨刮器，在某一車速運(yùn)行時(shí)，ABS突然失去了作用。

　　現(xiàn)象2：國內(nèi)生產(chǎn)的某一型號(hào)微型汽車，其發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器經(jīng)常出現(xiàn)易被擊穿損壞現(xiàn)象。經(jīng)查，當(dāng)雨刮器工作時(shí)，這種損壞現(xiàn)象就容易發(fā)生。

　　分析上述兩個(gè)實(shí)例，造成這種現(xiàn)象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為感性負(fù)載，在切斷電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電流并通過電源線傳輸?shù)焦╇娤到y(tǒng)中，從而在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾脈沖，一些電子部件在這種干擾脈沖條件下，不能正常工作，甚至導(dǎo)致?lián)p壞。

　　現(xiàn)象3：一種國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的安全氣囊，在汽車整車裝配線上突然引爆。經(jīng)對(duì)該安全氣囊的電子引爆控制器進(jìn)行試驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)其不能承受較強(qiáng)的環(huán)境輻射電磁場，當(dāng)有靜電放電發(fā)生時(shí)，會(huì)有誤動(dòng)作。