余天剛,田永坡

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

概述

隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前整車電子電器產(chǎn)品的占比已由2010年的50 %左右提升至現(xiàn)在的65 %左右，整車各個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性問題日益凸顯，目前各大車企正在潛心研發(fā)的以太網(wǎng)、LTE-V2X、5G及未來的自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用，將直接把整車在各種電磁環(huán)境下的抗擾能力提升至事關(guān)乘員人身安全的的層面。我國(guó)于2017年11月1日發(fā)布了強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 34660-2017《道路車輛電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》，規(guī)定整車在20 MHz～2 GHz的90 %以上頻段內(nèi)，場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)為30 V/m（均方根值），其他剩余頻段內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)不低于25 V/m（均方根值），在進(jìn)行抗擾試驗(yàn)過程中，車輛不應(yīng)出現(xiàn)抗擾度相關(guān)功能的性能降級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)已于2018年1月1日起實(shí)施。

1 案例分析

1.1 測(cè)試案例分析

某樣車依照GB 34660-2017進(jìn)行整車電磁兼容性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：整車輻射抗擾測(cè)試，試驗(yàn)電平50 V/m，垂直極化，CW調(diào)制，在頻率90～95 MHz時(shí)出現(xiàn)組合儀表閃屏現(xiàn)象，測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，疑似當(dāng)前雨刮刮臂的擺動(dòng)至儀表位置附近時(shí)儀表出線閃屏現(xiàn)象，見圖1，當(dāng)雨刮離開該位置后，儀表恢復(fù)正常，見圖2。我們對(duì)此問題開展排查。

1.2 騷擾源定位

基于上述問題，從干擾源、被干擾對(duì)象、傳播路徑三方面進(jìn)行問題分析。敏感件確定為儀表，騷擾源除外界施加的固定場(chǎng)強(qiáng)，也可能一部分由車內(nèi)電器件工作產(chǎn)生，基于此，特展開排查測(cè)試：識(shí)別在整車輻射抗擾測(cè)試條件下，車輛內(nèi)部大功率、大電流器件對(duì)儀表閃屏的影響程度，逐一排查，測(cè)試結(jié)果見下表1。

表1 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)上述排查測(cè)試，發(fā)現(xiàn)僅單獨(dú)操作雨刮開啟和關(guān)閉，儀表閃屏現(xiàn)象不一致：開啟雨刮時(shí)：輻射抗擾47 V/m以上場(chǎng)強(qiáng)，90 MHz儀表閃屏；關(guān)閉雨刮：78 V/m以上場(chǎng)強(qiáng)儀表才出現(xiàn)閃屏，而空調(diào)、燈光等器件對(duì)儀表無(wú)影響。

1.3 傳播路徑確認(rèn)

為確認(rèn)雨刮的工作狀態(tài)對(duì)儀表閃屏問題的影響關(guān)系，通過場(chǎng)強(qiáng)耦合和線束耦合測(cè)試方法，確認(rèn)雨刮工作時(shí)由空間傳導(dǎo)和線束傳導(dǎo)干擾的可能性。

1.3.1 場(chǎng)強(qiáng)耦合測(cè)試

在儀表端增設(shè)場(chǎng)強(qiáng)探頭（見圖3），施加50 V/m場(chǎng)強(qiáng)，延長(zhǎng)抗擾測(cè)試的駐留時(shí)間至10 s，抗擾頻段20 MHz～200 MHz，垂直極化，CW調(diào)制，實(shí)時(shí)監(jiān)視儀表附近場(chǎng)強(qiáng)，分析場(chǎng)強(qiáng)儀場(chǎng)強(qiáng)值的波動(dòng)變化，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖1 疑似刮臂達(dá)到儀表正上方，儀表閃屏

圖2 疑似刮臂離開儀表正上方，儀表恢復(fù)正常

圖3 利用場(chǎng)強(qiáng)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)視儀表附近場(chǎng)強(qiáng)

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在儀表屏的前方，場(chǎng)強(qiáng)值最大達(dá)到158.4 V/m，測(cè)試過程中，儀表附近場(chǎng)強(qiáng)隨雨刮刮臂的擺動(dòng)在最大值和最小值之間發(fā)生周期性變化。根據(jù)GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》標(biāo)準(zhǔn)要求，30～3 000 MHz的公眾暴露電場(chǎng)限值的方均根值為12 V/m（任意連續(xù)6 min內(nèi)的場(chǎng)量參數(shù)），對(duì)于脈沖電磁波，除滿足上述要求外，場(chǎng)強(qiáng)的瞬時(shí)值不得超過所列限值的32倍。由此計(jì)算，在公眾環(huán)境中，此頻段內(nèi)的瞬時(shí)發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)值可達(dá)384 V/m。

為驗(yàn)證儀表閃屏是否與雨刮的擺動(dòng)位置相關(guān)，在前雨刮擺動(dòng)至儀表正上方位置用銅箔膠帶模擬雨刮刮臂，見圖4。，前雨刮不工作狀態(tài)下施加50 V/m場(chǎng)強(qiáng)值，儀表持續(xù)閃屏，現(xiàn)象與上述問題一致，去除銅箔，儀表恢復(fù)正常。

表2 測(cè)試結(jié)果

圖4 用銅箔膠帶模擬雨刮刮臂

1.3.2 線束耦合測(cè)試

在雨刮開啟和雨刮關(guān)閉狀態(tài)下，分別采集雨刮和儀表信號(hào)，確認(rèn)雨刮是否通過線束干擾到儀表，測(cè)試結(jié)果：雨刮開啟和關(guān)閉狀態(tài)下，儀表輸入信號(hào)無(wú)毛刺、無(wú)波動(dòng)；同時(shí)用示波器采集儀表各引腳在無(wú)抗擾和施加50 V/m、80 V/m場(chǎng)強(qiáng)下的信號(hào)，見圖5所示，在施加不同干擾時(shí)儀表信號(hào)無(wú)毛刺、無(wú)波動(dòng)。

圖5 儀表在各種場(chǎng)強(qiáng)下的5 V輸入信號(hào)

由上述測(cè)試可得，儀表閃屏的根本原因并非由雨刮工作產(chǎn)生的干擾，而是碳鋼材質(zhì)的雨刮刮臂擺動(dòng)導(dǎo)致空間場(chǎng)強(qiáng)變化，對(duì)空間場(chǎng)強(qiáng)的分布產(chǎn)生了影響，儀表附近的場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生場(chǎng)強(qiáng)疊加，從而影響儀表的正常工作。

2 整改及驗(yàn)證

2.1 零部件抗擾測(cè)試

對(duì)被干擾對(duì)象儀表進(jìn)行零部件輻射抗擾及大電流注入測(cè)試，以檢測(cè)零部件抗擾性能是否滿足相關(guān)要求，使用大功率雙錐天線測(cè)試儀表X方向正面與背面的輻射抗擾性能。

樣件放置在厚為（50±5）mm、相對(duì)介電常數(shù)εr≤1.4的材料上，面向天線端表面距離接地平板前端邊緣（200±10）mm處。

試驗(yàn)線束總長(zhǎng)度為1700（-0/+300）mm，水平放置于厚度為（0±5）mm、相對(duì)介電常數(shù)εr≤1.4的材料上，其中平行于接地邊緣部分長(zhǎng)度為（1 500±75）mm。試驗(yàn)線束的長(zhǎng)邊與接地平面的邊緣平行放置，面向天線邊緣的距離為（100±10）mm，樣件與電源端線束彎曲角度為90 °（-0/+45 °）。

天線的相位中心應(yīng)與線束縱向部分（1 500 mm長(zhǎng)度方向的垂直方向）的中心成一條直線，天線相位中心距離線束（1 000±10）mm，天線中心高度（1 000±10）mm，同時(shí)天線饋線端口距離地面保持（1 000±10）mm，測(cè)試布置如圖6所示。

圖6 零部件輻射抗擾測(cè)試圖

零部件輻射抗擾測(cè)試距離為1 m，測(cè)試頻段為80～120 MHz，天線垂直方向，選取三個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 輻射抗擾測(cè)試結(jié)果

圖7 接地前后場(chǎng)強(qiáng)值變化

結(jié)合上述零部件測(cè)試結(jié)果及整車測(cè)試結(jié)果，可判定儀表單件抗擾能力不足是導(dǎo)致整車輻射抗擾測(cè)試出現(xiàn)儀表閃屏問題的直接原因。

2.2 整改及驗(yàn)證

通過對(duì)儀表的電路進(jìn)行分析，該儀表易受干擾的掃描控制電路、時(shí)序控制與信號(hào)處理芯片都在玻璃下方，輻射抗擾低頻測(cè)試容易造成電磁波從玻璃下方直接影響到掃描控制電路，從而出現(xiàn)閃頻或花屏，該儀表平臺(tái)較老，要解決此問題需要變更產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)，整體成本會(huì)在50萬(wàn)以上，因此考慮整車整改的可行性。

由于該車前雨刮臂未搭鐵（對(duì)搭鐵阻值＞2 MΩ），通過將雨刮臂接地，對(duì)比接地前后場(chǎng)強(qiáng)值變化，見圖7，可發(fā)現(xiàn)：在90 MHz頻點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值由128.9 V/m降至61.3 V/m，降低了67.6 V/m，儀表工作正常。

考慮到前雨刮臂未做搭鐵處理，雨刮臂長(zhǎng)度約75 cm，作為1/4波長(zhǎng)天線，其諧振頻率剛好在100 MHz。天線在達(dá)到諧振頻率時(shí)，在天線上流動(dòng)電流會(huì)達(dá)到最大值，此時(shí)天線對(duì)外輻射效率最佳。雨刮臂在這個(gè)場(chǎng)景下，成為了一個(gè)典型天線，接收到外界輻射的電磁波并發(fā)生諧振，再以電磁波的形式發(fā)射出去。獨(dú)立的雨刮臂實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在90 MHz頻點(diǎn)測(cè)到400 mA電流，在儀表距離處可以生產(chǎn)50 V/m場(chǎng)強(qiáng)。在實(shí)車上，車身內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)疊加，會(huì)導(dǎo)致在儀表處產(chǎn)生超高場(chǎng)強(qiáng)，使儀表表現(xiàn)異常。

4 結(jié)論

在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中也有一些街道和居民區(qū)存在大場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的情況（表1所示），因此整車在滿足國(guó)標(biāo)的基本要求下還需要考慮用戶的實(shí)際使用環(huán)境需求，并據(jù)此設(shè)計(jì)合理的整車輻射抗擾性能要求。

當(dāng)整車測(cè)試過程中輻射抗擾低頻出現(xiàn)問題后，針對(duì)零部件抗擾性能的排查一定要將零部件的輻射抗擾和大電流注入綜合考慮，零部件大電流注入測(cè)試作為零部件輻射抗擾低頻段的替代方法，不能完全表征低頻段下的零部件輻射抗擾性能，本案例中儀表閃屏問題采用大電流注入100 mA的測(cè)試條件，儀表單件就未能復(fù)現(xiàn)相關(guān)問題。整車EMC各種問題的解決方案，均是周期、成本與質(zhì)量綜合權(quán)衡的結(jié)果，結(jié)合具體分析結(jié)果制定最佳的整改方案，保證整車電磁兼容性能。