汽车电子化的进展迅速,已经进入了使用电子技术实现高端功能的时代。与此同时,在设计阶段便考虑电磁环境的做法也愈发重要。汽车整体和开发的全部工序都需要在充分意识到EMC(Electro-magnetic Compatibility)的体系中实施。也就是说,“EMC设计框架”已经是不可或缺的机制。 这一机制包括了设计技术、EMC对策、系统开发、交流等产品化所需要的技术和体制。如果能够按照生产一线的实际情况对这些进行恰当的整理,那么就可以灵活应对人们对于汽车的需求变化。 在这里,笔者将以汽车导航系统(车载导航仪)设计一线的经验为依据,从汽车部件厂商的角度出发,介绍对车载设备EMC的思考方法、以及设计流程的一部分。 电磁辐射强度随着车载导航仪的高性能而增大 专业研发、生产、销售:测漏机,检漏机,试漏机,测漏仪,塑料瓶装袋机,垫片冲裁入盖机,客服热线:13929416960. 首先介绍车载导航仪的多功能化和高速化。众所周知,车载导航仪的出发点是导航,然后才是通过DSRC(Dedicated Short Range Communications )、电视、移动网络等通信手段与车外相连接。现在,车载导航仪已不再是单纯的指路工具,而是发展成为了能够借助各类供应商进行多种内容交换的双向交流装置。为了向驾驶员提供安全、放心、便利、舒适的驾驶环境,车载导航仪正在向联结人与机械(这里指汽车)的HMI(Human Machine Interface)中心转变(图1)。
在这里,让我们来回顾一下车载导航仪的发展历史。1987年作为电子地图显示装置问世的车载导航仪,首先于1990年实现了搜索前往目的地路径和指路的功能,然后,到1995年左右,指路实现了语音化。接着,进入2000年以后,与各种网络服务联动的多媒体化得到了发展。 为了实现上述进步,车载导航仪的性能得到了稳步提高。以路径搜索时间为例,2007年与1990年相比,时间缩短到了1/10以下。位置误差(精度)实现了1/6以下的高精度化(图3)。
注1)来自CPU的电磁噪声主要有以下两个发生源:(1)来自时钟线和信号线的辐射,(2)驱动电路直通电流的辐射。笔者认为(2)占主要地位。驱动电路一般由两个晶体管的图腾柱结构组成,在时钟的边缘部分存在电流贯穿上下晶体管的时刻。该直通电流的辐射是过流进入无限接近于0的阻抗时产生的,远远大于(1)中充放电电流流经时钟线和信号线布线时的辐射。因此可以认为,辐射同样为(2)较大。
如上所述,随着电子电路辐射能的增大,从设计阶段开始研究EMC已经成为了不可或缺的步骤。 车辆的电磁环境整理为3级 图6给出的树形图对于理解EMC的整体结构很有帮助,本公司的内部培训也经常使用。这是按照发射/抗扰度、传导/辐射的组合,把EMC分成四个大类进行整理的方法。其中,在设计阶段的EMC研究和测量精度方面,尤其需要注意的是电场的辐射。
而且,汽车厂商为了使汽车产品能够上市,还会沿袭CISPR和ISO的思考方法,自行制定一些部分更加严格的标准。各汽车厂商制定的发射标准与CISPR25(用于保护车载接收器的干扰波限值及测量法)相比,有时GPS频带和通信频带的发射限值规定会偏低,对于部件厂商而言要求非常严格。 辐射抗扰度的标准同样如此,某些汽车厂商甚至提出了在雷达频带下抗扰度为600V/m的苛刻要求。与ISO11452(车载仪器的抗扰度试验标准)在特定频率下的期望值为200V/m相比,需要耐受3倍的数值,所以汽车厂商要求的指标更为苛刻。 如上所述,进行设计需要从发射和抗扰度两个方面出发,在遵守EMC相关法令和汽车厂商所要求的指标的同时,使终端用户感到满意。对于设计技术人员而言,重要的是将EMC设计视为产品的基本功能之一。 但是,电子仪器的网络环境正在车内外不断拓展。车外有借助手机等的广域通信网、借助无线LAN的狭域无线系统。车内则遍布信息系统、车体系统、传动系统等多种有线LAN。所涉及的EMC模式按照图7整理为3级后更加容易理解。如图,1级是与发射塔·无线基站·雷达等车辆外部相关的EMC,2级是与车载导航仪和车载仪器间的干涉相关的EMC,3级是与车载导航仪的仪器内干涉相关的EMC。
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