宝马车总线系统基础(四)

◆文/山东 刘春晖

(接2020年第9期)

六、电磁兼容性(EMV)

为便于理解电磁兼容性，我们首先回忆一下线圈的工作原理。

1.电磁兼容性

如图39所示，每个载流导体周围都有一个电磁场。将电导体缠绕成一个线圈时，就会在线圈内部形成磁力线。磁力线平行分布且密度相同。这种磁场称为均匀磁场。磁力线离开的地方为北极，进入的地方为南极。如果一个电气设备处于线圈附近，则该设备的功能可能会受影响。

图39 线圈的磁场

电磁兼容性意味着，即使设备位于电磁场中，设备仍能可靠工作。另外也不允许该设备自身产生的电磁场干扰其周围的其他设备。电磁波可能在电路中产生电压或电流。电磁波较轻时可能导致电视出现的干扰噪音，较重可能导致电子设备失灵。为防止干扰心脏起搏器，许多医院禁止使用移动电话。在飞机上也禁止使用移动电话。即使在车辆中(从1995年款起)，也只有按制造商规定安装了外部天线后才允许使用移动电话。

电磁场不一定仅存在于电气设备内部，它也可能扩展到电气设备外。这意味着电磁场可能侵入其他电气设备内并影响其功能。尤其是用于无线电通信的电气设备(例如移动电话或无线电接收设备)，这些设备需要发射电磁场(移动电话)或电磁场侵入(无线电接收设备，移动电话)。

除了移动电话和收音机外，现代车辆中还安装了其他无线电接收设备，例如导航系统、带有无线电遥控器的中央门锁、电视接收器等。因此车辆中的抗无线电干扰显得越来越重要。

开发和设计车辆电气组件时，已经考虑到电气组件必须满足有关电磁兼容性的规定和标准。例如，控制单元通常安装在金属外壳内。因此一方面可以使外部电磁场无法或几乎无法侵入控制单元内部。另一方面也可以使控制单元产生的向外辐射降至最低。此外还有其他措施，例如导线屏蔽或双绞线(K-CAN)。双绞线能够降低导线之间的相互影响。在此使用线圈和电容器作为针对电机的抗干扰元件。

2.静电放电ESD

随着人们对舒适性和功能性要求的不断提高，电子组件的数量也在不断增加。由于将多个控制单元和模块集成到一个部件内，例如车辆通信计算机内，因此将来只需更换各电子部件。更换电子组件时必须特别注意静电放电ESD(Electronic Static Discharge)，静电放电ESD警告提示牌如图40所示。不遵守安全规定可能会造成车辆内其他电子组件损坏。静电放电ESD(Electronic Static Discharge)是由于电势差突然间补偿而产生的。

图40 ESD警告提示牌

3.电磁兼容物理学基础

(1)静电电荷的产生

每种材料都包含电荷载体。如果两个物体相互摩擦，则两个物体表面的许多部位同时接触和分离。接触过程中自由电荷载体(电子)从一个物体表面转移到另一个物体上，由于分离过程造成电子无法补偿，因此物体表面产生静电。

每个静电荷都有进行补偿的趋势。但是其前提是电流能够流动。一个导体接地后会立即补偿其电荷。如果一个导体带有绝缘层或物体不导电，则电荷可以保持较长时间。

静电电荷可以通过摩擦(两个材料接触和分离)或感应(电磁场影响材料)过程产生。静电电荷也可以通过以下情况产生。

①在绝缘地板材料上行走时；

②从椅子上站起时；

③通过喷气发动机排气；

④通过空气与车辆摩擦；

⑤接触塑料材料时；

⑥从塑料套中取出纸张时。

(2)摩擦产生静电电荷

接触过程中，原本为电中性的材料释放电子(正电荷)或得到电子(负电荷)。根据材料情况，与地电势相比电荷可以为正或为负。物体分离后电子无法迅速通过绝缘体返回并滞留在一侧。多次反复接触和分离时电压升高。

如图41所示，电荷造成人体电压升高，根据材料类型和环境条件，电压最高可提高到40kV。根据所穿鞋的类型、地板材料和空气湿度，人体电荷电压可能达到约30kV。电压很大程度上取决于空气湿度。湿度越低越容易达到最高电压。随着湿度的提高电压会明显下降。

图41 电荷造成人体电压升高

(3)静电放电

最著名的静电放电现象是闪电。除此以外还包括例如在商场触摸衣帽架时或打开车门时(图42)或在干燥天气的时候脱毛料衣物时。静电放电时可产生相当高的电流。即使在感知阈值(＜3 000V)以下，突然性静电放电也可能造成部件损坏或损毁，超过100V时就可能会造成部件损坏。

图42 接触车辆时的静电放电现象

如图43所示，人体放电是在带电的人体与部件之间发生的放电现象。物体放电是在带电物体与部件之间发生的放电现象。另一种情况是带电部件与物体之间或在连接到导线束内时的静电放电。

图43 人体向部件静电放电

部件向车辆导线束的物体放电对其他部件构成的危险最大。例如，未按规定将控制单元放置在原装包装内存放或运输时，有产生静电的危险。将控制单元连接在导线束上时，控制单元向导线束释放静电。此时产生的高电压可能造成控制单元内的部件损坏或损毁。

4.静电保护措施

为降低接触电子部件时存在的静电放电危险，必须采取必要的措施：工作开始前避免人体和材料产生静电并按规定对带电的人体和物体进行静电放电。为此需要以下辅助工具：①防护服和可导电的工作鞋；

②使用不易产生静电的工作面(工作台、桌子等)；③防静电地板；④接地或可导电的存放位置；⑤将部件存放在原装包装内；⑥部件的运输；⑦部件的处理。

(1)防护服

进行电子部件方面的工作时，必须穿防静电防护服(图44)。这样可以大大降低人体产生静电的风险。防护服包括宝马固定的工作上衣、工作裤和带有可导电鞋底的工作鞋。工作服材料应有较高的含棉量(＞50%)。

图44 ESD工作服

(2)带有接地点的工作台

工作台的工作面应采用没有喷漆的木制材料决不能使用PVC或金属作为工作面材料。工作台的金属部件必须接地。与防静电垫接地导线连接的接地点必须牢固连接到地上。接地点必须与一个已接地水管或暖气管的纯金属部位连接。也可以用一个金属销钉拧入墙面或地面(不要使用塑料销钉)。也可以通过专用适配器连接到插座的地线。

(3)防静电专用工具

如图45所示，专用工具套件(12 7 192)防静电垫用于放置电子部件。防静电垫由可导电的塑料制成。防静电垫通过一条接地线与接地点连接。腕套通过第二条导线与防静电垫连接。另有一条导线用于部件外壳接地。

如图46所示，从包装中取出部件之前，工作人员必须先戴好腕套，以排除自身静电。将电子部件放到防静电工作垫上并接好接地导线。按维修说明更换电子部件。必须遵守ESD保护措施。运输模块(图47)和控制单元时必须注意，只允许装在原装包装内运输。决不允许将部件置于非防静电保护包装的PE袋(聚乙烯)内运输。

图45 专用工具套件(12 7192)

图46 只有佩戴腕套时才能进行工作

图47 运输时正确和错误的处理方式

(4)防静电地板

在处置电子部件的房间内必须配备防静电地板。在铺有非防静电地毯的办公室内产生静电的危险非常大。因此不应在此进行电子设备方面的工作。

(5)存储位置和存储

必须部件置于原装包装内和专用容器内，然后放在导电且接地的架子上。更换下来的旧部件(索赔件)也必须置于原装包装内存储，以便日后进行质量检查能够确定部件失灵的真正原因。

注意：从包装中取出时手指不要接触到插头线脚或半导体部件。 (未完待续)