摘要：隨著汽車電子化技術(shù)的發(fā)展，電磁兼容問(wèn)題成為影響汽車操縱、控制和安全等性能的重要因素。本文闡述了建設(shè)汽車電磁兼容試驗(yàn)室的規(guī)劃，并介紹了在電波暗室、轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)轂、空調(diào)及土建各方面的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：汽車；電磁兼容；試驗(yàn)室；測(cè)試；工藝

中圖分類號(hào)：TB53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1005-2550（2013）04-0042-06

1 前言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在汽車上越來(lái)越多地應(yīng)用操縱、控制、安全、娛樂(lè)、顯示等各種功能的汽車電子/電器零部件（ESA）。使用ECU/TCU等微處理器、電子傳感器和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)取代傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已成為汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。目前，電子/電器零部件的成本已占汽車總成本的30%以上。一方面，ESA不斷增多；與此同時(shí)，ESA的工作頻率（如車載雷達(dá)、GPS、藍(lán)牙）和發(fā)射功率也在逐步提高和增大。

ESA與傳統(tǒng)的機(jī)械裝置存在的根本不同在于ESA存在電磁兼容問(wèn)題。汽車本身作為一個(gè)集成的電磁環(huán)境和平臺(tái)，各ESA之間的電磁兼容性能，直接影響到ESA的工作情況，而涉及操縱、控制和安全的ESA是否正常工作，更是直接關(guān)乎汽車的安全性能。同時(shí)整車及ESA在周圍有強(qiáng)電磁場(chǎng)（如雷達(dá)站、高壓線、廣電發(fā)射臺(tái)和手機(jī)基站）的環(huán)境下不能受到干擾，而且不能干擾周圍其它車輛和電氣設(shè)備的正常工作。這些因素導(dǎo)致電磁干擾和抗擾問(wèn)題日益突出，帶來(lái)了大量的汽車電磁兼容問(wèn)題。

目前的電磁兼容理論的仿真和分析尚不成熟，最終還是需要通過(guò)電磁兼容測(cè)試來(lái)對(duì)汽車的電磁兼容性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)際上主要的汽車整車和零部件電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO、IEC/CISPR）、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如歐盟指令及法規(guī)、美國(guó)SAE、日本JASO等體系）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要是等效采用的各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。此外，軍用汽車及裝備還應(yīng)滿足GJB（等效采用美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD）的相關(guān)要求。主要汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

除了上述國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，大型汽車企業(yè)如福特、通用、大眾、PSA、菲亞特等均制定有各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為OEM標(biāo)準(zhǔn)。OEM標(biāo)準(zhǔn)往往比相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

3 試驗(yàn)室規(guī)劃

對(duì)汽車整車和零部件，由于背景噪聲低的開(kāi)闊場(chǎng)已很難尋覓，而且抗擾度試驗(yàn)會(huì)對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生危害性場(chǎng)強(qiáng)，此外試驗(yàn)檢測(cè)需要全天候工作，因此需要建設(shè)汽車電磁兼容試驗(yàn)室，用于真實(shí)地模擬各種復(fù)雜的汽車電磁兼容環(huán)境，為整車和零部件的電磁兼容認(rèn)證和研發(fā)、改進(jìn)服務(wù)。

汽車電磁兼容試驗(yàn)室投資巨大、建設(shè)周期較長(zhǎng)（約2年），因此需要充分研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法及其發(fā)展趨勢(shì)，而項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)應(yīng)適度超前，不致出現(xiàn)試驗(yàn)室還未建成即落后的情況。

試驗(yàn)室規(guī)劃時(shí)，首先需要考慮試驗(yàn)對(duì)象及其尺寸、試驗(yàn)類型、試驗(yàn)級(jí)別等，并考慮項(xiàng)目預(yù)算情況，合理選擇試驗(yàn)室的建設(shè)規(guī)模及資源配置，并需要考慮今后的擴(kuò)展升級(jí)能力。對(duì)于汽車整車試驗(yàn)，需要至少涵蓋M1/M2/M3、N1/N2/N3各種車型，試驗(yàn)頻率覆蓋9 kHz～18 GHz，抗擾度試驗(yàn)電平至少達(dá)到ECE R10所要求的20 MHz～2 Ghz頻率范圍和30 V/m試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)。

新能源汽車的電磁兼容測(cè)試需求，是進(jìn)行試驗(yàn)室規(guī)劃必須考慮的重要因素。傳統(tǒng)汽車的電磁兼容性能，在不同轉(zhuǎn)速、車速等工況下的差別不大，還可以不配置轉(zhuǎn)轂或配置被動(dòng)轉(zhuǎn)轂進(jìn)行試驗(yàn)。而電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車，在不同負(fù)載下的電磁兼容性能有顯著區(qū)別[1]。這主要是由于電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下的dI/dt、dV/dt的巨大差別所導(dǎo)致的。因此，配備主動(dòng)式轉(zhuǎn)轂已成為新能源汽車測(cè)試的必要條件。

汽車電磁兼容試驗(yàn)室主要由電波暗室、轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)轂、測(cè)試設(shè)備、空調(diào)、土建及公用動(dòng)力等各系統(tǒng)構(gòu)成。

電波暗室包括整車半電波暗室、零部件半電波暗室、零部件測(cè)試室、轉(zhuǎn)轂室、功放室、控制室等，為汽車電磁兼容試驗(yàn)提供必要的試驗(yàn)環(huán)境。為模擬電磁波在地面上的傳播規(guī)律，整車和零部件的暗室均為半電波暗室。

轉(zhuǎn)臺(tái)用于測(cè)量汽車不同方向的輻射發(fā)射，轉(zhuǎn)轂用于模擬汽車行駛工況，包括加減速、滑行、制動(dòng)等，并可施加預(yù)設(shè)的道路阻力。

測(cè)試設(shè)備用于進(jìn)行EMI、EMS、ESD、瞬態(tài)等各種試驗(yàn)項(xiàng)目的程控自動(dòng)化測(cè)試。

空調(diào)為電磁兼容提供必要的通風(fēng)、溫濕度控制、汽車尾氣的排出等。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 電波暗室

電波暗室是汽車整車和零部件試驗(yàn)的主要場(chǎng)地，由屏蔽體、吸波材料和附屬設(shè)施組成，其中吸波材料的特性至關(guān)重要。電波暗室的吸波材料有聚氨酯泡沫型、空心高功率型、薄膜型、復(fù)合型等四種[2]。吸波材料的形狀被設(shè)計(jì)成使其阻抗與自由波阻抗相匹配。而吸波材料的有效長(zhǎng)度與暗室最低使用頻率的四分之一波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。使用不同吸波材料、不同廠商所設(shè)計(jì)出來(lái)的暗室尺寸差別較大，應(yīng)在電波暗室供應(yīng)商確定后，再進(jìn)行母體建筑具體參數(shù)的設(shè)計(jì)。

在暗室施工過(guò)程中，即使是薄膜型吸波材料，也會(huì)涉及到粘接工藝，會(huì)包含一定的甲醛成份。而且一些吸波材料本身也會(huì)釋放有毒有害物質(zhì)，在招標(biāo)文件中可規(guī)定室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求作為驗(yàn)收文件的一部分。

如果使用復(fù)合吸波材料，需要特別注意的是：鐵氧體瓦之間的縫隙大小對(duì)吸收性能影響極大，現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝對(duì)低頻性能影響非常大。由于汽車需要進(jìn)行高場(chǎng)強(qiáng)的抗擾度試驗(yàn)，吸波材料將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，故吸波材料工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，需要高度關(guān)注吸波材料的阻燃性能。吸波材料的阻燃特性至少在B2級(jí)以上；暗室照明光源附近的吸波材料環(huán)境溫度較高，阻燃特性應(yīng)達(dá)到B1級(jí)以上。

需要在電波暗室內(nèi)安裝試驗(yàn)室標(biāo)識(shí)logo的，最好能在招標(biāo)技術(shù)文件中明確由暗室供應(yīng)商在設(shè)計(jì)時(shí)一并考慮并負(fù)責(zé)安裝，暗室完工后再行安裝比較麻煩，特別是對(duì)薄膜型吸波材料。

整車電波暗室的輻射發(fā)射試驗(yàn)（GB14023）對(duì)應(yīng)的下限檢測(cè)頻率是30 MHz（對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)10 m），距點(diǎn)源大于1個(gè)波長(zhǎng)可作為遠(yuǎn)場(chǎng)[3]，則所有測(cè)試均符合遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試的要求，而3 m法、5 m法都有部分頻段為近場(chǎng)測(cè)試。所以，整車電波暗室應(yīng)選用10米法半電波暗室。

零部件電波暗室目前有CISPR 25暗室、3 m法暗室兩種類型。目前，CISPR 25標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布第4版草案，給出了150kHz～1GHz場(chǎng)地確認(rèn)的方法：參考場(chǎng)地法和長(zhǎng)線天線法。根據(jù)國(guó)外現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果，3 m法暗室基本能夠符合草案要求，而CISPR 25暗室存在一定比例不符合草案要求。如果經(jīng)費(fèi)允許，盡量選用3米法暗室。零部件暗室的測(cè)試桌宜采取水平接地的方式，防止暗室地面和棒天線的接地平面之間由于容性耦合而形成的諧振。如果要進(jìn)行新能源汽車高壓部件的測(cè)試，還需在零部件暗室中增加高電壓、大電流的濾波器，并增大測(cè)試桌的尺寸。

電波暗室試驗(yàn)頻次較高的天線塔（如整車EMI天線塔），宜采用電動(dòng)高度調(diào)節(jié)和極化轉(zhuǎn)換方式。由于供氣壓力的原因和氣動(dòng)閥的特性，氣動(dòng)方式在啟停過(guò)程中沖擊較大，會(huì)造成天線的早期損壞。天線塔應(yīng)適合所用天線的重量，并帶配重塊和所使用天線相應(yīng)的固定適配器。很多暗室供應(yīng)商提供的天線塔是外包生產(chǎn)的，有些制造商并不了解試驗(yàn)要求，存在著伺服電機(jī)背景噪聲超標(biāo)、復(fù)合天線的振子之間或后方的部件（如固定螺釘）使用金屬等問(wèn)題。

電波暗室中接口板的數(shù)量、類型要事先在合同中規(guī)定，相應(yīng)規(guī)格需和測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商詳細(xì)協(xié)商確定。特別是控制室與轉(zhuǎn)轂室、控制室與功放室之間，需要預(yù)留足夠數(shù)量的光纖接口（包括GPIB光纖）和射頻接口，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)轂和功放的控制和射頻連接。

暗室中的光纖都應(yīng)預(yù)埋在高架地板之下，經(jīng)常移動(dòng)的光纖，如天線塔的光纖，盡量選用強(qiáng)度高的塑料光纖。相當(dāng)固定的光纖，可選用傳輸效率高的玻璃絲光纖。暗室內(nèi)要事先在高架地板內(nèi)布置線纜通道，通道在轉(zhuǎn)彎處需使用135o鈍角過(guò)渡，避免直角轉(zhuǎn)彎，通道端頭的四周使用軟橡膠等防護(hù)措施，通道內(nèi)放置電纜拉索。

需要在在屏蔽體建造完畢之后，安裝鐵氧體和吸波材料之前，先由暗室供應(yīng)商進(jìn)行初試檢漏，然后再請(qǐng)計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行屏蔽性能的測(cè)試。測(cè)試位置應(yīng)選在屏蔽性能相對(duì)薄弱的位置，例如門縫、信號(hào)接口板、波導(dǎo)窗、濾波器等。測(cè)試時(shí)需特別注意低頻磁場(chǎng)和高頻微波點(diǎn)的結(jié)果。涉及高電壓應(yīng)用的零部件暗室，必須進(jìn)行電場(chǎng)的屏蔽效能測(cè)試，需要提前與計(jì)量單位聯(lián)系并支付額外的計(jì)量費(fèi)用。

4.2 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)轂

汽車電磁兼容試驗(yàn)室為模擬汽車行駛工況需要配置轉(zhuǎn)轂，轉(zhuǎn)轂嵌入在轉(zhuǎn)臺(tái)之中。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)都是由轉(zhuǎn)轂供應(yīng)商集成提供。轉(zhuǎn)臺(tái)四周與暗室的過(guò)渡區(qū)和接口需要雙方進(jìn)行協(xié)商確定。一般要求過(guò)渡區(qū)是正八邊形的形狀，圓形過(guò)渡會(huì)導(dǎo)致暗室施工困難。轉(zhuǎn)臺(tái)表面與電波暗室地面之間通過(guò)導(dǎo)電的電磁兼容性密封件來(lái)連接，其導(dǎo)電電阻小于0.5 Ω，間隙為5 mm。

為實(shí)現(xiàn)汽車ABS/TCS等工況下的電磁兼容性能測(cè)試，4×4獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轂是必要的（為滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的行駛工況，最低限度也需要配備被動(dòng)式轉(zhuǎn)轂）。為滿足電磁兼容試驗(yàn)極低的背景噪聲和高試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)的要求，需要配備為電磁兼容試驗(yàn)所特殊設(shè)計(jì)的使用直流測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)轂。直流電機(jī)通過(guò)非金屬軸與滾筒連接，或者通過(guò)采取兩端使用接地銅刷的金屬軸與滾筒相連，目的是阻隔電機(jī)和滾筒之間的輻射影響。

為實(shí)現(xiàn)汽車軸距的調(diào)節(jié)，在軸距范圍內(nèi)使用可移動(dòng)式履帶，各節(jié)履帶之間有襯墊連接，保證轉(zhuǎn)臺(tái)的電連續(xù)性。使用絕對(duì)位移傳感器記錄轉(zhuǎn)臺(tái)角度和軸距，并保證斷電也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，以防止停電后再上電時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)和軸距調(diào)整裝置意外移動(dòng)，損傷車輛。

轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)配備迎面風(fēng)系統(tǒng)，提供抗擾度掃頻試驗(yàn)過(guò)程中的車輛冷卻。帶汽車尾氣收集裝置，尾排管采用絕緣材料，并能耐受600 ℃以上的高溫。

抗擾度試驗(yàn)過(guò)程中，車輛內(nèi)部有危害性高試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)，為控制車輛運(yùn)行，需要配備氣動(dòng)駕駛機(jī)器人，操作離合器、變速器、油門踏板、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)等。還需要?dú)鈩?dòng)按鈕執(zhí)行器對(duì)車內(nèi)敏感設(shè)備進(jìn)行操作。

4.3 空調(diào)

功放室的試驗(yàn)環(huán)境是汽車電磁兼容試驗(yàn)室中最為重要的試驗(yàn)環(huán)境。有必要在功放室增加溫度監(jiān)控，防止空調(diào)故障導(dǎo)致價(jià)值昂貴的功放損壞。功放室空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)還須考慮到汽車帶狀線測(cè)試所需要的10 kW（10 k～220 MHz）功放的散熱問(wèn)題，目前該類功放產(chǎn)品已從水冷散熱（如AR的L系列）向風(fēng)冷散熱（如AR的A225系列）轉(zhuǎn)化，需要考慮因此帶來(lái)的空調(diào)選型設(shè)計(jì)問(wèn)題。

空調(diào)風(fēng)管與暗室的通風(fēng)波導(dǎo)之間連接時(shí)，必須使用防火絕緣型軟連接方式，以防止通過(guò)空調(diào)管道引入電磁騷擾。

整車電波暗室中的主要熱源為發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱及輪胎與轉(zhuǎn)轂?zāi)Σ赁D(zhuǎn)化的熱烈?？照{(diào)系統(tǒng)采用下送風(fēng)上回風(fēng)的方式，送風(fēng)口在高架地板之內(nèi)和轉(zhuǎn)轂室，其結(jié)構(gòu)如圖5。

4.4 土建及公用動(dòng)力

電波暗室最忌進(jìn)水和灰塵。土建設(shè)計(jì)盡量采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而不要使用鋼構(gòu)型式，前者的防雨、隔音和保溫性能更好而且不需每年進(jìn)行保養(yǎng)。

對(duì)土建的要求除根據(jù)工藝要求的承載外，需要考慮到電波暗室地面的平整度不超過(guò)5 mm/5 m，而且不允許有累計(jì)誤差、地面不得朝某個(gè)方向傾斜。土建需要提供接地電阻0.5 Ω的接地銅帶給暗室接地，可使用四線探棒法通過(guò)電橋測(cè)試。試驗(yàn)室配電采用3相5線制，每相的負(fù)載盡可能平均分配，電波暗室濾波器的進(jìn)線端之前不能安裝漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)。

汽車電磁兼容試驗(yàn)室一般將轉(zhuǎn)轂室、功放室都放置在地下一層。在南方地區(qū)，盡管采取多種防潮措施，夏秋兩季地下室的潮氣很難避免。地下室可采用通透結(jié)構(gòu)，而且在暗室施工前在地下室配備足夠容量的除濕機(jī)非常必要。

電波暗室的滑動(dòng)門、轉(zhuǎn)轂的剎車系統(tǒng)需要使用壓縮空氣，需要配備足夠容量的氣源和冷干機(jī)等過(guò)濾裝置。

4.5 項(xiàng)目協(xié)調(diào)

汽車電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。涉及面到包括測(cè)試設(shè)備在內(nèi)的各個(gè)供應(yīng)商。各方在工藝、實(shí)施進(jìn)度等各方面的配合、協(xié)調(diào)是項(xiàng)目正常開(kāi)展的必要條件。其中，電波暗室與土建、電波暗室與測(cè)試設(shè)備、電波暗室與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)轂之間的接口是最重要的。

業(yè)主方要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)施情況，在合適的階段牽頭召集各方進(jìn)行項(xiàng)目的工藝、進(jìn)度、接口的協(xié)調(diào)會(huì)，明確各方的職責(zé)和要求，是項(xiàng)目建設(shè)推進(jìn)的必要條件。項(xiàng)目協(xié)調(diào)會(huì)需要召開(kāi)多次，尤其是對(duì)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)欠缺的土建設(shè)計(jì)方和施工方來(lái)說(shuō)，可從其他各方的經(jīng)驗(yàn)中得到啟發(fā)，且有效避免推諉、扯皮現(xiàn)象。

5 性能測(cè)試

國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽(yáng)）自2008年底啟動(dòng)建設(shè)汽車電磁兼容試驗(yàn)室，于2010年7月完成了電波暗室屏蔽效能的測(cè)試，同年12月經(jīng)奧地利Seiberdorf試驗(yàn)室完成場(chǎng)均勻性測(cè)試、場(chǎng)地電壓駐波比的測(cè)試，2011年4月由中國(guó)計(jì)量院進(jìn)行了場(chǎng)均勻性測(cè)試和背景噪聲測(cè)試。相關(guān)測(cè)試結(jié)果如表2。

后經(jīng)試驗(yàn)室自行測(cè)試，30 MHz以下的磁場(chǎng)和電場(chǎng)背景噪聲也低于GB/T 18387-2008限值線10 dB。

其后，又陸續(xù)建成了汽車整車及零部件EMI測(cè)試系統(tǒng)、零部件EMS測(cè)試系統(tǒng)、零部件傳導(dǎo)及BCI屏蔽室、整車EMS測(cè)試系統(tǒng)等，全面形成了汽車電磁兼容試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

6 結(jié)束語(yǔ)

本文是對(duì)汽車電磁兼容試驗(yàn)室建設(shè)及工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的一些總結(jié)，期冀對(duì)汽車電磁兼容試驗(yàn)室的建設(shè)者有所裨益。

汽車電磁兼容試驗(yàn)室的建設(shè)，形成了汽車電磁兼容試驗(yàn)研究的環(huán)境及試驗(yàn)條件，對(duì)于提升汽車電磁兼容性能，特別是電子電器產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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