目前車輛產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)于車輛之舒適性、便利性及安全性都相當(dāng)講究，并與各電子、電機(jī)產(chǎn)業(yè)相繼結(jié)合使用，因此有許許多多的車輛電子電機(jī)產(chǎn)品如3C產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品、電動(dòng)馬達(dá)、影音系統(tǒng)、車載信息與通訊系統(tǒng)，或是主、被動(dòng)安全系統(tǒng)如電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防撞雷達(dá)、視線盲區(qū)偵測(cè)器等等都被廣泛使用，甚至成為標(biāo)準(zhǔn)配備且以系統(tǒng)化方式整合于車輛內(nèi)，發(fā)展出所謂汽車電子產(chǎn)品。
這些汽車電子產(chǎn)品以現(xiàn)今發(fā)展趨勢(shì)來看，已經(jīng)不只是以往的單一功能，而是多種功能的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)產(chǎn)品復(fù)合性功能越來越強(qiáng)大且傳輸速度越來越快，系統(tǒng)內(nèi)部電子線路也越來越密集與復(fù)雜，而所產(chǎn)生的車輛電磁干擾(EMI)主要來源往往都是存在于車內(nèi)電子產(chǎn)品內(nèi)，使車輛產(chǎn)生較以往更嚴(yán)重的電磁干擾問題，將直接或間接藉由車輛連接線路影響整車系統(tǒng)。
如果不適當(dāng)解決電磁干擾問題，不僅容易使內(nèi)部電裝部品相互干擾，更會(huì)危及到行車安全，因此車輛電磁干擾問題變成了設(shè)計(jì)上的主要工作及挑戰(zhàn)。除了產(chǎn)品功能性提高且對(duì)電路設(shè)計(jì)的技術(shù)水準(zhǔn)要求越來越高外，也必須開始對(duì)產(chǎn)品中各個(gè)印刷電路板(PCB)與電路上集成電路(IC)的電磁干擾問題，展開研究及利用量測(cè)技術(shù)加以防制。
正視汽車電子產(chǎn)品EMI問題
以往解決這些車輛電磁干擾的問題，往往是都是當(dāng)車輛設(shè)計(jì)完成并組裝后經(jīng)過整車測(cè)試，才發(fā)現(xiàn)存在不少電磁干擾問題，因此盲目針對(duì)車內(nèi)有可能造成電磁干擾問題之電裝部品進(jìn)行抑制對(duì)策，而缺少全盤系統(tǒng)性的整車電磁干擾設(shè)計(jì)規(guī)畫，以至于無法有共通性及有效地解決電磁輻射問題，甚至越趨于嚴(yán)重。
車輛在解決電磁干擾問題方面，需要在設(shè)計(jì)單一功能電路或整合系統(tǒng)之初即考慮電磁干擾問題，并加以因應(yīng)或是降低干擾源。事先的防范比完成開發(fā)后進(jìn)行補(bǔ)救所花費(fèi)的成本更為降低。
*無線通信系統(tǒng)干擾
隨著無線通信的產(chǎn)品發(fā)展與應(yīng)用，逐漸地導(dǎo)入車輛電子產(chǎn)品的范疇，各個(gè)系統(tǒng)之間皆會(huì)產(chǎn)生干擾噪聲而造成本體或是其他通訊頻段的訊號(hào)接收與傳輸性能不良，如數(shù)據(jù)速率(Data Rate)降低、傳輸距離變短等可能問題。此種無線通信的載臺(tái)噪聲(Platform Noise)主要因?yàn)槎鄠€(gè)意圖發(fā)射的組件或模塊一起緊密建置于系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，同時(shí)動(dòng)作或是在設(shè)計(jì)不良的情況下所造成互相干擾。其干擾源已經(jīng)造成電裝部品與電裝部品或是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的電磁干擾問題，嚴(yán)重的話，更會(huì)影響到系統(tǒng)內(nèi)功能模塊與模塊之間的傳輸效率降低。因此，針對(duì)數(shù)字無線通信產(chǎn)品除了應(yīng)加強(qiáng)降低本身產(chǎn)生噪聲外，并且須進(jìn)一步透過儀器及仿真軟件對(duì)本身系統(tǒng)平臺(tái)(如中央處理器、內(nèi)存)、外部連接器(如USB)和內(nèi)部無線芯片組/模塊(如802.11a/b/g/n、藍(lán)牙、GPS)加以分析計(jì)算，找出較佳的電路設(shè)計(jì)與傳輸路徑，避免相互干擾，盡可能將干擾程度降低。
*電路PCB板的電磁干擾
目前車用電子產(chǎn)品功能性復(fù)雜化且操作頻率不斷地提高，印刷電路板由早期的單面板演變成多層板，體積也由大變小，可進(jìn)行布局空間及主被動(dòng)電子零件擺放位置不足，使電路中的單位密度組件增加，造成印刷電路板的電磁干擾問題越來越嚴(yán)重。在多元及系統(tǒng)化功能的設(shè)計(jì)之下，電路上增加相當(dāng)多的主動(dòng)性組件，如振蕩器、微控制器(MCU)等等，且傳輸速度及數(shù)據(jù)增加，工作頻率上升，所造成電磁干擾現(xiàn)象也愈來越大。此外，過去的單一方向模擬傳輸訊號(hào)，轉(zhuǎn)變成數(shù)字差模傳輸，如CAN及RF PCB傳輸線，也逐漸在車用產(chǎn)品上被大量采用。所以，印刷電路板上干擾問題須透過組件適當(dāng)擺置、合理導(dǎo)線布置及接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、訊號(hào)頻型的區(qū)隔等方式，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如利用印刷電路板仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)化分析，藉此修改布局的走線方式。
*主被動(dòng)電子零件電磁干擾
目前車用IC功能越來越強(qiáng)、操作速度越來越快、應(yīng)用越來越廣泛，使得目前信息通訊與車輛產(chǎn)業(yè)在系統(tǒng)整合時(shí)所造成的電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重，IC電路已成為車用電子系統(tǒng)之整體電磁干擾的主要來源之一，使用系統(tǒng)芯片來實(shí)現(xiàn)整合混合訊號(hào)(Mixed-signal)功能與高速I/O接口將是未來趨勢(shì)，同時(shí)由于低電壓制程技術(shù)的普及，IC經(jīng)封裝后，使得IC內(nèi)部系統(tǒng)與芯片層級(jí)的訊號(hào)與電源完整性易受到電磁噪聲干擾。因此在開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，如能要求芯片廠提供IC電磁干擾數(shù)據(jù)參考，并選用低噪聲的IC組件，將可減小后續(xù)帶來的電磁干擾問題。
*電源干擾
目前車輛各種電裝部品，都各自設(shè)計(jì)所屬專用電源，耗電量較大之電裝部品采用切換式電源設(shè)計(jì)方式，如利用脈沖寬度調(diào)變(PWM)IC驅(qū)動(dòng)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)達(dá)到可調(diào)變及穩(wěn)定電壓供給產(chǎn)品使用，但在電壓的轉(zhuǎn)換過程中，因?yàn)楦咚俚碾妷呵袚Q頻率及由PWM IC基頻所引起的諧波噪聲，這些噪聲就是主要的電磁干擾來源，會(huì)經(jīng)由本體或線路以輻射或傳導(dǎo)方式，造成產(chǎn)品電磁干擾問題，最典型例子就是電動(dòng)車上的直流對(duì)直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，主要的功能為高電壓轉(zhuǎn)成低電壓供給車內(nèi)部品使用，而于整車電磁干擾測(cè)試時(shí)易受到因直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器零部品而造成量測(cè)值過高現(xiàn)象(圖1)。因此，不管是車內(nèi)電裝部品或是單獨(dú)的車用電源轉(zhuǎn)換器，在電源端的電路設(shè)計(jì)加入適當(dāng)濾波對(duì)策組件(如一、二階以上的π型濾波器、電容、電感等)或是屏蔽以防止電源噪聲，都能有效降低產(chǎn)品電磁干擾
圖1 由直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的干擾值
揪出整車電磁干擾來源
由上述得知，現(xiàn)代電子技術(shù)在車輛上的大量使用，各種3C、通訊及影音等多樣化產(chǎn)品已占據(jù)車輛總成本的40%以上，甚至更多，并且車用電子通訊設(shè)備日漸普及化，寬帶時(shí)代的定位系統(tǒng)、天線、自動(dòng)停車系統(tǒng)、多媒體娛樂系統(tǒng)、車載信息整合、遠(yuǎn)距離醫(yī)療、自動(dòng)轉(zhuǎn)向等高科技的電子產(chǎn)品都成為車內(nèi)配備。
另一重要環(huán)節(jié)就是行車安全部分，主被動(dòng)安全系統(tǒng)的電子產(chǎn)品開發(fā)，也成為車輛標(biāo)準(zhǔn)配備之一。車用電子開發(fā)技術(shù)或是各種車種的開發(fā)與應(yīng)用，提升了車輛的性能及價(jià)值，也大大滿足人類需求上的方便性、舒適性，同時(shí)也帶來日漸嚴(yán)重及復(fù)雜電磁干擾問題。
在車輛狹小空間中存在不同類型電裝部品，彼此之間就很容易相互產(chǎn)生電磁干擾，不是成為干擾源，就是被干擾導(dǎo)致喪失主要功能性，因此如何找尋電磁干擾源，并且達(dá)成符合電磁干擾規(guī)范要求，是目前主要須克服的難題之一。
現(xiàn)今臺(tái)灣法規(guī)已執(zhí)行的車輛電磁兼容驗(yàn)證法規(guī)，為交通部「車輛安全檢測(cè)基準(zhǔn)第五十六之一、電磁兼容性」(以下簡(jiǎn)稱56-1法規(guī))，內(nèi)容包含各種車輛之測(cè)試方法，且在輻射干擾測(cè)試上共分兩大類，包含寬帶干擾與窄頻干擾。
依據(jù)56-1法規(guī)定義，車輛在測(cè)試過程中必須開啟車輛引擎或是車輛內(nèi)電裝零部品進(jìn)行測(cè)試， 如表1所示分類。
*寬帶干擾測(cè)試
主要為開啟車輛的引擎、點(diǎn)火系統(tǒng)、電動(dòng)馬達(dá)、等進(jìn)行測(cè)試，量測(cè)出由電動(dòng)機(jī)內(nèi)之換相裝置因接觸通電而發(fā)生的干擾，如有刷馬達(dá)在換向過程是極快速之電流及電壓的變換，而產(chǎn)生寬帶干擾。
* 窄頻干擾測(cè)試
主要開啟車輛上具有數(shù)字訊號(hào)或是通訊系統(tǒng)的電裝部品，如影音系統(tǒng)或抬頭顯示器等進(jìn)行測(cè)試，目的在于量測(cè)出由高速數(shù)字回路的0與1高速交換所引發(fā)的窄頻干擾。上述此兩種噪聲干擾都會(huì)經(jīng)由輻射或傳導(dǎo)的方式相互影響，并產(chǎn)生不可預(yù)期的電磁干擾異常現(xiàn)象。
在執(zhí)行整車電磁干擾測(cè)試時(shí)，車輛寬窄頻干擾測(cè)試的量測(cè)方式不同，而車輛的動(dòng)力因驅(qū)動(dòng)方式不同，設(shè)定測(cè)試條件參數(shù)亦會(huì)不同，如以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的車輛，量測(cè)時(shí)車輛引擎轉(zhuǎn)速須視汽缸數(shù)量來區(qū)分，如表2設(shè)定條件。
以電動(dòng)車輛進(jìn)行量測(cè)時(shí)，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)須定速40km/h。而窄頻噪聲測(cè)試主要量測(cè)由車上內(nèi)部電裝部品中微處理器電路或是窄頻發(fā)射源，如燈具、儀表板等，所產(chǎn)生的窄頻電磁擾動(dòng)且引擎為靜止?fàn)顟B(tài)，如表3所示。
圖2 整車量測(cè)配置示意圖
圖3 車輛內(nèi)裝系統(tǒng)的發(fā)展
對(duì)癥下藥 排除EMI
圖4 電磁干擾改良驗(yàn)證流程
由上述所提到車輛內(nèi)部加載眾多電裝部品，但要在這些電裝部品中分辨出輻射干擾較高的部品并加以防制，以符合整車電磁干擾規(guī)范的要求，須先進(jìn)行整車電磁干擾量測(cè)；在測(cè)試結(jié)果中如有寬帶與窄頻之量測(cè)值超出限制值時(shí)，可利用圖4之電磁干擾改良驗(yàn)證流程中步驟1～3，先行找出輻射干擾的電裝部品再進(jìn)行改良。此驗(yàn)證流程主要是以車內(nèi)電裝部品電源開啟的時(shí)間不同，而進(jìn)行量測(cè)測(cè)試分析，或是利用零組件測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，皆可有效找出相對(duì)應(yīng)干擾源的電裝部品。
在進(jìn)行整車電磁干擾測(cè)試后，常有量測(cè)結(jié)果超出限制值時(shí)，必須尋找干擾源并進(jìn)行改良，其改良的手法不外乎使用隔離、屏蔽，但往往都是治標(biāo)不治本，對(duì)于往后量產(chǎn)造成困擾。
圖5 車廠電裝部品開發(fā)流程
圖6 車輛開發(fā)流程
EMC實(shí)驗(yàn)室提供對(duì)策良方
由上述得知，車輛電磁兼容問題存在整車系統(tǒng)或是車內(nèi)單一電裝部品，一般而言都必須經(jīng)由 相當(dāng)測(cè)試驗(yàn)證后，才可以得知干擾源，而測(cè)試方法須依循法規(guī)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品獲得重要的認(rèn)證及產(chǎn)品電磁兼容特性要求，因此具有車廠認(rèn)可、執(zhí)行法規(guī)及設(shè)備完善的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室更顯得重要性。
汽車相關(guān)電子產(chǎn)品需求大增，車輛電裝部品及整車的電磁兼容測(cè)試更顯重要，現(xiàn)今透過車輛研究中心的整車/零組件電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，可提供整體從產(chǎn)品開發(fā)到驗(yàn)證完整測(cè)試，及產(chǎn)品偵錯(cuò)改良技術(shù)咨詢與對(duì)策方案，有助于提升廠商自主技術(shù)的建立與經(jīng)驗(yàn)，并可節(jié)省研發(fā)及測(cè)試時(shí)間，降低開發(fā)測(cè)試成本，以掌握產(chǎn)品上市的時(shí)效性，爭(zhēng)取更多訂單。
在國(guó)際上，車輛電磁兼容皆已有相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)定，因此成為車輛發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，不管是整車或是電裝部品都須透過完善的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以確保符合相關(guān)規(guī)范的限制要求，以保障駕駛?cè)诵熊嚢踩＃ㄞD(zhuǎn)載網(wǎng)絡(luò)）
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