韓超超 ，雷劍梅 ，陳立東 ，王維

（1.汽車噪聲、振動與安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401122；2.重慶市汽車電磁兼容性能開發(fā)工程技術(shù)研究中心，重慶 401122）

目前，汽車在向著電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展將涉及到感知技術(shù)、信息融合技術(shù)、車載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、全輔助駕駛技術(shù)、無線通信技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)[1-3]。這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對傳感器采集精度、控制器的處理速度、執(zhí)行器的執(zhí)行準(zhǔn)確度、通信的時延性及誤碼率等指標(biāo)有著嚴(yán)苛的要求。以上器件受到外界電磁干擾，可能會引起車的功能、性能不同等級降級，嚴(yán)重的將會出現(xiàn)控制失控、通信中斷等問題從而造成安全事故[4]。目前汽車所受到的電磁干擾一方面來自車外各種電子、電氣、通訊設(shè)備電磁輻射；一方面來自汽車電器設(shè)備工作時自身所產(chǎn)生的電磁干擾（EMI），包括傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾以及耦合騷擾。尤其是電動汽車的三電系統(tǒng)[5-6]：高壓電池包、電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)帶來了高壓大電流問題，包括車載充電機(jī)（on board charger，OBC）、直流-直流（direct current-direct current，DC-DC）電源等這些部件都會使得整車的電磁環(huán)境更加復(fù)雜、自兼容問題以及對外騷擾問題比較嚴(yán)重。

目前解決這些問題的思路主要從整車和零部件兩個層面考慮，整車方面要在整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)初期，從電器布局、電源和接地分配設(shè)計(jì)、線束設(shè)計(jì)選擇方面來考慮電磁兼容（EMC）風(fēng)險因素并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。零部件方面從電路原理圖和印制電路板（PCB）、結(jié)構(gòu)、接口等方面來考慮EMC風(fēng)險因素并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。為了能夠解決這些問題，使整車EMC性能通過法規(guī)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，很多車企都已經(jīng)引入整車EMC正向開發(fā)方法，包括整車和零部件2個層面，并引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)手段進(jìn)行風(fēng)險預(yù)測分析。從目前來看，正向開發(fā)方法的應(yīng)用，在很大程度上能夠把整車裝車后EMC不合格風(fēng)險降到最低、節(jié)約時間成本，但不一定能夠保證整車EMC測試項(xiàng)目（法規(guī)和非法規(guī)項(xiàng)）全部一次性通過，測試不合格項(xiàng)還是需要問題定位和問題整改。本文將針對電動汽車整車EMI問題定位和整改技術(shù)進(jìn)行分析研究，主要包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析、問題定位分析及整改技術(shù)3部分。

1 電動汽車整車EMI國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)梳理與分析

表1為目前電動車整車EMI類國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)[7-10]。

表1 整車EMI類國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Domestic and foreign standards of EMI for complete vehicles

如表1所示，EMI包含輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射兩大類。

涉及到整車輻射發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)有GB14023—2011，GB/T18387—2017，GB34660—2017（整車發(fā)射部分）及ECE R10.05，由于GB14023—2011公告項(xiàng)目已經(jīng)被GB34660—2017取代，因此GB14023—2011可不再關(guān)注。GB/T18387—2017，GB34660—2017兩個公告項(xiàng)目前超標(biāo)問題較多。

涉及到傳導(dǎo)發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T18655—2018，ECER10.05。GB/T18655—2018是測量整車電器工作時對車載接收機(jī)天線影響，可歸到整車電器自兼容問題當(dāng)中，車載接收機(jī)天線類型有：全球定位系統(tǒng)（GPS）、調(diào)幅/調(diào)頻（AM/FM）、無線連接（WIFI）、藍(lán)牙等。ECER10.05中整車充電狀態(tài)下輻射發(fā)射、諧波發(fā)射、電壓變化波動與閃爍測試問題一般較少，整車交流充電傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)問題較多。

2 電動汽車整車EMI問題分析定位

2.1 GB/T18387—2017電磁場輻射發(fā)射問題分析定位

GB/T18387—2017電磁場輻射發(fā)射問題分析定位流程圖如圖1所示。

圖1 GB/T18387—2017測試問題分析定位方法流程Fig.1 The process of GB/T18387—2017 test problem analysis and positioning method

圖1中，虛線框內(nèi)內(nèi)容要根據(jù)實(shí)車狀態(tài)具體分析，如果ON和READY狀態(tài)無大的差異或者不好確定，可以直接跳過，進(jìn)行后邊的分析。

GB/T18387—2017測量點(diǎn)為車輛前、后、左、右4個位置，包括電場、磁場2個方面。首先車輛以40 km/h進(jìn)行預(yù)測試，從預(yù)測結(jié)果中選出電場值、磁場值最大的位置點(diǎn)，再分別以16 km/h，70 km/h在最大值位置點(diǎn)進(jìn)行電場、磁場測試，最后記錄下數(shù)據(jù)，以上為1個完整的測試流程[7]。

綜上，可以看出車輛上READY后保持在特定速度值下測試，并未對其他電器工況進(jìn)行要求，如果測試結(jié)果不滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，通過分析以上測試工況中有哪些電器在工作，再結(jié)合驅(qū)動電機(jī)控制器（MCU）、DC-DC等高壓器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作頻率特性，大多數(shù)超標(biāo)原因與高壓器件有關(guān)系。

2.2 GB34660—2017整車輻射發(fā)射

GB34660—2017整車輻射發(fā)射測試包括窄帶測試與寬帶測試。

對于電動汽車來說，窄帶測試車輛應(yīng)處于READY檔位、車輛靜止且應(yīng)開啟所有內(nèi)部振蕩器信號頻率大于9 kHz或者具有重復(fù)信號的長時工作設(shè)備，使其正常工作。

對于電動汽車來說，寬帶測試車輛驅(qū)動裝置應(yīng)處于整車運(yùn)行狀態(tài)，車速為40 km/h，且長時間工作、能夠產(chǎn)生寬帶騷擾的部件處于正常工作狀態(tài)[8]。

由上可以看到，寬帶、窄帶測試工況對相應(yīng)的車載電器件工作狀態(tài)都有一定要求，最大區(qū)別在于電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)在40 km/h。在問題分析定位時，寬帶測試問題分析比窄帶分析多出內(nèi)容也在于此，可先進(jìn)行窄帶分析然后再進(jìn)行寬帶分析，后者也可以借鑒前者結(jié)論。

GB34660—2017整車輻射發(fā)射窄帶測試問題分析定位方法流程圖如圖2所示。GB34660—2017整車輻射發(fā)射寬帶測試問題分析定位方法流程圖如圖3所示。圖2、圖3中，虛線框內(nèi)的內(nèi)容是要根據(jù)整車的狀態(tài)進(jìn)行具體分析的，如果測試車輛在ON和READY狀態(tài)下，車輛各電器運(yùn)行狀態(tài)無大的差異或者不好確定，可以直接跳過此步，進(jìn)行后邊的分析。

在以上分析中，對于不確定的或者潛在的騷擾器件，可以借助近場設(shè)備進(jìn)行近場探測，來輔助定位。

圖2 GB34660—2017窄帶測試問題分析定位方法流程Fig.2 The process of GB34660—2017 narrowband test problem analysis and location method

圖3 GB34660—2017寬帶測試問題分析定位方法流程Fig.3 The process of GB34660—2017 broadband test problem analysis and positioning method

2.3 其他測試項(xiàng)目EMI問題分析定位

對于GB/T18655—2018中整車測試部分，主要是測試整車各個電器工作時對車載接收機(jī)的影響。測試結(jié)果超標(biāo)，一般為操作的各個電器及其線束產(chǎn)生輻射、傳導(dǎo)騷擾所致。表1中整車充電傳導(dǎo)類項(xiàng)目，一般超標(biāo)原因是充電槍或者OBC導(dǎo)致。IEC61000—6—3整車充電傳導(dǎo)發(fā)射項(xiàng)目是騷擾類項(xiàng)目，IEC61000—3—2電快速瞬變脈沖群（electrical fast transient，EFT）及 IEC61000—3—3浪涌（Surge）項(xiàng)目是2個抗擾類項(xiàng)目。

對于測試超標(biāo)分析定位如下：1）首先通過實(shí)際電路判斷充電槍、OBC是否具備了相應(yīng)的EMC措施及其參數(shù)是否選擇正確；考慮整個充電系統(tǒng)搭鐵、線束連接是否存在問題。2）若設(shè)計(jì)上符合要求，可對充電槍做單個零部件試驗(yàn)，其負(fù)載可使用大功率阻性負(fù)載。3）充電槍測試如果有問題，對充電槍電路進(jìn)行再次分析，并對內(nèi)部EMC關(guān)鍵電路進(jìn)行相關(guān)測量：濾波電路及防護(hù)電路、芯片供電電壓、芯片地線等。4）充電槍測試如果無問題，需要復(fù)查OBC電路，確認(rèn)無問題，可選擇從車上拆下單獨(dú)做零部件試驗(yàn)或者多拿幾個測試通過的充電槍與其配套做試驗(yàn)。

3 電動汽車整車EMI測試整改技術(shù)

3.1 電動汽車EMI傳播及抑制原理

圖4為電動汽車EMI傳播及抑制原理圖。

圖4 電動汽車EMI傳播及抑制原理圖Fig.4 Schematic diagram of electric vehicle EMI propagation and suppression

從EMC三要素[11]來對圖4進(jìn)行分析。首先，車內(nèi)包括 A1，A2，...，An等多個騷擾源器件：高壓器件、低壓器件中電機(jī)和大功率電源類器件。其次是 B1，B2，...，Bn等多個敏感源器件，包括普通低壓敏感器件、雷達(dá)和天線類等射頻器件。最后，騷擾源器件通過對外輻射、耦合（器件為金屬外殼或者帶有金屬散熱器與金屬車體之間）形成干擾；騷擾源線束通過傳導(dǎo)、近場耦合、容性耦合等方式形成干擾，這些干擾被施加在敏感源設(shè)備及其線束中，同時沒有被車體吸收的能量在車外空間形成輻射干擾。

解決以上這些問題，同樣從EMC三要素入手，抑制騷擾源、切斷傳播途徑、提高敏感源抗擾能力。對騷擾源采取端口濾波、屏蔽等措施，針對特殊敏感信號線束采用雙絞、屏蔽等方式。對敏感源采取端口濾波與防護(hù)、屏蔽等措施，其中有無線模塊的敏感源不能采用屏蔽措施。對于外殼是金屬的器件要合理設(shè)計(jì)與車身的搭鐵點(diǎn)。

3.2 電動汽車整車EMI測試超標(biāo)整改技術(shù)

在定位到問題器件后，需要根據(jù)器件的工作頻率、電壓、電流等電特性以及外殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將3.1小節(jié)中提到的解決方法轉(zhuǎn)化為實(shí)車上對應(yīng)的措施。

具體在整車上可采取的措施如下所示：

1）器件端口及線束的共模濾波，可以首先采用一定參數(shù)磁環(huán)加在端口線束位置等效測試。如果效果不明顯，可以進(jìn)一步自制Y電容濾波器、共模電感等加在相應(yīng)端口位置。

2）器件端口及線束的差模濾波，一般采用自制的X電容濾波器、差模電感加在相應(yīng)端口位置；信號線上可串聯(lián)相應(yīng)參數(shù)的磁珠濾波。

3）對于器件或者線束需要屏蔽的，一般采用銅箔或者一定密度的編織網(wǎng)進(jìn)行包裹測試，屏蔽層高頻雙端接地，低頻可以采用單端接地。

4）金屬外殼器件尤其是高壓器件，要注意其接地點(diǎn)位置及其電連續(xù)性，盡量保證其接地回路最小。

5）針對EFT測試項(xiàng)目超標(biāo)時，在充電槍或者充電機(jī)內(nèi)部電路上的電源線、信號線是否受到干擾影響問題，可在問題電路管腳增加電容濾波、電感濾波等來進(jìn)行監(jiān)測。

6）針對Surge測試項(xiàng)目超標(biāo)，在充電槍或者OBC端口電路上考察其過壓防護(hù)是否完善，一般采用TVS、壓敏電阻、氣體放電管等器件進(jìn)行端口電路設(shè)計(jì)，同時應(yīng)注意參數(shù)選型。

另外，除在器件端口外的其它內(nèi)部電路需要變更的地方，提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，要同主機(jī)廠及其供應(yīng)商商討后共同進(jìn)行，以免損壞器件。

3.3 電動汽車EMI測試超標(biāo)整改案例

某款電動車GB34660—2017測試結(jié)果如圖5、圖6所示。由圖5、圖6可知，電動汽車EMI窄帶、寬帶測試結(jié)果均超標(biāo)，窄帶主要超標(biāo)頻點(diǎn)為58.6 MHz，118.8 MHz，137.4 MHz；寬帶超標(biāo)頻點(diǎn)為118.8 MHz，137.35 MHz。

圖5 窄帶左側(cè)垂直Fig.5 Narrowband-left vertical

圖6 寬帶左側(cè)垂直Fig.6 Broadband-left vertical

按照圖2流程進(jìn)行窄帶問題分析，分析結(jié)果如下：118.8 MHz頻點(diǎn)超標(biāo)為大屏幕導(dǎo)致；58.6 MHz，137.4 MHz頻點(diǎn)超標(biāo)為電機(jī)驅(qū)動控制器導(dǎo)致。

按照圖3流程進(jìn)行寬帶問題分析，再結(jié)合窄帶分析結(jié)果，得到如下結(jié)論：118.8 MHz頻點(diǎn)超標(biāo)為大屏幕導(dǎo)致；137.5 MHz頻點(diǎn)超標(biāo)為電機(jī)驅(qū)動控制器導(dǎo)致；58.6 MHz頻點(diǎn)寬帶限值高于窄帶，該頻點(diǎn)未超標(biāo)。

針對超標(biāo)頻點(diǎn)可以定位到問題器件，在采取措施之前，要進(jìn)一步對相應(yīng)器件進(jìn)行分析。

3.3.1 大屏整改措施分析

以薄膜晶體管-液晶顯示器（thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCD）為例，分析其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，如圖7所示。由圖7可知，內(nèi)部電路時鐘信號、圖像數(shù)字高頻信號都會導(dǎo)致EMI的產(chǎn)生，最終會通過接口及線束形成對外的輻射、傳導(dǎo)干擾。

圖7 TFT-LCD大屏內(nèi)部電路框圖Fig.7 Block diagram of internal circuit of TFT-LCD large screen

為了解決上述問題，在大屏接口線束增加北川工業(yè)RFC-20型號磁環(huán)，磁環(huán)參數(shù)如圖8所示。實(shí)物整改示意圖如圖9所示，虛線框處為所增加的磁環(huán)。

圖8 RFC-20磁環(huán)參數(shù)Fig.8 The parameters of RFC-20 magnetic ring

圖9 大屏接插口套磁環(huán)Fig.9 Large screen connector sleeve magnetic ring

驗(yàn)證增加磁環(huán)措施有作用后，進(jìn)行內(nèi)部電路設(shè)計(jì)優(yōu)化?？刂萍呻娐份敵龃袝r鐘（serial clock，SCLK）信號、紅綠藍(lán)（red green blue，RGB）信號、時間脈沖（time pulse，TP）、數(shù)據(jù)極性反轉(zhuǎn)信號（polarity，POL）到源極驅(qū)動電路。工作原理為：SCLK信號上升沿時，1個RGB信號像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)皆礃O驅(qū)動電路，當(dāng)一行像素傳送完成后，輸出TP脈沖，源極驅(qū)動器內(nèi)部將全部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度電壓后輸出到顯示屏。其中RGB信號最大頻率可達(dá)370 MHz，信號線上目前電阻值為33 Ω，為了降低信號輻射能量，把電路RGB信號線上電阻換成220 Ω/100 MHz的磁珠，TFT排線用吸波紙包裹，測試通過。

3.3.2 MCU整改措施分析

電機(jī)驅(qū)動控制器（MCU）電路原理框圖如圖10所示，主要由控制電路、PWM驅(qū)動電路、全橋功率電路3部分組成。

圖10 電機(jī)驅(qū)動控制器原理框圖Fig.10 Block diagram of motor drive controller principle

圖10中，全橋功率電路是產(chǎn)生EMI的主要部分，旋變信號、數(shù)字電路、電源變換也都會產(chǎn)生EMI[6]，這些EMI既有共模信號也有差模信號（它們產(chǎn)生的機(jī)理不在本文中做具體闡述，具體可查閱文獻(xiàn)[9]中分析），最終都以傳導(dǎo)、輻射的形式傳播，因而屬于輻射發(fā)射超標(biāo)。

干擾傳播途徑主要有如下3個：

1）從MCU低壓控制電路接口及其線束輻射出去。

2）從U，V，W三相高壓電源線輻射出去，高壓電源線束及接口屏蔽層與金屬外殼采用360°環(huán)接方式且接觸良好，同時屏蔽效能滿足設(shè)計(jì)要求。

3）從殼體縫隙輻射出去，經(jīng)現(xiàn)場檢查縫隙與螺孔間距均滿足要求。

由上述分析可知，低壓控制電路接口及線束是要重點(diǎn)關(guān)注的位置。在MCU控制電路端口線束上首先采用套磁環(huán)方式，數(shù)據(jù)有大幅改善。同時發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動控制器金屬外殼通過電機(jī)后與車身形成搭鐵——非直接搭鐵方式，更改搭鐵點(diǎn)為最近位置，縮短“臟”信號流動路徑和減小發(fā)射環(huán)路面積，并對MCU的4個螺栓固定點(diǎn)打磨。

綜上，MCU采取了以下整改措施：

1）MCU低壓控制線增加KGS磁環(huán)RFC-20，在50～200 MHz時磁環(huán)電阻為200～300 Ω。

2）MCU增加一處接地線，搭接到車身。

3）將MCU中4個固定螺絲孔接觸面進(jìn)行打磨，改善接地電連續(xù)性。

電機(jī)驅(qū)動控制器實(shí)物整改示意圖如圖11所示。圖12為MCU整改后的窄帶左側(cè)垂直測試結(jié)果波形圖，圖13為寬帶左側(cè)垂直測試結(jié)果波形圖。由圖12、圖13可知，測試結(jié)果符合限值要求。

圖11 電機(jī)驅(qū)動控制器整改示意圖Fig.11 Schematic of motor drive controller rectification

圖12 窄帶左側(cè)垂直Fig.12 Narrowband-left vertical

圖13 寬帶左側(cè)垂直Fig.13 Broadband-left vertical

4 結(jié)論

結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對電動汽車整車EMI問題定位設(shè)計(jì)了一套流程化的方法，通過對電動汽車EMI傳播及抑制技術(shù)理論分析后，提出了一套能夠應(yīng)用在工程上的快速、便捷整改技術(shù)方法，將此整改技術(shù)進(jìn)行了電動汽車整車EMI測試，測試結(jié)果符合限值要求。在做整車EMI問題定位與整改時，方法流程不是一成不變的，需要結(jié)合實(shí)際情況靈活運(yùn)用。

本文提到的整改技術(shù)是基于對車載電器件原則上不做過多改動而設(shè)計(jì)，最終工程化需要把這些措施轉(zhuǎn)化到器件相應(yīng)電路上，例如3.3小節(jié)大屏整改措施，這需要去研究器件的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及EMC關(guān)鍵電路。