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(duì)外電磁輻射升高，整車電磁兼容狀況惡化。如何準(zhǔn)確測(cè)試整車輻射騷擾值，當(dāng)電磁輻射超過(guò)法規(guī)要求時(shí)又如何排查問(wèn)題點(diǎn)并進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)整改，成為整車廠需要面對(duì)的一個(gè)新問(wèn)題。本文從整車輻射騷擾測(cè)試的實(shí)際過(guò)程出發(fā)，介紹了基本測(cè)試方法和技術(shù)要點(diǎn)，通過(guò)對(duì)被測(cè)車輛的多輪排查分析，確定輻射騷擾源，最終優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了整車對(duì)外輻射騷擾值，改善了該平臺(tái)車型電磁兼容狀況，為后續(xù)車型的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 整車輻射發(fā)射測(cè)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(duì)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(shí)間內(nèi) （運(yùn)行的時(shí)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(jí)。

整車輻射騷擾測(cè)試主要參考的標(biāo)準(zhǔn)是CISPR12［1］，其對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB14023，為公告強(qiáng)檢項(xiàng)目。CISPR是國(guó)際電工委下屬的國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)。其測(cè)試目的是在30～1000MHz頻率范圍內(nèi)對(duì)居住環(huán)境中的廣播接收機(jī)提供保護(hù)，同時(shí)也對(duì)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(cè)試可以在電波暗室或開闊場(chǎng)［2］進(jìn)行，由于目前外場(chǎng)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(xiàng)測(cè)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(cè)量車輛的輻射發(fā)射值，還需要配備測(cè)量接收機(jī)、屏蔽電纜和一副可以覆蓋完整測(cè)量頻段的天線。

試驗(yàn)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(cè)量值的外界噪聲或信號(hào)，應(yīng)在總檢測(cè)之前，車輛沒有運(yùn)行的狀態(tài)下測(cè)量環(huán)境噪聲。例如，將待檢測(cè)車輛在試驗(yàn)場(chǎng)地停放好、切斷電池連接。用測(cè)量接收機(jī)掃描，外界噪聲或者干擾信號(hào)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(cè)時(shí)，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(huì)干擾背景測(cè)量，因此，必須切斷蓄電池連接。

試驗(yàn)開始后，試驗(yàn)室內(nèi)不得放置無(wú)關(guān)的金屬物品，人員也要離開試驗(yàn)室。

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

1）發(fā)動(dòng)機(jī) 車輛處于空擋，對(duì)于僅裝有內(nèi)燃機(jī)的車輛，在每次測(cè)量時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)按1500±10%r／min運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于峰值或準(zhǔn)峰值測(cè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同。

2）其他系統(tǒng) 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所有和動(dòng)力系統(tǒng)一起自動(dòng)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(dòng)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(duì)于窄帶測(cè)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(cè)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(wèn)題排查思路

為便于排查工作的開展，在試驗(yàn)開始之前應(yīng)仔細(xì)研究整車電器原理圖，對(duì)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(dòng)發(fā)動(dòng)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(duì)一些開關(guān)狀態(tài)應(yīng)該能夠進(jìn)行檢測(cè) （如門開關(guān)狀態(tài)），以便當(dāng)特定事件發(fā)生時(shí)對(duì)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(dòng)發(fā)動(dòng)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(huì)回到點(diǎn)火供電位置。由于在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，電壓會(huì)有突變，此時(shí)不應(yīng)該進(jìn)行寫可擦除只讀存儲(chǔ)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(cè)試過(guò)程中通過(guò)更改供電模式來(lái)快速確定騷擾源分布，同時(shí)，通過(guò)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(cè)量值需符合CISPR 12限值要求，限值見表1。騷擾測(cè)量中對(duì)同一個(gè)脈沖輸入信號(hào)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(cè)試時(shí)間，測(cè)試時(shí)采用準(zhǔn)峰值限值、用峰值檢波方式測(cè)量。

表1 限值

3.1 寬帶輻射發(fā)射測(cè)量

按照上述要求起動(dòng)發(fā)動(dòng)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(guò)限值要求，根據(jù)掃描結(jié)果來(lái)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(dòng)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(dòng)機(jī)。為便于分析比對(duì)，將發(fā)動(dòng)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(cè)試結(jié)果，深色曲線為發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(chǎng)中受磁力后會(huì)生產(chǎn)伸長(zhǎng)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(shí)，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(dòng)而發(fā)出瞬間的高頻噪聲。

針對(duì)上述問(wèn)題，解決方法一為提高鐵心剛度，二為將驅(qū)動(dòng)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(shí)質(zhì)是將現(xiàn)有的無(wú)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(jì)，更改驅(qū)動(dòng)器。

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

對(duì)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(cè)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(cè)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(guò)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(hào)由空調(diào)控制器造成。

分析可知輻射信號(hào)的頻率是驅(qū)動(dòng)頻率的倍頻，初步判斷是因驅(qū)動(dòng)電路引起的。為降低輻射值，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行整改，一是在控制信號(hào)輸出電路上加電感進(jìn)行隔離，同時(shí)加吸收電容。二是更改搭鐵布線，在調(diào)整搭鐵點(diǎn)的同時(shí)，盡可能使驅(qū)動(dòng)回路的面積最小。控制器應(yīng)用以上對(duì)策后進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)試條件與前次一樣，測(cè)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(dòng)機(jī)輻射對(duì)整體輻射水平也有貢獻(xiàn)，但因其相對(duì)不高而被發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲覆蓋。如圖8所示，60～80MHz附近毛刺即為刮水電動(dòng)機(jī)輻射。

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

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，針對(duì)刮水電動(dòng)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(shí)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(jì)電路上。

4 結(jié)束語(yǔ)

整車輻射發(fā)射測(cè)試根據(jù)騷擾源不同，分為寬帶和窄帶測(cè)試。采用供電模式分類和熔斷絲定位法來(lái)確定騷擾源的位置。根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果可知，整車主要騷擾源為發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)鼓風(fēng)電機(jī)、刮水電動(dòng)機(jī)和占空比 （PWM）信號(hào)控制器。分別對(duì)比圖2～圖5、圖6～圖7、圖8～圖9可以看到，對(duì)鼓風(fēng)電機(jī)、空調(diào)控制器和刮水電動(dòng)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(tái)架試驗(yàn)中是通過(guò)的，因此需引起重視的是，即使零部件檢測(cè)結(jié)果合格，并不意味著整車測(cè)試可以通過(guò)。因此，整車企業(yè)應(yīng)更加重視整車電磁兼容性測(cè)試。

通過(guò)以上對(duì)整車輻射發(fā)射的測(cè)試、騷擾源定位、問(wèn)題整改以及再驗(yàn)證的詳細(xì)描述，闡述了整車輻射發(fā)射測(cè)試及整改的基本方法，對(duì)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(cè)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(guó)防工業(yè)出版社，2004.