馬方馳，高 京，韓發(fā)娟，賀成坤

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

汽車上大量電子電氣設(shè)備的應(yīng)用，如電機(jī)、控制器、高頻數(shù)據(jù)通信設(shè)備等，造成車內(nèi)系統(tǒng)之間以及車輛對外電磁輻射升高，整車電磁兼容狀況惡化。如何準(zhǔn)確測試整車輻射騷擾值，當(dāng)電磁輻射超過法規(guī)要求時又如何排查問題點(diǎn)并進(jìn)行系統(tǒng)級整改，成為整車廠需要面對的一個新問題。本文從整車輻射騷擾測試的實際過程出發(fā)，介紹了基本測試方法和技術(shù)要點(diǎn)，通過對被測車輛的多輪排查分析，確定輻射騷擾源，最終優(yōu)化設(shè)計，降低了整車對外輻射騷擾值，改善了該平臺車型電磁兼容狀況，為后續(xù)車型的開發(fā)積累了經(jīng)驗。

1 整車輻射發(fā)射測試方法

電磁兼容性，指的是設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能夠正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。汽車電磁兼容性，即車輛或零部件或獨(dú)立技術(shù)單元及其周圍的空間中，在一定的時間內(nèi) （運(yùn)行的時間），在可用的頻譜資源條件下，汽車本身及其周圍的用電設(shè)備可以共存不致引起降級。

整車輻射騷擾測試主要參考的標(biāo)準(zhǔn)是CISPR12［1］，其對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB14023，為公告強(qiáng)檢項目。CISPR是國際電工委下屬的國際無線電干擾特別委員會。其測試目的是在30～1000MHz頻率范圍內(nèi)對居住環(huán)境中的廣播接收機(jī)提供保護(hù)，同時也對該環(huán)境中的其他相關(guān)電子設(shè)備提供保護(hù)。

整車輻射發(fā)射測試可以在電波暗室或開闊場［2］進(jìn)行，由于目前外場電磁環(huán)境的惡化，因此絕大多數(shù)企業(yè)均選擇在大型半電波暗室開展該項測試。半電波暗室即除地板外，其余各面均鋪設(shè)吸波材料的屏蔽室，地板一般鋪設(shè)鍍鋅鋼板，建立有反射地面。為準(zhǔn)確測量車輛的輻射發(fā)射值，還需要配備測量接收機(jī)、屏蔽電纜和一副可以覆蓋完整測量頻段的天線。

試驗開始前，應(yīng)將車輛放置在半電波暗室中，如圖1所示，天線到車輛外側(cè)金屬部分的距離為10m［1］。為了確保不存在足以影響測量值的外界噪聲或信號，應(yīng)在總檢測之前，車輛沒有運(yùn)行的狀態(tài)下測量環(huán)境噪聲。例如，將待檢測車輛在試驗場地停放好、切斷電池連接。用測量接收機(jī)掃描，外界噪聲或者干擾信號至少應(yīng)該低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的參考限值6dB。需要關(guān)注的是，在進(jìn)行環(huán)境噪聲檢測時，僅拔出車輛鑰匙是不夠的，如車輛防盜系統(tǒng)、車身控制模塊等依然處于工作或者未進(jìn)入休眠模式，會干擾背景測量，因此，必須切斷蓄電池連接。

試驗開始后，試驗室內(nèi)不得放置無關(guān)的金屬物品，人員也要離開試驗室。

根據(jù)騷擾源的不同，測試分為寬帶測試和窄帶測試，對于寬帶測試，車輛的狀態(tài)按照下述的要求進(jìn)行設(shè)置。

1）發(fā)動機(jī) 車輛處于空擋，對于僅裝有內(nèi)燃機(jī)的車輛，在每次測量時發(fā)動機(jī)應(yīng)按1500±10%r／min運(yùn)轉(zhuǎn)。對于峰值或準(zhǔn)峰值測量，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速相同。

2）其他系統(tǒng) 在進(jìn)行測量時，所有和動力系統(tǒng)一起自動接通的設(shè)備，都應(yīng)盡可能處在典型的正常工作狀態(tài)，發(fā)動機(jī)處于正常工作溫度。此外，駕駛員或乘客能夠操作持續(xù)運(yùn)行的，能產(chǎn)生寬帶發(fā)射的所有設(shè)備都應(yīng)工作在最大負(fù)載狀態(tài)下。

對于窄帶測試，僅需保持點(diǎn)火開關(guān)處于開啟位置，娛樂系統(tǒng)打開。

所有準(zhǔn)備工作完成后，操作測量接收機(jī)，分別在天線水平極化、垂直極化和車輛左右兩側(cè)進(jìn)行全頻段掃描。

2 整車輻射發(fā)射問題排查思路

為便于排查工作的開展，在試驗開始之前應(yīng)仔細(xì)研究整車電器原理圖，對全車用電器，根據(jù)關(guān)閉模式、輔助設(shè)備供電模式、點(diǎn)火供電模式和起動發(fā)動機(jī)供電模式4類整車供電模式進(jìn)行分類。

1）關(guān)閉模式 在這種供電模式下，KL15和KLR開關(guān)斷開，只有與蓄電池直接相連的電子控制單元才被供電。在此供電模式下，整車對一些開關(guān)狀態(tài)應(yīng)該能夠進(jìn)行檢測 （如門開關(guān)狀態(tài)），以便當(dāng)特定事件發(fā)生時對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行喚醒。在此供電模式下，一些系統(tǒng) （不限于以下系統(tǒng)）應(yīng)該可以工作，例如：車輛防盜系統(tǒng)、門鎖系統(tǒng)。

2）輔助設(shè)備供電模式 在這種供電模式下，車身系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該被喚醒，一些輔助設(shè)備系統(tǒng)（不限于以下系統(tǒng)）應(yīng)該工作，例如：風(fēng)窗刮水系統(tǒng)、車輛防盜系統(tǒng)、門鎖系統(tǒng)。

3）點(diǎn)火供電模式 在這種供電模式，整車所有的功能都應(yīng)該能夠工作。

4）起動發(fā)動機(jī)供電模式 此種供電模式只能瞬間保持，然后點(diǎn)火開關(guān)的位置會回到點(diǎn)火供電位置。由于在發(fā)動機(jī)起動瞬間，電壓會有突變，此時不應(yīng)該進(jìn)行寫可擦除只讀存儲器 （EEPROM）數(shù)據(jù)的操作，一些系統(tǒng)應(yīng)該停止工作。

根據(jù)分類，測試過程中通過更改供電模式來快速確定騷擾源分布，同時，通過熔斷絲拔除或者斷開部件以準(zhǔn)確定位騷擾源。

3 整車輻射發(fā)射分析整改

整車輻射發(fā)射測量值需符合CISPR 12限值要求，限值見表1。騷擾測量中對同一個脈沖輸入信號的中頻輸出波形進(jìn)行不同形式的加權(quán)檢波，可以得到不同的值，一般包絡(luò)的峰值＞準(zhǔn)峰值＞有效值＞平均值［3］，為了節(jié)約測試時間，測試時采用準(zhǔn)峰值限值、用峰值檢波方式測量。

表1 限值

3.1 寬帶輻射發(fā)射測量

按照上述要求起動發(fā)動機(jī)和相關(guān)負(fù)載，天線垂直極化，駕駛員側(cè)峰值掃描結(jié)果見圖2。

圖2中峰值檢波結(jié)果超出準(zhǔn)峰值限值，但準(zhǔn)峰值讀點(diǎn)均符合限值要求。雖未超過限值要求，根據(jù)掃描結(jié)果來看，該款車整體輻射值較高。為進(jìn)一步確定騷擾源，需要開展排查工作。

根據(jù)上述排查思路，切換車輛供電模式，由點(diǎn)火供電模式改為輔助設(shè)備供電模式。關(guān)閉發(fā)動機(jī)，其余設(shè)備工作狀態(tài)與之前保持一致，主要部件有空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)、刮水電動機(jī)。為便于分析比對，將發(fā)動機(jī)關(guān)閉前后峰值掃描結(jié)果合成在一張圖上，見圖3。

分析圖3峰值檢波結(jié)果，其中淺色曲線即圖2峰值測試結(jié)果，深色曲線為發(fā)動機(jī)關(guān)閉后峰值檢波結(jié)果。200MHz頻段以下峰值檢波結(jié)果普遍下降20dB，其主要構(gòu)成為發(fā)動機(jī)寬帶輻射。而150 MHz、280 MHz、400MHz、500MHz附近尖峰沒有變化，其騷擾源是輔助設(shè)備供電模式下的用電器。進(jìn)一步確定騷擾源，當(dāng)關(guān)閉空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)及拔除空調(diào)熔斷絲之后，峰值檢波結(jié)果如圖4所示，圖3中尖峰基本消失，可以判斷上述頻點(diǎn)的騷擾源是空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)及其控制器。

分析鼓風(fēng)電機(jī)原理可知，電機(jī)換相瞬間產(chǎn)生對外噪聲。具體部位是定子鐵心，其機(jī)理是磁致伸縮。導(dǎo)體材料在磁場中受磁力后會生產(chǎn)伸長或縮小的變化，即受拉伸或壓縮，這是由電磁力引起的。電機(jī)換相時，鐵心的不同部位的受力突然變化就產(chǎn)生了磁致伸縮的現(xiàn)象，從而引起鐵心硅鋼內(nèi)的振動而發(fā)出瞬間的高頻噪聲。

針對上述問題，解決方法一為提高鐵心剛度，二為將驅(qū)動方式由梯形改為正弦。即電機(jī)的工作電流由梯形改為正弦，使鐵心的受力變化更柔和，該方案實質(zhì)是將現(xiàn)有的無刷電機(jī)改為永磁同步電機(jī)。因此定子的沖片形式和控制器要重新設(shè)計，更改驅(qū)動器。

對鼓風(fēng)機(jī)采取上述整改措施后，更換在同一臺整車上驗證效果，在天線垂直極化、駕駛員側(cè)進(jìn)行測試，測試條件同上述，峰值檢波結(jié)果如圖5所示。

對該騷擾源進(jìn)行定位和整改后，峰值掃描和準(zhǔn)峰值檢波結(jié)果均符合限值要求。200 MHz以上測量結(jié)果基本與背景一致，整改措施有效。

3.2 窄帶輻射發(fā)射測量

窄帶輻射發(fā)射在車輛輔助供電模式下進(jìn)行，峰值檢波結(jié)果如圖6所示。

通過排查，當(dāng)拔除空調(diào)熔斷絲后，圖6中100 MHz之后的尖峰消失，因此可以判定150MHz、280 MHz、400MHz、500MHz頻點(diǎn)附近的窄帶信號由空調(diào)控制器造成。

分析可知輻射信號的頻率是驅(qū)動頻率的倍頻，初步判斷是因驅(qū)動電路引起的。為降低輻射值，對驅(qū)動電路進(jìn)行整改，一是在控制信號輸出電路上加電感進(jìn)行隔離，同時加吸收電容。二是更改搭鐵布線，在調(diào)整搭鐵點(diǎn)的同時，盡可能使驅(qū)動回路的面積最小?？刂破鲬?yīng)用以上對策后進(jìn)行復(fù)測，測試條件與前次一樣，測試結(jié)果見圖7。

至此，造成整車輻射騷擾值偏高的主要騷擾源已全部找到并得到改善，空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)和空調(diào)控制器的整改措施在整車上效果良好，整車輻射發(fā)射值在200 MHz以上最高降幅達(dá)20 dB，符合CISPR12標(biāo)準(zhǔn)要求。

此外刮水電動機(jī)輻射對整體輻射水平也有貢獻(xiàn)，但因其相對不高而被發(fā)動機(jī)噪聲覆蓋。如圖8所示，60～80MHz附近毛刺即為刮水電動機(jī)輻射。

針對刮水電動機(jī)電源線，增加鉗位濾波器，對差模和共模干擾均有抑制作用。重新驗證結(jié)果如圖9所示。

根據(jù)測試結(jié)果可知，針對刮水電動機(jī)電源線應(yīng)用鉗位濾波器后，輻射發(fā)射值下降明顯，全部降至準(zhǔn)峰值限值以下，整改措施有效。為實現(xiàn)生產(chǎn)，鉗位濾波器可以使用貼片式共模抑制器代替，布置在電機(jī)設(shè)計電路上。

4 結(jié)束語

整車輻射發(fā)射測試根據(jù)騷擾源不同，分為寬帶和窄帶測試。采用供電模式分類和熔斷絲定位法來確定騷擾源的位置。根據(jù)實際測試結(jié)果可知，整車主要騷擾源為發(fā)動機(jī)、空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)、刮水電動機(jī)和占空比 （PWM）信號控制器。分別對比圖2～圖5、圖6～圖7、圖8～圖9可以看到，對鼓風(fēng)電機(jī)、空調(diào)控制器和刮水電動機(jī)整改后，輻射水平均下降至限值以下，達(dá)到整車限值要求。這些零部件大部分在臺架試驗中是通過的，因此需引起重視的是，即使零部件檢測結(jié)果合格，并不意味著整車測試可以通過。因此，整車企業(yè)應(yīng)更加重視整車電磁兼容性測試。

通過以上對整車輻射發(fā)射的測試、騷擾源定位、問題整改以及再驗證的詳細(xì)描述，闡述了整車輻射發(fā)射測試及整改的基本方法，對于提升公司產(chǎn)品電磁兼容性能和后續(xù)車型的開發(fā)具有良好的指導(dǎo)意義。

［1］CISPR12 Vehicles， boats and internal combustion engines—Radio disturbance Characteristics—Limits and methods of measurement for the protection of off-board receivers［S］.2009.

［2］蒙特羅斯，納考奇.電磁兼容的測試方法與技術(shù)［M］.游佰強(qiáng)，周建華，等譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］鄒逢興，張湘平，李漢軍，等.電磁兼容技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.