德国大众公司电磁兼容环境模拟技术介绍

⋯ 秀薷缪 ， U 弓、 ‘ 一 04#『’ 德国大众公司电磁兼容环境 模拟技术介绍 设计 与试 验研究 Electromagnetic Compatibility Simulation Technigue for Envionment of VW Germany 王玮敏(中国汽车质量监督检验所) 汽车上使用的 电子／电气设备 ，在工作 时，常常 会产生不期望有的电磁渡信号，这种信号对电子设 备或系统的正常工作会造成极有害 的影 响，也致使 汽车上以及周围数百米以内的无线电接收系统受 到 干扰。同时，这些电子／电气设备也受到其它设备产 生的电磁信号的干扰，有的可能导致性能降低或失 效，无法正常工作。这就是电磁兼容的两个方面，即 电磁辐射和抗扰度 汽车电磁辐射是汽车三太公害 之一，汽车噪声及排污 已受到广泛关注，而电磁辐射 尚未引起人们的注意 ；汽车及汽车上电子／电气设备 的抗扰度则是直接与汽车的动力性 、经济性 、安全性 及各项性能密切相关的 ，因为 ，现代汽车上，很多控 制是 由电子／电气设备完成的。有基于此 ，在汽车电 磁兼容领域开发试验室测试方法和设备变得十分必 要 。目前 ，世界上各重要的汽车生产厂商为 了自身的 研究 、开发 以及质量控制，均大力发展试验室测试技 术。其中一个主要方面是对开阔场测试与台架测试 的比较。本文将对环境负载、大众公司的 EMC原理 以及 EMC测试中心作一介绍。 V—— 整 车穗试Ic—— 军部件梗I试 I*—— 根据 CISPRI2出版物进行的开阔市拓测 试 圈 1 当今■先进的EMC 谴技术 2 整车的电磁环境 机动车辆 由于不断地运动着，遭受着从低频(如 高架公路电缆)到吉赫高频(如雷达设备)的各种电 磁场的影响 。 图 2(下 页 )显 示 了在 市 政 道 路 和 街 道 上 从 0．15MHz到 1 O00MHz频带范围 内存在 的可 能场 强。 汽车电子系统所用的电线，一方面形成许多不 期望有的天线，另一方面由于其与带屏蔽效果的车 身相连的长度，限期了敏感频辜范围。理论测算显 示，汽车的敏感频辜范围从 6MHz剜 1GHz。 由固定和移动电台产生的强窄带电磁场通过电 磁耦合干扰无抗扰能力的汽车电子系统。由汽车自 l1 维普资讯 http://www.cqvip.com 身产生的弱宽带辐射信号通过天线干扰无线电接收 机 。 2．1 固定电台 图 3显示当．一辆汽车通过一短波电台时可受到 的电场强度的影响。其中，电台天线在 30 rfi．以外， 场强在 1 m高度处测量 调频电台和电视台在公路上没有这么太的影 响，主要是因为它们的天线架设的差异。一般在德国 低于 1O V／m，在周边欧洲国家可能会高达4O V／m Pfk ： 射 l热器 ；． 一 一 00 l ． ． 选 、 ： ： 1C： 、 亲 线电爱好开 一一； l ～ ‘一 l 电桃 【一 f⋯ 1 r 线 电 -‘ 移动 电 I ' r r 一 l f -j ： 。 J ：‘- ’ ‘0 000 __zj 叠 2 在市磕道膏上有用的舅章和帽美场曩 0 |l IEf ／ ml L ， 8 100 C ＼ 60 。／ 1 21 650 i 6S口 MHz mHz f { 1 ． 40 f 、．1 f k ， slm】： I 20 ． 。 5 1C 20 ，0 ：0 55 叠 3 Jt~--m澶毫台肘电塌墨童 2．2 移动电台 最重要的移动无线电波段有 业余爱好者无线 电波段 (理论测算 750 w)、4 13"1(7OMHz)和 2 m (140MHz)移 动 通 讯 无 线 电 波 段 和 在 70 cm (45OMHz)，35 cm(900MHz)和 15 CEQ(2GHz)处 的 12 移动可示电话波段 图4(下页)显示电磁强度与车顶传输天线距离 的关系。 2．3 汽车射频辐射 汽车自身会发出宽带干扰，可以把它们分为 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 类 ： - 高压点火系统发出的宽带干扰，从 1okHz到 1 000MHz · 脉冲末级和直流电机产生 的宽带干扰，从 1OkHz到 500MHz · 由机载计算机发出的窄带干扰，从基本晶体 振荡频率(如 4MHz)到由时钟频率分频器分解的大 约 200MHz。图 5为典型的颍谱。这些干扰通过接收 设备天线耦合，如不加以抑制，噪声水平可达 50dB。 重 4 汽车移动无照电天娩近墙的电塌薯度 、 #1二 圈 s 在汽车无鼓电诩攮天缱扯 拇的机蠢计算机产生的干抗 3 汽车电气／电子零件的瞬态测■ 由于人们对车用电气／电子零件的瞬态测量非 常熟悉，故对其不作赘述。 4 大众公司EMC中心 德国大众通过对测试方法，测试原理和限值设 定的多种研究，于 1990年建成电磁兼容(EMC)中 心 4．1 汽车抗扰度测量 在 吸波室”里，汽车在已知准确的场下工作。在 最有测试样品的情况下确定场强，而后加入测试样 品(置换法)。 如果溯试场强值满足限值，并且被溯系统无功 能混乱 ，则认定被测样品抗扰 ，通过检测。 整车测试需要以下条件： · 带高额吸收的屏蔽室 · 宽带天线 · 宽带放大器 · 转鼓测功机 13 维普资讯 http://www.cqvip.com · 远程控制 ，包括控制整车 · 安全设备 · 中央控制台 吸波室的大小取决于： · 被测车辆体积 · 最小测量频率 (MHz) · 从汽车到天线最小距离 汽车体积决 定了测试场地区域和测试场地 中心 到吸收材料尖端的半径(在德国大众 ，半径=7m)。 最小测量频率决定天线的外形尺寸和天线到被 测物体 的距离(在德国大众，采用最小 6 MHz，10 m 距离)。大众公 司吸波室考虑到解耦因素 ，尺寸定为 22×25m 。 由于高场强对人体生理的影响 ，人员不得进 入 吸波室，只能在操作室中通过光纤传输和电视照相 实现对汽车和技术设备的监视。 根据环境要求 ，天线可以置于水平极化和垂 直 极化 只有短波(6～3O MHz)广播天线例外，在大多 数情 况下 置 于水 平极 化状 态 。场强值 均 比 DIN／ VDE40839制定 的要求 (100 V／m 从 6到 30 MHz 和50v／m从 30到1 000MHz)为高。转鼓测功机必 须是可校正的。 d．2 汽车零部件的抗扰度测量 由于整 车测试价格 较高，目前较多采用试验室 测量汽车零部件。通过反馈测量完全可以测量零部 件的抗扰性 ，并且对 两零部 件 的 EMC性能进 行比 较 。 目前有三种测量方法．依使用频率排序如下： · TEM 室法 · 微波带状线法 · 大电流注入法 大众公司支持使用 TEM 室(横向电磁波模式) 法，因为它较易在实验室中实现。在 TEM 室中，被 测设备(DUT)置于已知的电磁场下。 1．外部导体(壳)F2．内偏转板(内都导体)；3．^ 口l 4．连接器平板l 5．同轴连接器(jI^ ／m出) 6．绝缘支架 I 7．被舅设备 {8．jI^／m出导魄 F9．连接线 I10．外 围设备 田 6 TEM 童田 TEM 室测试由以下各部件组成： · 可串联 1∞ W 放大器(最大可获得 200 V／m 场强)的信号发生器 ·500末端电阻的 TEM 室 · 带绝缘介电常数为 1．4的支架的被测设备 · 从 TEM 室到被测设备的人工线束 · 与外部导线 连接的连接器面板 (如 BMC插 座) · 系统外围设备(电气模拟) · 场强测量系统 · 计算机控制系统 14 图 7(下页)，用图表形式显示 TEM 室抗扰度测 试方法。 目前 ．德 国大 众 的 EMC 测试 中心 拥 有三 个 TEM 室试验台。由于TEM 室侧壁采用了铁氧体吸 收材料，工作频率可达 400MHz。 4．3 汽车射频(RF)辐射测量 德国大众 EMC测试中心采用 吸波室 (见 图 8， 下页)进行宽带和窄带阿测量，测量频率从 60MHz 到 1 000MHz，测试位置在车辆的移动无线电天线 处。由于屏蔽吸收室的屏蔽作用，整个测试过程不受 外界干扰的影响。 维普资讯 http://www.cqvip.com 德国大众公司的电磁兼容(EMc)试验中心对 汽车零部 件 的射频辐 射测量 在一 小屏蔽室 (1 6m ) 内完成 。测量方法还采用 4．2所使用的 TEM 室法 ， 图 9(下页)指示这种方法的说明。被测设备的辐射 干扰通过人工线束和去耦后，利用干扰测试接收机 测得。 1．信号发生器，2．宽带放大器；3．氍叠滤波器，4．双向藕合器t5．射颤功事计+ 6．汽车外田；7．艘涮设备 ；8．绝缘支架 ；9．低叠馥溲嚣和连接器面扳； 10．耦合嚣}11．离功事负藏t12．控制嚣I13．TEM 室 啊 7 用啊寰形式■示 TEM 童抗扰童 试方法 啊 8 ●一太盘在曩蕾童中的射囊辐射 试 一 TEM 室 的最大优点是屏蔽 了被测系统与外界 环境的联系。 5 结论 由于汽车电子设备的发展，汽车电磁兼容变得 越发重要，电磁兼容研究人员应大力开展对整车电 子系统和汽车自身电磁环境试验室模拟的可能性的 研究 1．CISPR接收暑}2．TEM 童-3．负蕊(50t'1) 4．匏辣设备支檠-5．艘涮设备‘6．人工线束 7．连接嚣面板}B．外田设备和电 圈 9 TEM 童●射 试方法 我们的目的是造出安全、电磁兼容性能好的汽 车，即既不受外部电磁环境的干扰，又不对外产生严 重电磁干扰的汽车。 (何云堂 审技) (明 华 编辑) (收稿 日期 ：1997—06—15) 15 维普资讯 http://www.cqvip.com