摘 要
随着电子技术、信息技术等领域的快速发展，车载电子电器部件种类和数量的增加，汽车的电磁兼容性问题日益突出。电子技术广泛应用于汽车在增加其安全性及舒适性的同时，也带来了一系列电磁干扰问题，直接影响人体健康及环境安全。消除干扰源，干扰耦合通路及敏感源是控制电磁干扰的重要途径。基于电磁场理论，数学、电路基础及信号分析等学科的原理与方法，研发电磁兼容技术是有效解决电磁兼容问题的关键，并对汽车电磁环境的改善具有重要作用，未来汽车电磁兼容技术将更加注重综合性及安全性。
【关键词】电磁兼容 电磁干扰 汽车 电子技术
1 引言
电子技术的快速发展极大地促进了相关产业的发展。随着现代电子技术在汽车领域的推广应用，电子技术在解决汽车的安全性与舒适性等方面发挥了重要的作用。与此同时，电子产品在汽车领域的广泛使用，电磁兼容问题也应用而生。众所周知，汽车是一个复杂的系统，汽车电磁兼容研究多局限在试验方面，随着电动汽车和混合驱动汽车的出现以及汽车电气系统的增加，特别是信号频率的不断提高，汽车电磁兼容问题越来越成为汽车产业发展中必须解决的重要问题。
电磁兼容技术是由电磁干扰研究发展起来的新领域。电磁干扰的研究工作可追溯到19世纪后半叶。希维赛德发表的论文“论干扰”，标志着研究干扰问题的真正开始。20世纪以来，许多工业国家都日益重视电磁干扰的研究，并逐渐地系统地开展电磁兼容技术的研究。20世纪后半叶，电子计算机、信息技术、测试设备、电信、半导体等电子和电气技术得到了空前发展和广泛应用，已渗透到了社会生活的各个领域。电磁兼容问题在电子、信息、通信等各类产品不断运用高新科技的背景下，也在各国政府制定的相关规范管制之下，更突显出电磁兼容相关问题的重要性与紧迫性。
随着汽车电子化程度的不断提高，汽车电磁兼容技术作为汽车技术的重要组成部分，其应用程度已经成为衡量当代汽车技术水平的一个重要标志。目前，世界上汽车发达国家对汽车电磁兼容研究已经取得了诸多新进展，形成了一系列汽车电磁兼容体系，诸如汽车电磁兼容测试标准和规范，测试系统，分析和设计软件，管理和认证的机构等。中国电磁兼容技术尚处于起步阶段，研究队伍和条件相对不足，同时，中国当前应用的汽车电子产品多为国外品牌和产品，汽车电子产品检测几乎为空白。目前，国内实力相对较强的汽车企业及其研发机构已认识到电磁兼容性的重要性，并开始着手相关领域的研发工作。
汽车电子电器设备所产生的电磁干扰在一定程度上可能给汽车本身装备的电子控制系统及其他电子产品的正常工作带来不利影响。识别及判定汽车电磁环境中的车内干扰源和车外干扰源，是科学解决汽车电磁兼容干扰问题的前提条件。基于科学理念与创新方法，研发与应用电磁兼容技术，探索控制汽车电磁干扰的方法，已成为近年来汽车电子技术研究的重要内容。
2 电磁兼容技术的特点
随着时代的发展和科技的进步，通信学科和信息行业逐渐出现了一门新兴领域——电磁兼容。作为一门新兴的综合性交叉学科，电磁兼容学科的理论体系以电磁场理论为基础，并在研发中不断拓展与延伸。电磁兼容技术是由电磁干扰引出的一项新技术，它强调地是电气装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰，并能够工作在指定环境中的能力。电磁兼容技术作为一门迅速发展的交叉学科，其理论基础除了电磁场理论之外，还涉及数学、电路基础、信号分析等学科与技术，其应用范围几乎涉及到所有电子领域。目前，由于人们对计算机及手机等电子产品的广泛应用，加之广播、电视、微波技术的发展，射频设备功率成倍增加，电磁污染问题愈加严重，直接影响人体健康。探索有效控制电磁负效应的原理、方法与技术，对于促进电子信息技术进步及环境安全亦具有重要现实意义。
一般而言，EMC是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。随着电子技术、自动控制技术、数字制造技术及计算机技术的发展，人们在各类系统中所采用的电子设备数量不断增加，其频带加宽，功率增大，结构复杂，传输速率提高，因此，电磁兼容问题日趋重要。众所周知，半导体元件对脉动电压非常敏感，当瞬变电压值超过其电压值时，半导体元件会被击穿而损坏，而脉冲信号一旦被电子控制单元（ECU）误认为输入信号便会使电子设备做出错误的判断，以至产生故障。
事实上，设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值，是电磁兼容的内涵要求；同时，在实际应用中，设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，也是电磁兼容的客观要求。电磁干扰与电磁耐受是电磁兼容的主要类型。在实际应用中，所有电子产品均须符合电磁兼容的一般规定与特定标准。
3 汽车的电磁兼容及控制策略
3.1 汽车电磁兼容一般特点
从理论及应用的角度而言，汽车电器的电磁兼容环境应是一个设备共存、互不干扰的环境，然而研发及现实应用中并非如此。大量研究证明，造成电器功能降级或失效的电磁干扰发生的主要要素为干扰源，干扰耦合通路及敏感源；其中，干扰源为产生干扰的电路或设备，干扰耦合通路为能够将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径，敏感源为受这种干扰影响的电路或设备。研发及应用相关技术抑制干扰源，阻断耦合以及提高敏感设备的抗干扰阈值，是解决电磁兼容负效应问题的根本措施。
中国快速发展的现代化促进了汽车产业的快速发展，在技术领域人们关心和重视汽车电磁兼容性的程度也在不断提高；在这种背景下，中国汽车电磁兼容技术，特别是标准化进程将会加快。但是，信息化的快速发展，汽车制造及运行所面临的内部及外部电磁环境的复杂性加剧，使得汽车的电磁兼容问题变得愈加突出，汽车日常使用受到外部的电磁干扰越来越多，特别是周围环境中的通讯设备、电力设备、无线电广播等无处不在，极大地干扰着汽车的正常工作。与此同时，汽车所安装的多样化的电子电器设备，既会对其周围的其它车载电子电器设备产生电磁干扰，其自身也会受到周围其它车载电子电器设备电磁干扰的影响。
一般汽车内部的电磁干扰主要来自发动机点火系统、电源系统、仪表系统及控制系统中的各种执行机构，汽车上的电子电器设备所产生的电磁干扰会给汽车本身装备的电子控制系统及其它电子产品的正常工作带来诸多不利影响。因此，要保证诸如发动机燃油电子控制等系统和其它电子设备的稳定性，就必须重视对电磁兼容技术的研发与应用。无论是汽车内部还是外部的电磁干扰，其对车用电子设备尤其是车用ECU影响都很大，这些电磁干扰会严重影响汽车电子设备的工作性能。
3.2 汽车电磁兼容的控制
控制电磁兼容负效应一直是电子信息及控制技术领域研发的重点。为了防止异常现象发生，需要在汽车上采用一些防干扰措施，以保证车用电子设备的正常工作。抗干扰的基本技术是要通过新技术的研发及应用，以消除干扰源或者防止干扰信号的串入来实现。
具体而言，电磁辐射干扰的抑制，通常采用屏蔽及滤波等途径予以应对。屏蔽能够有效的抑制电磁干扰，一般可选导电率高的材料作屏蔽体。理论与实践均已证明，当屏蔽高频磁场时，选择导电率高的钢或铝等材料效果较好；屏蔽低频磁场时，选择导磁率高的磁钢、铍莫合金或者铁等材料，也具有明显的正效应。对所有容易产生火花（或电弧）的电器，都应采用金属罩进行屏蔽，以达到消除电磁兼容负作用的效果。与此同时，滤波也是有效的控制电磁兼容的途径。滤波器主要抑制通过电路通路直接进入的干扰，它是应用最为普遍的抗干扰方法。根据信号与干扰信号之间的频率差别，可以采用不同性能的滤波器，抑制干扰信号，提高信噪比；在点火装置的高压电路中， 用电阻性电缆串入适量的电阻，减小由火花干扰引起的高频振荡，削弱火花产生的干扰电磁波。阻尼电阻值越大，抑制效果越好。但阻尼电阻太大，又会减少火花塞电极间的火花能量。理论与实践证明，提高信号幅值，即提高信噪比，是抗干扰的重要方法。对于微弱的传感器信号（如温度信号、光电信号等），采用放大电路增大幅值，是减小干扰影响的有效途径。
现代电子技术、制造技术、控制技术的发展，促进了汽车工艺技术的多样化及复杂性。随着电气数量和种类的不断增加及工作频率的不断提高，汽车内电磁环境日益复杂，它们不仅对外是潜在的干扰发射源，也是车载电器本身的干扰源。另外，汽车也可能在一定的条件下处于复杂的电磁场中，由此产生的电磁干扰耦合到一定程度必然影响汽车电子电器系统的正常运行。无论是异常稳态电压、无线电干扰电压、瞬变过电压，还是静电放电，消除或减弱其对汽车正常工作电压信号的影响，已成为抗干扰的重要技术出发点。
4 主要结论
随着电气和电子设备的广泛应用，电磁兼容问题备受关注，加强电磁兼容的基础理论研究，研发先进的电磁兼容技术，建立完善的测试与检验标准，对于促进中国电子信息产业的健康发展具有重要现实意义。随着现代电子信息技术、机械制造技术等领域的快速发展及日新月异，中国民族汽车工业的发展也得到了空前发展，研发具有自主知识产权的先进电子设备已成为推动汽车工业发展的关键技术之一。制定符合中国国情及发展水平，又适应国际规范的相关标准，尽快提升汽车电磁兼容性的设计和检测能力，在目前具有必要性与迫切性。
4.1 电磁兼容技术研发是解决电磁兼容问题的关键
前已述及，人们关心和重视汽车电磁兼容性的程度正在提高，这为科学解决电磁兼容问题提供了重要基础。目前，相关研究还不能完全提供工程有效的解决汽车EMC问题的方法，科学高效的电磁兼容技术还有待于进一步研发。在整车系统分析上，逼近现实的建模和巨大的计算量之间的矛盾是要解决的关键问题，而模型精确性和算法效率则是其重要的理论基础及前提条件，未来有望结合专家系统的思想在实际应用中不断地得以完善。
4.2 干扰源与干扰耦合通路及敏感源是导致电磁干扰的主要因素
事实上，导致汽车电磁兼容的要素也无例外地隶属于上述因素。伴随着汽车技术发展出现的一系列新问题也需要不断地发现和科学地解决。针对汽车电子设备的电磁兼容问题，科学分析及评价车载干扰源和外部环境对汽车的电磁干扰现象，进一步探索与研发前瞻性技术，并在电路设计模块化、阻尼电阻、并联电容器、金属屏蔽、感抗型高压阻尼线、采用滤波器、采用平衡技术和提高信号幅值等方面，开展防止电磁干扰的技术研发，是未来技术研发的重要方向。
4.3 消除干扰源或者防止干扰信号的串入是控制汽车电磁兼容的根本途径
在技术环节，重点开展汽车零部件的电磁兼容性研究与测试，探索安全有效而低成本的新技术，是推动国内汽车电子电器部件技术健康有序发展的前提。与此同时，需要加强汽车整车的电磁抗扰性研究与测试的技术突破，以加快提高国产汽车的整体水平。
参考文献
[1]李明，朱中文，蔡伟勇.电磁兼容技术研究现状与趋势[J].电子质量，2007，（7）：61-65.
[2]欧阳丹.汽车电磁兼容的智能预测方法[J].汽车工程师，2009，（4）：47-49.
[3]余长泉.汽车电磁兼容在中国[J].科海故事博览.科教创新，2008，（12）：143-144.
[4]陈建国，韩亚平.汽车电磁兼容技术现状及发展趋势[J].汽车维修，2008，（10）：1-6.
[5]杜义辉.汽车电磁兼容技术不容忽视[J].中国电子商务-基础电子，2008，（6）：40-42.
[6]F Canavero，Jean-Claude KEDZIA，Philippe RAVIER，Bernhard SCHOLL.Numerical simulation for early EMC design of cars. 4th European Conference of electromagnetic Compatibility， Brugge， Belgium，Tutorials，2000， pp.32-39.
[7]迟秋玲，刘贺，赵雨.汽车电磁兼容技术分析[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2006，20（3）：38-40.
[8]刘新亮.汽车电器的電磁兼容[J].汽车电器，2001，（6）：1-6.
[9]徐立.我国汽车电磁兼容技术发展概况[J].安全与电磁兼容，2003，（1）：35-37.
[10]金松涛，丁良旭，刘青松.汽车电磁兼容问题研究的重要性[J].客车技术与研究，2011，（4）：1-5.
[11]廖惜春，胡恩蔚，王小平.现代汽车中的电磁干扰及其抑制[J].五邑大学学报（自然科学版），1997，11（4）：55-58.
作者简介
王筱雪（1991-），女，硕士研究生。主要从事电子信息与工程领域的研发工作。
作者单位
南京信息工程大学电子与信息工程学院 江苏省南京市 210044