车载电子设备群

车载电子设备群（共3篇）

车载电子设备群 篇1

0 引言

随着科学技术的不断发展, 电子设备的数量及应用逐渐增多, 结果必将造成电磁干扰越来越严重。在日趋恶劣的电磁环境中, 如若不采取恰当的电磁屏蔽措施, 会导致设备之间的电磁干扰日益严重, 电子设备的性能下降, 甚者会危及到信息的安全。为了保证电子设备在复杂的电磁环境中既不干扰其他设备, 而又不受其他设备干扰的影响而能正常工作, 这就要求在设备研制的初期阶段必须从结构、技术等方面进行严格的电磁兼容设计。

1 电磁兼容设计的基本要求

电磁兼容性是电子设备的主要性能之一, 在进行设备功能设计的同时, 还应进行电磁兼容设计。电磁兼容设计的目的是使所设计的设备在复杂电磁环境中实现电磁兼容, 因此在进行电磁兼容设计时应满足以下要求:首先明确设备所满足的电磁兼容指标, 然后确定设备的敏感器件、干扰源及干扰途径, 有针对性地采取措施, 最后通过试验了解设备是否达到了电磁兼容指标要求。

2 电磁兼容设计所采取的方法

对于通信车而言, 通常其所装载的设备量很多, 包括配电设备、通信设备及终端设备等, 各设备间很容易形成电磁干扰, 进而影响通信质量, 因此设备在进行电磁兼容设计时要从3要素 (干扰源、耦合途径和敏感设备) 出发, 采取各种有效手段, 抑制干扰源, 消除或减弱干扰耦合, 增加敏感设备的抗干扰能力。

以某车载电子设备为例, 由数字电流表、数字电压表、转换开关、断路器、控制保护单元、互感器、接触器等单元及元器件组成, 其中数字电流表、数字电压表、转换开关、断路器布置于前面板上, 控制保护单元、互感器、接触器等单元及元器件放在机箱内部。此设备要满足GJB151A-97有关的电磁兼容指标要求, 在结构设计等方面采取的主要措施有:仪表窗口的屏蔽;机箱缝隙的屏蔽;各单元合理布局及其屏蔽;电缆敷设以及电源线滤波等。

2.1仪表窗口的屏蔽

仪表窗口对设备来说是比较大的泄漏口, 必须采取有效的措施将其屏蔽, 为此采用加装丝网屏蔽玻璃的方法对数字电流表、数字电压表进行外部屏蔽。丝网屏蔽玻璃是由一种低阻抗的金属丝网通过特殊工艺夹在两层玻璃之间制成, 丝网筛孔的密度决定其主要的屏蔽效能。如图1所示, 由于玻璃周边预留了10～20 mm金属丝网毛边, 通过螺装金属外框将它紧紧压在机箱上, 从而获得连续的导电表面, 以达到减少电磁泄露的目的。

2.2机箱缝隙的屏蔽

影响屏蔽完整性的主要因素是屏蔽体上的接缝。此车载电子设备的框架是采用铝板折弯后对焊而成, 焊缝平滑连续, 属于永久性接缝, 这种接缝处的射频电阻几乎与金属板本身的射频电阻相同, 从而保证了屏蔽体接合处的电气连续性。对于可拆式接缝, 如机箱、盖板接合处, 往往采用螺钉紧固方式, 由于螺钉的间距不宜太小, 接合表面的不平整以及盖板材料的翘曲变形等原因, 使接合面处不可避免地产生了缝隙, 降低了机箱的屏蔽效能, 为此采取了2种方法来解决此问题:增加缝隙深度, 为了增加缝隙深度, 机箱的弯边宽度取15 mm, 重叠尺寸越大, 屏蔽效能越好;减小缝隙长度, 由于钣金机箱很难做到接合面处的高精度, 为了弥补此缺陷, 采用了经济、实用的方法, 在接合面处粘贴带背胶的铍青铜簧片, 由于簧片具有一定的弹性, 装配后簧片变形, 接触面产生一定的压力, 使接合面具有了一定的电气连续性。

2.3机箱内部各单元布局及其屏蔽

合理布置设备内各单元及元器件的位置, 可以做到既经济又实用地减小干扰程度。首先必须明确干扰源和受感器, 在本设备中干扰源是控制保护器, 敏感设备是数字电流表和电压表, 为了避免二者紧邻, 把它们分别放置于机箱的后部和前部, 用空间距离减弱彼此的电磁干扰。为了达到更有效的屏蔽效果, 又在电流、电压表的表体外围罩有屏蔽盒, 表头紧贴前面板的屏蔽玻璃, 玻璃的丝网毛边通过螺装金属外框将它和机箱、屏蔽盒联成一体, 从而使表体完全处于电气连续的金属罩中 (如图1所示) , 而电流、电压表引线则由装在屏蔽盒上的穿心电容引入, 这样使引线所感应的干扰信号被旁路接地。同样控制保护器也用屏蔽盒对其进行了屏蔽, 进一步减小了它对外的辐射能量, 从而获得较好的屏蔽效果。

2.4电缆选用及敷设

因为电缆是高效的电磁波接收和辐射天线, 也是干扰传导的良好通道, 绝大多数设备的电磁兼容问题是电缆造成的, 解决电缆问题的主要方法之一是对电缆进行屏蔽, 所以此设备选取了屏蔽层质量好 (低阻抗) 的电缆, 并且保证电缆屏蔽层与机箱360°低阻抗搭接, 使屏蔽层与机箱构成一个完整的屏蔽体, 这样在一定程度上能够解决电缆辐射的问题。与此同时, 在电装布线时, 要求电源配电线路与其它各类线路保持150 mm距离, 敏感电路和干扰电路各自单独敷设, 不能交叉重叠, 且加大线束的间距, 避免线缆间的耦合。

2.5电源线滤波

为了抑制电源输入端高频干扰信号对本系统的影响, 加装了EMC电源线滤波器。滤波器不同于其他电子元器件, 它的性能与其安装方式有很大关系, 所以在滤波器的安装方式上采取了一系列措施。如图2所示, 首先滤波器输入与输出线要远离, 以避免由于两端耦合而导致高频滤波效果变差等现象产生;其次滤波器外壳与机箱低阻抗接触, 同时要减短电源端口到滤波器的连线, 当电流进入机箱后, 先流经滤波器进行滤波, 然后再到其他各单元;最后电源端口与滤波器之间连线也要进行屏蔽, 这样外界的电磁干扰不能沿电源线进入设备, 机箱内的电磁干扰也无法传出机箱, 造成干扰发射超标。

2.6接地

接地是电子设备的一个很重要的问题, 它可以使整个电路系统中所有单元电路的地之间没有电位差, 保证设备能稳定地工作。

此车载设备的后面板上安装有接地柱, 即机壳地。机壳地可以使由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放, 避免由于静电放电时产生的大电流流进设备的电路对其造成干扰和危害, 合理的接地点对于整个机箱的屏蔽效能十分重要。

3 测试结果及完善措施

此车载设备在采取了以上电磁兼容措施后, 按GJB151A-97有关的电磁兼容指标要求进行测试, 发现除了RE102试验项目超标外, 其余各项指标均合格。

对RE102试验项目进行观察, 发现测试结果图的超标点为24 MHz、36 MHz两点, 而这两点分别是12 MHz频率点的二三次谐波。为了找到这一频率点的元器件, 对机箱内各单元进行了分析, 发现控制保护单元中有一个12 MHz晶振, 由于晶振属于高噪声元器件, 能够产生较强的辐射, 从而使其周边充满着近场辐射场。如果辐射场内有器件或走线, 晶振及其谐波信号将耦合到器件或走线上而辐射出去;再者又发现控制保护单元的PCB板未采取就近接地措施, 只是通过一根长引线和机壳地相连, 造成信号的环路面积增大, 产生了很强的辐射, 所以对控制保护单元采取措施应该是行之有效的。首先对晶振进行屏蔽且屏蔽体就近接地, 弱化辐射发射强度;然后控制保护单元的PCB板同样采取就近接地措施, 并且在屏蔽盒出口处的信号线上安装一个铁氧体磁环, 可以将不需要的高频干扰抑制掉。通过采取以上措施后, RE102试验指标合格, 如图3所示。

4结束语

由上所述可以看出, 电磁兼容是一门实践性很强的综合性学科, 无论是结构设计, 还是印制板设计, 都需要采取行之有效的方法。该车载设备在采取了以上各种有效措施后, 终于达到了更为理想的电磁兼容效果。

参考文献

[1]邱成悌, 赵惇殳, 蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社, 2001.

[2]郑军奇.EMC (电磁兼容) 设计与测试案例分析[M].北京:电子工业出版社, 2006.

车载电子设备群 篇2

来到怀化电务段车载设备车间实习已经快九个月的时间了，在这九个月的时间里，我学到了很多在学校里没有学到的知识，也明白了很多事情，这对我们即将正式步入社会大的学生来说，是一份很大的精神财富。

开始的时候我对所有的设备什么都不敢动，能做的只能是力所能及的事情，帮着师父们搬搬主机显示器等等。就这样每天除了清洁设备的灰尘其余的时间都是在看师父们的作业，处理故障、对新设备或者是从车上下下来的设备进行测试等等。看着师傅们熟练的测试着设备，我就是在想，总有一天我也会像你们一样，熟练地测试设备。记得我最先开始学习的是对LKJ主机显示器进行卫生的清洁，当时主机是怎么打开，板件是怎么拆开都不知道，更不用说怎么修理了，当时就是师傅对我一点一滴的指导，让我学会了如何对LKJ主机显示器进行卫生的清洁。随着时间的流转，慢慢的开始接触对这些设备进行了解，如何进行测试，开始接触测试的时候，我不知道如何安装，对线路如何链接，不知道按照什么步骤来对设备进行测试，因为不懂，所以每次都是拿一个本子记下来，没事的时候我会找一些关于LKJ的书籍来看一下，看不懂不理解的时候就去问师傅或者是工长，在他们的细心讲解下，我开始对设备有了进一步的了解，同时我也学会了对这些设备如何进行测试。

经过不断地学习，我学会了很多，开始可以帮着师父做一些简单容易的事情，做完让师傅做一下检查，再经过工长的检查测试验收，最后把测试好的设备进行成品管理房内。只要付出就会有回报，在师傅工长的指导下，我现在已经学会了很多基本技能，比如如何分析LKJ主机的文件，测试，对显示器内部部件的固胶，测量电压、简单地故障处理等等，可谓是收获颇丰。

时间如流水一般，转眼间为期九个月的实习就要结束了，但是对于我们即将踏上铁路工作的大学生来说，意义非凡。经过这九个月的学习实践、我明白了很多，也更加深一层次的了解铁路事业，我对未来充满了美好的憧憬，也对自己充满了信心，在未来的日子，我会更加努力的。首先我会更加努力学习，虚心请教，积极响应单位号召，结合工作实际，不断学习理论、业务知识和社会知识，用先进的理论武装头脑，用精良的业务知识证明自己；其次我会努力实践，让自己扎实的理论运用于实际的工作生产当中，要把压力转化为工作的动力，高标准、严要求，认真完成自己的本职工作。

铁道信号是保证列车安全运行的必要手段，因此以后作为一名铁路工人，必须遵守安全第一的原则。安全对我们尤为重要，别人的生命自己的生命都要靠自己严谨的工作作风才能保证。同时我对我们所要进行的工作也有了很好的掌握，严格按照技术标准进行，必须要有耐心，要有责任心。自己会干的不能大意，不会干的必须学会怎么去干，不断的严格要求自己，戒骄戒躁，时刻警示自己，想自己少一点，想工作多一点；最后我会全方位充实自己，完善自我，积极进取，不断总结以往工作的经验，用我的实际行动为公司的发展增砖添瓦，也使自己在自己职业生涯的道路上走的更高更远。

2014年5月16日

车载电子设备群 篇3

随着电子技术的飞速发展,越来越多的电器设备被用于车辆中,这些设备提高了车辆的动力性、安全性、操稳性、舒适性等,减轻了驾驶员的操作负担,提升了车辆的整体性能,具有良好的经济效益。相关的统计数据表明,2000年之前在欧美国家所销售的汽车中,每辆汽车所采用电子产品所耗费的费用为672美元,到2000年左右时,电子产品的费用提高到接近2000美元,而到现在为止,汽车电子产品在汽车总成本中的比例占到了接近35%[1],而且这个比例将保持继续上升的趋势。汽车采用大量电子设备带来了电磁干扰问题,车载电器所引起的电磁干扰会对其他一些功耗小、电压低的用电设备带来巨大干扰,同时对车辆周围也会造成电磁污染。

1、电磁干扰的来源

1.1 车载电子设备分类

车载电子设备从电磁干扰方面来将分类两类:电磁干扰源设备和受干扰设备。电磁干扰源设备在工作过程中会产生电磁干扰,而受干扰设备在工作中则不会产生明显的电磁干扰,相反的这些设备的正常工作会受到电磁干扰的影响,因此本文所针对的抗干扰措施是针对这些受干扰设备而言。采用抗干扰措施能够提高受干扰设备工作的稳定性,从而提高车辆的整体稳定性。例如对于电磁式转速传感器而言,其在工作过程中根据电磁原理而产生如图1所示的波形,通过利用计时器来对一定时间段的电压波形图进行计数,然后使用车轮转动直径换算得到车轮转动速度。当受到电磁干扰的影响时,电磁传感器所测量输出的电压波形会与图1发生变化,典型的变化包括信号紊乱、峰值过高等情况,这种情况下转速传感器所输出的转速信号会出现较大的误差,从而其他系统的工作将受到影响。

1.2 常见干扰源

现代汽车采用了大量的电器设备,从能量转换角度而言,电磁干扰本身也是一种能量,因此电器设备工作时所消耗能量较大、系统中电压转换频率越高时所产生的电磁干扰将越大。此外,以电机为代表的感性负载在工作时也会产生大量的电磁干扰。汽车上常见的电磁干扰源如下:

1.2.1 发动机点火系统[2]

这里所讲的发动机点火系统主要针对汽油机,汽油机在运行过程中需要采用高压电点燃可燃气体。由于气体点燃过程是一个耗能过程,因此高压点火系需要足够的能量来击穿气体,另一方面,点火时间过短决定了在短时间内需要足够能量,因此只能采用提高点火电压的方式来提高点火能量,通常而言,采用高压点火方式时点火电压能达到25千伏以上,这是点火系统次级绕组中的电压,另一方面,点火初级绕组中的电压也较高,当点火脉冲到来时,初级绕组中能产生高于300V的电压。电磁感应原理表明,如果初级绕组和次级绕组中的高电压保持不变,点火系统不会产生强大的电磁干扰。但是点火系统的工作原理表明,对可燃气体点火的时间非常短暂,在点火过程之外初级绕组和次级绕组中的电压值基本保持稳定,但在点火瞬间这些电压值将迅速上升,然后又迅速下降,电压的频繁变化将在周围空间产生巨大的电磁场,电磁场的存在则会对其他电子设备的工作带来干扰。

1.2.2 电机[3]

电机在工作时电压发生变化时会产生强烈的电磁干扰,而目前汽车上采用了越来越多的电机,典型的电机包括雨刮驱动电机、电动玻璃驱动电机等。电机属于感性负载,电机的电磁干扰产生主要由电源的切断引起,电源的切断会在周围空间产生强烈的电磁场,从而对其他电子设备产生电磁干扰。以雨刮驱动电机为例,雨刮的工作通常采用多档位控制,大部分情况下雨刮的工作过程是非连续的,从而驱动电机经常处于启动-停止-启动模式中,这种情况下所产生的电磁干扰比较强烈。

1.2.3 各类开关

汽车上采用了大量的开关对各种电器设备进行控制,这些开关的接通和断开时会引起电磁干扰,如车辆的照明系统在开启和关闭的过程中会在周围空间产生电磁干扰。

1.3 常见受干扰源

车载环境下采用了大量的电子设备来提高车辆的各种性能,容易受到电磁干扰的设备通常具有相同的特点,这些设备的工作电压较低,传递的信号较弱。以汽油机为动力的汽车通常采用12V工作电压,而以柴油机为动力的汽车通常采用24V工作电压,12V电压和24V电压相对于其他车载电器设备的高电压而言要低很多,因此低电压电子设备的工作容易受到电磁干扰的影响。常见的受干扰设备如下:

1.3.1 各类传感器

现代汽车的电子控制技术源于传感器技术的发展,ECU处理器采集各种传感器的数据,从而对车辆各部分的运行状况进行控制,典型的车载传感器包括轮速传感器、转速传感器、温度传感器、压力传感器等。这些传感器所具有的共同特点是工作电压较低,通常为5V,另外一个特点是工作时的电流也很小。当周围空间中存在电磁干扰时,这些传感器所测量输出的信号会发生异变,从而不能真实反应所测量物理量的真实值。图2是车载温度传感器在受到电磁干扰情况下的信号输出示意图。

1.3.2 信号传输线

车载传感器通常布置在车辆的各个位置,如车载空调的温度传感器通常布置在车辆的前保险杠出,而车载倒车雷达系统的超声波传感器通常布置在车辆后保险杠处,这些传感器的信号需要传输到车载ECU中,而车载ECU通常只有一个,且布置在发动机舱中,因此需要采用大量线缆来连接传感器和车载ECU。传感器所输出的信号电压较低,在长距离的传输过程中容易受到电磁干扰,具体表现为电磁干扰通过电磁效应在传输线缆上产生额外的电压,而这些额外电压与信号原始电压相叠加,从而ECU所收到的信号不是传感器所输出的原始信号。

1.3.3 车载ECU

车载ECU负责对车辆电子设备的工作进行控制,车载ECU通常安装于发动机舱内,距离点火系统、雨刮系统较近。另一方面,车载ECU的工作频率较高,工作电压较低,这种情况下ECU的工作容易受到电磁干扰,造成程序紊乱而引起相关电子设备的工作失灵,严重时甚至造成车辆失控。图3是车载ECU的外形示意图。

1.3.4 图像相关设备

现代汽车中越来越多的采用图像相关的设备来增加车辆的安全性及舒适性,典型的如可视倒车雷达系统、用于娱乐的车载影像系统、用于导航的车载GPS系统、用于监控的车载视频系统等。这些图像相关的设备在工作时也容易受到电磁干扰,具体表现为所图像的采集、传输及显示均有可能受到影像,造成图像的失真或者完全失效。图4是受到电磁干扰的图像示意图。

2、抗电磁干扰措施

电磁干扰给车载电子设备的正常工作带来了巨大影像,为解决该问题,目前通常采用的方法有如下一些:

2.1 加装消火电容

对车载电子设备容易产生电火花的地方加装消火电容,典型的如发电机工作时会产生大量火花。通常采用0.5uF左右容量的瓷片无极性电容并联在容易产生火花的两节点之间,这种方法能够基本消除电火花,从而减少电磁干扰的产生源。

2.2 采用金属屏蔽方法

屏蔽方法可以有效的解决电磁干扰所带来的问题,如手机在钢铁大桥附件的信号通常会比较差就是有金属屏蔽引起的[4]。金属屏蔽方法主要适用于信号传输线缆和车载ECU。对于信号传输线,通过采用带有金属屏蔽层的传输线缆,将金属屏蔽层接地可以有效的保护线缆上传输的弱电压信号不受到干扰,从而保证信号传输的正确性,如图5所示。对于车载ECU,可以采用带盒装包装固定方法,通过将ECU安放于一个密闭空间中以达到减少外界干扰的作用。

2.3 使用看门狗技术

看门狗技术包括硬件看门狗方法和软件看门狗方法,这两种方法原理接近。当电磁干扰对相关设备的正常工作带来较大影响时,这些设备的工作状态将与正常状态发生差异。通过对工作状态进行对比,在工作状态发生较大变化时利用看门狗方法将系统工作程序复位,从而控制相关设备恢复正常工作,降低电磁干扰所带来的影响。

2.4 使用CAN总线技术

CAN总线技术是博世公司针对车载环境数据通讯所提出的数据通讯技术,目前在汽车行业得到了广泛的应用。CAN总线采用一对双绞线分别作为信号的高和低来传输信号,由于这两根线相互缠绕,在受到干扰时两条线均会受到干扰,但两条线之间的信号电压差基本保持不变,从而其传输的信号不容易受到电磁干扰,具有良好的稳定性能高。另一方面,CAN总线技术能够大量减少车载环境下的线束使用量,从而在很大程度上减少了电磁干扰所带来的影响。

3、结语

针对车载环境下的电磁干扰特性,对常见的干扰源和被干扰设备的工作特性进行了分析,并根据车载环境的具体特点,提出了减少电磁干扰的相关方法,以减少电磁干扰对车载电子设备所带来的影响。

参考文献

[1]崔胜民现代汽车系统控制技术[M].北京大学出版社,2008.01

[2]宁甲琳.汽车上的电磁干扰及抑制措施[J].汽车科技,2007.02,pp33-35

[3]陆志全.汽车电器电磁干扰分析及解决方案[J].电工电气,2009.03,pp30-32