李相榮

整車EMI輻射發(fā)射特性及問題改進

李相榮

Li Xiangrong

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

針對整車主要零部件EMI（Electro-Magnetic Interference，電磁干擾）試驗過程中的輻射發(fā)射特性，說明EMI發(fā)生原理；通過實例分析，提出汽車EMI相關(guān)問題的改進措施，明確分析問題的技術(shù)手段，為汽車EMC（Electro-Magnetic Compatibility，電磁兼容）試驗分析的改進工作提供指導(dǎo)與借鑒。

EMI；EMC；智能化

0　引言

汽車EMI（Electro-Magnetic Interference，電磁干擾）性能是汽車EMC（Electro-Magnetic Compatibility，電磁兼容）性能的關(guān)鍵指標之一，直接影響汽車設(shè)計的安全性能。為了確保整車EMI性能，需對各系統(tǒng)零部件的EMI性能進行驗證。

隨著電動汽車的智能駕駛輔助系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，電子電路高度集成化，汽車的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，相互影響難以判斷，強化產(chǎn)生輻射電磁波或共模電流，進而產(chǎn)生無益的電磁發(fā)射。

本文分析汽車主要零部件的EMI性能，并進行試驗驗證和結(jié)果分析，為汽車前期EMI性能指標設(shè)定提供有效支撐[1]。

1　EMC

EMC是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中按照設(shè)計要求正常工作的能力，是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要技術(shù)性能，主要包括以下3個方面。

（1）EMI：處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時，不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標準所要求的電磁能量。

（2）EMS（Electro-Magnetic Susceptibility，電磁敏感度）：處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時，設(shè)備或系統(tǒng)能承受相應(yīng)標準規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾。

（3）電磁環(huán)境：系統(tǒng)或設(shè)備的工作環(huán)境。

目前，國內(nèi)整車EMI試驗標準主要包括GB/T 18387—2017《電動車輛的電磁場發(fā)射強度的限值和測量方法》、GB 34660—2017《道路車輛電磁兼容性要求和試驗方法》，本文采用GB 34660—2017進行整車EMI性能分析。

2　整車EMI性能試驗

GB 34660—2017標準的試驗?zāi)康闹饕菧y量汽車整車輻射發(fā)射量水平，輻射發(fā)射水平不超過標準限值為合格，其寬帶電磁輻射發(fā)射試驗方法為：在10 m長暗室內(nèi)，車輛在轉(zhuǎn)鼓上以40 km/h車速勻速運行，開啟汽車大燈、雨刮、雙閃、空調(diào)系統(tǒng)，在30～1 000 MHz頻率范圍內(nèi)測量電磁輻射；主要試驗設(shè)備見表1。

表1　電磁輻射發(fā)射試驗測試儀器

按照GB 34660—2017要求，測試寬帶下汽車零部件單體輻射發(fā)射量以及相互耦合后的輻射發(fā)射量，試驗零部件包括汽車大燈、雨刮、雙閃、空調(diào)4部分，這些部件也是國標要求的主要測試部件。

以某款電動汽車為例，進行各項EMI測試。

2.1　ready狀態(tài)測試

汽車ready狀態(tài)即車輛已經(jīng)做好所有準備，并啟動成功，此時高壓和低壓系統(tǒng)都已通電。

在進行此項試驗時，試驗車輛的所有電器件均關(guān)閉，試驗布置如圖1所示，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖1　整車試驗布置

圖2　整車ready狀態(tài)輻射發(fā)射水平

由圖2可以看出，電車ready狀態(tài)下輻射發(fā)射水平很低，說明其自身輻射發(fā)射控制較好，此項試驗數(shù)值是后面各項測試的基礎(chǔ)。

2.2　只開啟空調(diào)后測試

進行此項試驗時，在ready狀態(tài)基礎(chǔ)上只開啟試驗車輛的空調(diào)，其他測試過程不變，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3　整車只開啟空調(diào)后輻射發(fā)射水平

對比圖3、圖2發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)的輻射發(fā)射非常明顯，并且在300 MHz、450 MHz頻率下出現(xiàn)了尖峰。

2.3　只開啟大燈后測試

進行此項試驗時，在ready狀態(tài)基礎(chǔ)上只開啟試驗車輛的大燈，其他測試過程不變，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4　整車只開啟大燈后輻射發(fā)射水平

對比圖4、圖2發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)大燈系統(tǒng)的輻射發(fā)射非常明顯；對比圖4、圖3發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)大燈系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的輻射發(fā)射水平基本相同。

2.4　只開啟雙閃后測試

進行此項試驗時，在ready狀態(tài)基礎(chǔ)上只開啟試驗車輛的雙閃，其他測試過程不變，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5　整車只開啟雙閃后輻射發(fā)射水平

對比圖5、圖2發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)雙閃的輻射發(fā)射非常明顯；對比圖5、圖4、圖3發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)雙閃、大燈系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的輻射發(fā)射水平基本相同。

2.5　只開啟雨刮后測試

進行此項試驗時，在ready狀態(tài)基礎(chǔ)上只開啟試驗車輛的雨刮器，其他測試過程不變，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6　整車只開啟雨刮器后輻射發(fā)射水平

對比圖6、圖2發(fā)現(xiàn)，30～60 MHz頻率范圍內(nèi)雨刮器的輻射發(fā)射非常明顯；對比圖6、圖5、圖4、圖3發(fā)現(xiàn)，雨刮器在47～60 MHz頻率范圍內(nèi)比雙閃、大燈系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的輻射發(fā)射水平高，并且在130～250 MHz頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)很多尖峰。

2.6　同時開啟雨刮、大燈、雙閃、空調(diào)后測試

進行此項試驗時，在ready狀態(tài)基礎(chǔ)上同時開啟試驗車輛的雨刮器、雙閃、大燈系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，其他測試過程不變，試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7　整車同時開啟空調(diào)、大燈、雙閃、雨刮器后輻射發(fā)射水平

將圖7與圖3～6進行對比發(fā)現(xiàn)，單個零部件的發(fā)射特性在共同作用下仍能顯現(xiàn)（圖7中圓圈內(nèi)曲線），4個零部件共同工作相互耦合后的空間輻射發(fā)射特性包含有各自特征。

通過上述試驗過程和數(shù)據(jù)對比分析，確定關(guān)鍵零部件的發(fā)射特性及頻點，基于此對于后面試驗中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)超出限值問題，可以快速排查，找出根因零部件。

3　實例分析

針對某款車型EMI超標問題進行分析及改進。

3.1　問題描述

按照GB 34660—2017測試要求，同時開啟車輛雨刮器、雙閃、大燈系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，進行整車輻射發(fā)射水平測試，結(jié)果如圖8所示。

圖8　問題整車輻射發(fā)射水平

由圖8可知，34 MHz頻率的整車輻射發(fā)射水平超出限值很多，60 MHz頻率的整車輻射發(fā)射水平超出限值一定值。

3.2　原因分析

通過以下步驟對整車EMI超標問題查找原因。

（1）仍然采用上文測試方法，逐一關(guān)閉已開啟的電器件（雨刮器、雙閃、大燈系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)），經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)未對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，因此排除以上各電器件EMI超標問題。

（2）結(jié)合排查經(jīng)驗，采用手持式頻譜儀和進場探頭進行探測排查機艙內(nèi)各電器系統(tǒng)及線路，發(fā)現(xiàn)在快充高壓繼電器檢測線處的輻射發(fā)射強度較高，在34 MHz頻率出現(xiàn)較大尖峰，如圖9所示。

圖9　排查測試點位

（3）在確定信號產(chǎn)生源的前提下，分析傳播路徑，對快充高壓線束進行輻射發(fā)射強度分析，測量發(fā)現(xiàn)30 MHz頻率下快充高壓線束的每個端口均具有較大發(fā)射量，根據(jù)改進經(jīng)驗及波長和頻率關(guān)系（波長=波速/頻率），30 MHz對應(yīng)波長為10 m，快充線束長度為2.2 m，接近四分之一波長，理論判斷快充線束作為了發(fā)射天線。通過以下方法進行驗證：在線束外層增加屏蔽層和利用快充口PE（Protective Earthing，保護接地）線接地點進行接地，發(fā)現(xiàn)快充高壓線束的每個端口的發(fā)射量很小，由此判斷2.2 m長快充高壓線束作為了發(fā)射天線，如圖10所示。

圖10　高壓快充接口

3.3　改進方案

3.3.1信號源改進

針對由共模電流產(chǎn)生的快充線輻射發(fā)射問題，通過以下方法進行改進。在連接器板子位置就近對殼體增加1 nF濾波電容，大概濾波10 MHz頻率，并增加磁環(huán)，如圖11所示。

圖11　快充繼電器檢測線改進

改進后測試結(jié)果如圖12所示。

圖12　增加濾波電容和磁環(huán)后整車輻射發(fā)射水平

對比圖12、圖8發(fā)現(xiàn)，34 MHz頻率的輻射發(fā)射降低了5 dB，但仍未達標，60 MHz頻率的輻射發(fā)射降低約8 dB。

3.3.2信號源改進+信號傳播途徑改進

在信號源改進基礎(chǔ)上，針對快充線束為非屏蔽線束問題，將其改為屏蔽線束，測試結(jié)果如圖13所示。

圖13　快充繼電器檢測線改進及快充線束改為屏蔽線束后整車輻射發(fā)射水平

對比圖13、圖12發(fā)現(xiàn)，改進后34 MHz頻率的輻射發(fā)射水平低于限值，但離限值線過近，裕量不足，后期存在一定風(fēng)險，60 MHz頻率的輻射發(fā)射水平也有較大降低。

3.3.3更優(yōu)改進方案

上述兩項措施的改進效果并不讓人滿意，通過論證發(fā)現(xiàn)快充繼電器粘連檢測模塊功能單一，可由其他系統(tǒng)模塊的功能替代（更新軟件底層架構(gòu)），判斷去除此模塊并不影響汽車功能及安全，同時考慮到改進時效和成本，最后確定去掉此模塊。

綜上，最終改進方案為：在連接器板子位置對殼體增加1 nF濾波電容，并將快充線束改為屏蔽線束，同時取消快充繼電器粘連檢測模塊，改進后測試結(jié)果如圖14所示。

圖14　最終改進后整車輻射發(fā)射水平

對比圖14、圖13發(fā)現(xiàn)，改進后34 MHz、60 MHz頻率的輻射發(fā)射水平明顯低于限值，并且裕量較大，有效降低了一致性風(fēng)險，改善效果顯著。

4　總結(jié)

針對整車EMI測試及超標問題，可通過以下思路解決問題：

（1）首先排查試驗過程中開啟的電器件，采用排除法逐一確認，這是初步基礎(chǔ)工作；

（2）其次查找信號源的產(chǎn)生點位，這個過程需要花費較多時間，經(jīng)驗判斷在其中發(fā)揮很大作用；

（3）之后查找信號源的傳播途徑；

（4）最后針對信號源和傳播途徑制定相應(yīng)的改進方案，并進行驗證和確認。

通過以上梳理，為同行提供了解決EMI超標問題的流程和經(jīng)驗，具有一定實際應(yīng)用價值。

[1]鄭奇. EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2010.

2022-11-08

1002-4581（2023）02-0030-05

U463.68

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.02.008