汽车电子技术交流 汽车电磁兼容标准与试验 The standard and test of Automotive Electromagnetic Compatibility Technology 全国无线电干扰标准化技术委员会 D 分会主任委员徐立 研究员级高级工程师 1
---- 汽车技术的新领域 汽车电磁兼容, 为近几年面世的汽车技术专业词, 许多人对它有些陌生, 如同汽车排放 汽车安全一样, 随着市场需求和技术进步而产生出的新词 随着汽车保有量的增加, 汽车尾气排放及燃油蒸发等有害气体对环境空气造成了日益严重的影响, 为限制汽车排放造成的污染, 提出了汽车排放技术 面对各种交通事故中汽车对人员造成的伤害, 为降低汽车伤害程度并提高汽车的安全性, 派生出汽车安全技术 2
---- 汽车技术的新领域 近年, 日益繁多的电子产品广泛应用于汽车, 并逐渐形成了汽车电子技术 当今的汽车, 应用电子技术的程度已成为提升汽车技术水平的重要标志 汽车应用电子产品涉及到共性问题 关乎汽车特定电子系统及其周围电子系统运行的安全可靠性, 关乎电子控制功能的运行的安全可靠性 诸如电子控制汽车制动系统 电子控制传动系统 电子控制转向系统 乃至影响汽车整车的安全可靠性 因此对于现代汽车而言, 与汽车排放技术 汽车安全技术同为汽车共性技术 3
---- 介绍的主要内容 1. 汽车电磁兼容性技术的研究范畴 2. 汽车电磁兼容特性 3. 国内外电磁兼容组织机构和标准法规 4. 实验测试技术 5. 国内现状 6. 未来发展趋势 4
一 的研究范畴 1.1 电磁兼容性概念 电磁兼容性 汽车电磁兼容性 1.2 研究的范畴 1.3 电磁兼容技术分类 电磁兼容技术分类 分类 1.4 研究的对象 1.5 研究内容的发展变化 5
1.1 电磁兼容性概念 电磁兼容性 (EMC) 英语 :Electro-Magnetic Compatibility 缩写为 :EMC 国家标准 GB/T4365-2003 定义 : 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 6
电磁骚扰与电磁干扰 电磁骚扰 disturbance 任何可能引起装置 设备或系统性能降低或者对生命或无生命物质造成有损害影响的电磁现象 产生影响, 可能无影响结果 电磁干扰 interference(emi) 电磁骚扰引起的设备 传输通道或系统性能的下降 产生影响并有影响结果 7
电磁抗扰性与电磁敏感性 电磁抗扰性 装置 设备或系统面临电磁骚扰时不降低运行性能的能力 电磁敏感性 在存在电磁骚扰的情况下, 装置 设备或系统不能避免性能降低的能力 敏感性就是缺乏抗扰性 8
EEC 指令 72/245/EEC 汽车电磁兼容性 ( 最新修订为 2004/104/EC) 的定义 : 车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境中能令人满意地工作, 又不对该环境中任何事物造成不应有的电磁骚扰的能力 即, 在汽车及其周围的空间中, 在一定的时间内 ( 运行的时间 ), 在可用的频谱资源条件下, 汽车本身及其周围的用电设备可以共存不致引起降级 9
1.2 电磁兼容技术研究的范畴 电磁兼容是研究在有限的空间 有限的时间 有限的频谱资源条件下, 各种用电设备 ( 系统 分系统 甚至包括生物体 ) 可以共存并不致引起降级的一门科学 10
1.3 电磁兼容技术分类 电磁兼容 EMC 电磁干扰 EMI 电磁抗扰 EMS 传导干扰 辐射干扰 传导抗扰 辐射抗扰 11
汽车电磁兼容性技术分类 EMC 整车 部件 EMI EMS EMI EMS 辐射 传导耦合 辐射 传导耦合 辐射 传导耦合 辐射 传导耦合 12
1.4 电磁兼容性技术研究的对象 电磁骚扰的特性 : 骚扰源 骚扰种类 电磁抗扰 ( 敏感 ) 特性 : 电磁感受体对电磁骚扰的承受能力 电磁骚扰的传播特性 : 传播媒介, 空间 信号线 公共电源线耦合 13
1.5 研究内容的发展变化 研究内容若按时间段划分, 有 3 个阶段 : 阶段 1 20 世纪 80 年代以前 ( 早期 ); 研究汽车高压点火系统产生的电磁干扰对汽车周围无线电设备的影响 ; 限制汽车产生的电磁辐射, 保护电磁环境 主要保护车辆两侧建筑物内无线电接收机 ; 此阶段主要考虑汽车无线电干扰问题 14
1.5 研究内容的发展变化 ( 阶段 2) 阶段 2 进入 20 世纪 90 年代 ; 研究的对象扩大了, 包括车辆 ( 内河 ) 船 内燃机驱动的装置的无线电干扰 ( 仅 CISPR/D); 保护车辆 船 内燃机周围的接收机, 如 : 建筑物内的 路边的 户外的接收机 ; 此阶段考虑的无线电干扰有 : o o 车辆 : 包括内燃机汽车 电动车辆 摩托车 物资装卸设备 农用车辆等 ; 装置 : 包括链锯 空压机 割草机 移动或非移动混凝土搅拌机等非自行驱动的机械 15
1.5 研究内容的发展变化 ( 阶段 3) 阶段 3 20 世纪 90 年代中期以后 ; 由于电子设备和电子控制技术广泛应用于汽车, 车内的电磁骚扰问题表现突出, 开始研究车辆内部的电磁干扰防制问题 ; 研究保护车载接收机及其相互间的电磁兼容问题 ; 保护的范围包括车辆内部和临近车辆的接收机 16
二 汽车电磁兼容特性 2.1 整车的 EMC 特性 电磁干扰 (EMI) 特性 电磁抗扰 (EMS) 特性 2.2 电子电器部件 EMC 特性 EMI 特性 EMS 特性 2.3 EMC 特性影响汽车电子化程度的提高 17
2.1 整车的 EMC 特性 EMI 特性 : 汽车三大污染之一 ( 排放 噪声 电磁干扰 ) 举例 : 汽车点火系统的电磁骚扰特性 未加骚扰抑制措施 采取骚扰抑制措施 18
汽车电磁抗扰特性 车内各种部件的相互干扰 传导干扰 辐射干扰 外部环境对车辆的干扰 环境电磁场 ---- 高达 200V/m, 甚至 500V/m 人体放电 大自然的干扰 ---- 雷电 19
2.2 电子电器部件 EMC 特性 EMI 特性 ( 发生体 ) 传统部件 : 雨刮器 冷却风扇电机 发电机 现代部件 : 中央门锁控制器 电子燃油喷射控制器 各种电子模块 各种电机 ECU 等 EMS 特性 ( 感受体 ) 各种电子模块 ECU 安全气囊控制器 电子燃油喷射控制器 信号线缆 等 20
2.3 EMC 特性影响汽车电子化 汽车已由传统的机械控制系统逐渐转变为电子控制系统 ; 当今, 汽车电子部件成本接近汽车成本 30%; 今后十年, 电子部件成本继续增加, 预计将接近汽车成本 40%, 甚至更高 ; 未来汽车将是电子化汽车 21
汽车电子化技术 电子控制系统 ---- 汽车内电动机的数目将会增加 35% 动力控制系统 : 电子控制燃油喷射安全防盗控制 : 遥控门锁 聪明钥匙 指纹识别人身安全控制 : 安全气囊 碰撞警告 夜视系统 安全制动 远程通讯系统 ---- 数字 / 蜂窝技术应用卫星导航控制 : 巡航控制 智能交通 紧急救护 卫星系统 GPS 42V 技术 ---- 高电压的需求 提高效率 更多的电子技术部件应用的需求 交流电机电能由 2kW 提高到 10kW 车载电子系统 ---- 适于车辆安装各种用途的电子设备 22
三 EMC 标准化组织和标准法规 3.1 国际标准化组织 3.2 国内 EMC 标准化组织 3.3 EMC 标准体系 23
3.1 EMC 标准化组织关系 EMC 协调委员会 IEC/TC77 全国电磁兼容标准化技术委员会 CSBTS/TC246 1998 年成立 IEC/CISPR 全国无线电干扰标准化技术委员会 CTCSRI/TC79 1986 年成立 ISO/IEC 有关组织 有关产品标准化技术委员会 负责 9kHz 以下频率对口 IEC61000 系列标准 负责 9kHz 以上频率对口 CISPR 系列标准 联合制定产品 EMC 标准 EMC 协调小组 24
汽车相关的国际 EMC 标准化组织 IEC 国际电工委员会 ISO 国际标准化组织 TC77 CISPR TC22 道路车辆 EMC SCD SC3 电气 / 电子设备 CISPR: 国际无线电干扰特别委员会 SCD: 关于车辆和内燃机驱动装置的无线电骚扰分委员会 WG3 电磁兼容性 25
国内外组织机构 IEC/CISPR ISO/TC22 干扰 抗扰 --------------------------------------------------------------- SAE ECE/WP29 组织 SAC US EU 国家 CHINA ANSI EC 标准 / 法规 GB 26
3.2 国内 EMC 组织 国家标准化管理委员会 www.sac.gov.cn 全国无线电干扰标准化委员会 /D 分会 (SAC/TC79/SC4) 全国机动车辆和内燃机标准化分技术委员会 IEC/CISPR/D 国内归口组织 汽车 EMC 专业组织 全国汽车标准化技术委员会 (SAC/TC114) ISO/TC22 国内归口组织 27
3.3 EMC 标准体系 ISO 干扰 抗扰 7637 11451 11452 10605,TR10305 IEC/CISPR ECE EEC SAE GB CISPR12 CISPR21 CISPR25 R10 2004/104/EC( 取代 95/54/EC), 89/336/EEC J551 J1113 14023-2000 17619-1998 18387-2001 18655-2002 28
四 实验测试技术 4.1 EMC 试验项目 4.2 仪器和设备 4.3 测试方法举例 EMI 测试 EMS 试验 29
4.1 EMC 试验项目 EMI 测试 : 辐射发射骚扰传导耦合 / 瞬态发射骚扰 EMS 试验 : 辐射场抗扰性试验传导耦合 / 瞬态抗扰性静电放电 (ESD) 大电流注入 (BCI) 横电磁波 (TEM) 小室带状线 30
4.2 实验测试仪器和设备 测量仪器 :EMI 接收机具有峰值 准峰值 均值检波器,CISPR 带宽 (120kHz) 天线 : 一般采用宽带天线 如 : 双锥天线 对数周期天线或复合宽带天线 (30--1000MHz) 场地 : 开阔试验场 (OATS) 电波暗室 (ALSE) 其它 : 功率放大器 监测 / 监视系统 信号源 31
4.3 测试方法举例 EMI 测试图 32
4.3 测试方法举例 ( 续 ) EMS 测试图 33
五 国内汽车 EMC 技术现状 5.1 发展状况 5.2 国家标准 5.3 实验设施状况 34
5.1 国内 EMC 技术发展状况 20 世纪 80 年代, 开始汽车 EMI 测试技术研究 1994--1996 年, 中国汽车技术研究中心对全国各型号汽车进行 EMI 摸底普查, 结果统计, 合格率仅为 24%, 且不合格车辆属严重超标 ( 执行 GB14023-92) 1997--1999 年, 中国汽车技术研究中心对上目录的汽车实施 EMI 测试, 结果统计, 合格率近 90%, 且不合格车辆属轻微超标 1999 年以后, 对新型汽车国家规定 EMI 特性为否决项 1998 年执行 GB/T17619-1998 目前, 汽车电子电器部件 EMI 和 EMS 试验已经开始 2003 年 3 月 1 日执行 GB18655-2002, 针对汽车电器部件的车内骚扰检测, 仅对整车发动机 闪光继电器 暖风电机 雨刮器电机 35
36 1994 年汽车 EMI 特性全国普查结果 39.4 20 13 成批生产检验 18.2 27 6 产品定型检验 33 中型车大客车 46.8 75 66 成批生产检验 26.9 103 38 产品定型检验 141 轻型车 22.7 17 5 成批生产检验 0 22 0 产品定型检验 22 微型车 75.0 2 6 成批生产检验 75.0 2 6 产品定型检验 8 轿车合格率 (%) 不合格合格测试结果评定原则数量车型分类
1994 年汽车 EMI 普查结果分析 80 年代后期, 引进技术生产的汽车, 其干扰特性全部合格 80 年代早期及以前, 引进技术生产的汽车, 其干扰特性不合格 国内设计生产的汽车, 采取干扰抑制措施的车辆, 其干扰特性有不同程度改善 严重超标的车辆约占总数的 30% 37
2000 年汽车 EMI 特性状况 合格率近 90% 不合格车辆属轻微超标 汽车全部采取干扰抑制措施 阻尼点火线 阻尼火花塞 取消分电器 汽车电子化程度大幅度提高 电子控制燃油喷射 各汽车企业重视汽车 EMI 问题 尤其发动机生产企业 38
车内骚扰测量结果 (2003 年 ) 产品名称 数量 评定原则 合格 测量结果 不合格 合格率 (%) 整车发动机 71 整车限值 2 69 2.82 暖风电机 96 部件传导 / 辐射 1 级 20 76 20.83 闪光继电器 85 部件传导 / 辐射 1 级 24 61 28.24 雨刮器电机 85 部件传导 / 辐射 1 级 5 80 5.88 其他 39
对测量结果的统计分析得出结论 : a. 发动机在整个频段的表现都不理想 ; b. 闪光继电器 雨刮电机 暖风电机的不合格频段主要集中在 VHF30MHz~172 MHz 和 LW 频段 ; c. 在 0.15~30 MHz 频段, 闪光继电器 雨刮电机 暖风电机均符合部件传导 / 辐射 1 级要求 ; d. 传导骚扰特性符合部件传导 1 级限值要求, 其辐射骚扰特性基本能够达到标准要求 ; e. 闪光继电器 雨刮电机 暖风电机在 30~172 MHz 频段存在明显的传导和辐射骚扰, 现阶段此类产品多数未考虑电磁骚扰抑制 ; f. 不同的检测机构测量结果存在差异, 有待实验室比对 40
5.2 现有国家汽车 EMC 标准 GB14023-2000 车辆 机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法 GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法 GB18655-2002 用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法 GB/T18387-2001 电动车辆的磁场和电场强度的限值和测量方法 41
5.2 正在制定 / 修订国家标准 制定 GB/T 道路车辆 - 静电放电的电骚扰试验方法, 已报批 ; 修订 GB/T15152 脉冲噪声干扰引起移动通信性能降级的评定方法, 已报批 ; 制定 GB/T 道路车辆 -- 由传导和耦合引起的电骚扰的限值和测量方法, 制定中 ; 再次修订 GB14023-2000, 已完稿 ; 制定 GB/T 车载音频 视频 音视频设备电磁兼容性限值和测量方法, 制定中 42
5.3 国内 EMC 实验设施状况 开阔试验场 OATS---- 用于汽车 EMI 测试 电波暗室 ALSE---- 用于汽车 部件 EMI&EMS 测试 模拟静电放电 ESD 试验 大电流注入 BCI 试验 瞬态 / 脉冲群试验 横电磁波 (TEM) 小室 150mm 带状线 43
开阔试验场 OATS---- 用于汽车 EMI 测试 44
电波暗室 ALSE---- 用于 EMS&EMI 测试 45
电波暗室 ALSE---- 用于汽车 EMS&EMI 测试 46
电波暗室 ALSE---- 用于 EMS&EMI 测试 47
电波暗室 ALSE---- 用于部件 EMS&EMI 测试 48
实验仪器 ----EMI 接收机 49
实验仪器 ---- 功率放大器 50
实验仪器 ----150mm 带状线 51
实验仪器 ----TEM 52
六 EMC 技术未来发展趋势 频率范围 : 下移, 由 30MHz 下移至 150kHz 上移, 由 1GHz 上移 1GHz 以上, 达到 2GHz, 未来至 18GHz( 部分企业已按此要求执行 ) 测试带宽 :EMI 测试, 由仅测试宽带骚扰 发展为宽带 窄带骚扰都需测试 进一步完善 EMC 标准体系, 制定 / 修订国家标准 混响室测试方法研究应用 各种电子电器部件 / 组件 ( 含 ECU) 须经 EMC 测试通过 实施 EMC 认证制度 通过 EMC 检测的产品颁发认证标记 53
混响室测试方法 54
谢谢大家 55