線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析


散漫說,EMC(Electro magnetic compatibility,電磁兼容)是指電子、電氣設備或系統在預期的電磁環境中,按設計要求正常工作的能力。本文詳細的介紹了EMC設計的必要性,圖文并茂的說明了線束EMC設計中的注意事項,及為什么要這樣設計,值得一看。以下為正文。


線束EMC設計必要性


1.電磁環境-需求和問題

①與車外廣播電視、 無線通信等設施間的相互影響;內部電氣部件相互影響;電網設備相互影響;人體靜電影響和人員防護。


②EMC三要素 

  • 干擾源:產生變化的電壓或電流的零部件。 

  • 傳播途徑:包括傳導耦合、輻射耦合。 

  • 敏感設備:易被干擾的設備。

線束本身為無源器件,自身不產生電磁干擾,但線束是 “傳播途徑”!


2、整車功能需


電磁兼容是一門關于電磁能量的產生、傳輸和接受的學科,是研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜資源條件下,各種用電設備(分系統、系統, 廣義的還包括生物體)可以共存的一門科學。


電磁兼容騷擾等級
等級一:功能在施加騷擾期間和之后,能正常執行其預先設計的 功能。
等級二:功能在施加騷擾期間,有可能超出規定的偏差,但功能 在停止施加騷擾之后,必須自動恢復到正常工作范圍。
等級三:功能在施加騷擾期間/之后,有可能超出規定的偏差,必 須通過駕駛員操作,才能恢復到正常工作范圍。
等級四:功能在施加騷擾期間/之后,有可能超出規定的偏差,駕駛員操作無法恢復到正常工作范圍,可以通過修理/替換恢復到正常工作范圍。


3.EMC標準-法規需求

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖1

線束EMC設計及案例


1.線束EMC設計概要

線束EMC設計:電源設計、搭鐵設計、布置設計、導線選型四個方面。


2.電源部分EMC設計

案例:點火線圈與空氣流量計共電源線,點火線圈上產生的反向電壓干擾空氣流量 計,導致其內部模塊損壞。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖2

對電源波動敏感傳感器類電器件,不能與點火線圈類電壓波動大的電器件共用電源。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖3

1、對電源波動敏感傳感器類電器件,不能與電壓波動大的感性電器件共用電源; 

2、有一些對電源要求特別高的傳感器和執行器,則需要把電源提供給控制單元,經過控制單元處理后再提供; 

3、安全件和重要設備采用獨立保險。例如:ECM、ESP、TCU等; 

4、大功率設備采用獨立保險。例如:電子扇、EPS等。

搭鐵部分EMC設計。


1、搭鐵點正確位置:搭鐵點盡可能的靠近電源回路。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖4

2、搭鐵回路和電源回路盡可能的靠近車身。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖5

3、各控制模塊的電子地與大功率感性負載的地線分開搭鐵;(A、B和C) 

4、安全系統的地要與其他電氣地分開布置,甚至雙搭鐵;( A、B和D) 

5、同系統同搭鐵,避免不同系統間的串擾(D是影音系統共地)。 

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖6

6、12V系統是單線制、負極搭鐵,所以有屏蔽要求的系統屏蔽層與車身連接必須特別注意不能在屏蔽層上產生電流。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖7


3.線束布置EMC設計

案例:雨刮電源線與某霍爾傳感器線束走向相同,雨刮電機能耗制動時產生的干 擾脈沖耦合到傳感器電源線,導致傳感器電源線被干擾,傳感器信號丟失。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖8

傳感器之類的弱信號線不與大功率感性負載的電源線、地線并行布線,類似 設計必須提前到整車拓撲設計階段。


線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖9

1、弱信號線盡量減少與大功率感性負載的電源線、地線并行布線,如不能避免需要增強弱 信號用電器的抗干擾能力。 

2、高壓線與低壓線應分開布置,必須靠近時應盡可能垂直交叉布置。 

3、減少電源線、搭鐵線的繞線,所有的電器件都就近取電、就近搭鐵。特殊情況除外,系 統必須共地,如攝像頭地回到主機內部搭鐵。


特殊EMC設計

隨著信號頻率的提高,數據傳輸速率的提高,對傳輸導線有了特殊要求。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖10

同軸電纜:常用于汽車天線和視頻影像系統,傳輸頻率很高。 

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖11

特性阻抗:50Ω  75Ω

對稱電纜:用于CAN、以太網高頻數字信號,傳輸信號比較弱、頻率比較高。 

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖12

特性阻抗:

90(USB) 

100Ω(以太網、Flex-Ray等) 

120Ω (CAN) 

結構: 

雙絞線/星絞組(退扭) 

非屏蔽雙絞線/星絞組護套電纜 

屏蔽雙絞線/星絞組護套電纜

特性阻抗:它表示導體之間的電勢差與流過該導體間的電流比值,是個常數。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖13

?反射是影響信號品質的問題根源, 而阻抗匹配是避免反射的關鍵。

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖14

?終端電阻R=??0,消除反射波(駐波) 

?影響阻抗的因素:線纜(材料、結構) 屏蔽、絞距、突變(中壓等)、支線 等,影響到EMI和EMS。


系統的測試驗證:阻抗、衰減、相移等等


線束EMC設計流程

線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖15


線束EMC設計總結


線束工程師:汽車線束EMC設計案例與分析的圖16隨著汽車電子設備越來越多,功能越來越強大,對高速互聯的需求急劇增長, 整車線束設計的成本也在快速增長,線束設計的質量和成本/重量的平衡,逐步成為重要課題。


線束設計關聯整車所有用電器,設計的質量會直接影響整車功能的實現何保證電子電器在我們電磁環境中和處,是擺在我們面前的永恒課題!

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