越野車(chē)輻射干擾成因分析和抑制

張凌露，陳燕梅，許勇

（南京依維柯汽車(chē)有限公司，江蘇 南京 210028）

越野車(chē)輻射干擾成因分析和抑制

張凌露，陳燕梅，許勇

（南京依維柯汽車(chē)有限公司，江蘇 南京 210028）

基于某款自主研發(fā)的越野車(chē)電磁兼容性開(kāi)發(fā)實(shí)例，分析了汽車(chē)輻射干擾的形成機(jī)理，圍繞輻射干擾的抑制，介紹了部件選型、抑制措施和檢測(cè)驗(yàn)證情況。

越野車(chē)；電磁兼容性；輻射干擾；抑制措施

CLC NO.:U469.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-51-04

前言

整車(chē)或電器部件的電磁兼容性（EMC）要求產(chǎn)品在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值。電磁干擾包括傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。由于輻射干擾形成機(jī)理涉及更多學(xué)科，傳播途徑為空間傳播，其抑制難度往往比抑制傳導(dǎo)干擾更大。本文通過(guò)某款自主開(kāi)發(fā)的越野車(chē)電磁兼容性設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)輻射干擾的抑制方法進(jìn)行介紹。

1、整車(chē)電器系統(tǒng)組成

該款越野車(chē)采用BOSCH共軌電控柴油機(jī)為動(dòng)力源，蓄電池—發(fā)電機(jī)組合構(gòu)成常規(guī)電器設(shè)備的24V電源系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)ECU采用12V電源，由24V/12V DC/DC電壓變換器負(fù)責(zé)供電。預(yù)計(jì)后期改裝時(shí)加裝短波、超短波電臺(tái)等通訊設(shè)備。

由于結(jié)構(gòu)上存在觸點(diǎn)、電感線(xiàn)圈、電子組件的部件是潛在的電磁干擾源，對(duì)開(kāi)發(fā)車(chē)型的電器配置進(jìn)行分析，有可能成為干擾源的電器部件、系統(tǒng)如下：

電源系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、DC-DC電壓變換器

電子部件：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU、組合儀表

電器部件：中央控制盒（含閃光器、通用繼電器）、喇叭、電動(dòng)泵、空調(diào)系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)

2、整車(chē)輻射干擾限值指標(biāo)

表1 輻射發(fā)射指標(biāo)要求

整車(chē)的輻射干擾特性通過(guò)分布在整車(chē)周?chē)慕邮芴炀€(xiàn)（電場(chǎng)天線(xiàn)、車(chē)載天線(xiàn)）對(duì)以輻射方式向外傳播的電磁能量進(jìn)行測(cè)試來(lái)測(cè)定。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期需要針對(duì)開(kāi)發(fā)車(chē)型的使用特點(diǎn)和市場(chǎng)，對(duì)相關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法、評(píng)判限值、測(cè)試設(shè)備（環(huán)境）等要素進(jìn)行選擇和裁剪。該型越野車(chē)整車(chē)輻射發(fā)射的測(cè)試方法和限值要求參考GJB151A-97、

GJB1389A-2005中對(duì)地面車(chē)輛系統(tǒng)兼容性的要求以及GB14023-2006中對(duì)道路車(chē)輛輻射發(fā)射的要求制定，限值要求如上表。

3、 汽車(chē)輻射干擾機(jī)理分析

車(chē)輛輻射干擾的主要干擾源特征和形成機(jī)理：

（1）電火花形成的電磁波

控制負(fù)載通斷的開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、電機(jī)整流子和碳刷的接觸處狀態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生的電火花，會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，同時(shí)也會(huì)以寬頻帶的脈沖形式在線(xiàn)路上產(chǎn)生瞬變電壓。

（2）某種瞬變電壓在線(xiàn)路上傳播時(shí)，其包含的高頻分量通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的天線(xiàn)效應(yīng)，對(duì)空間的傳播

A. 存在線(xiàn)圈、繞組的感性負(fù)載部件，如繼電器線(xiàn)圈、各種直流電機(jī)繞組、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線(xiàn)圈等，在斷開(kāi)線(xiàn)圈或繞組電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率不等、實(shí)測(cè)峰值達(dá)數(shù)百伏的自感電動(dòng)勢(shì)，以負(fù)脈沖出現(xiàn)在負(fù)載電源線(xiàn)側(cè)。

B. 晶體管元件（如發(fā)電機(jī)整流二極管、DC/DC整流二極管）的通斷不是在瞬間完成，在通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生很高的瞬變電壓或電流在輸出電源線(xiàn)上傳播。

（3）電子部件內(nèi)部電路產(chǎn)生的高頻信號(hào)及伴隨的高頻諧波。

含有微控制器的電子設(shè)備（如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU等）的晶振電路和數(shù)字電路、高頻方波脈沖型傳感器信號(hào)、DC/DC電壓變換器的PWM調(diào)制波工作在高頻狀態(tài),該類(lèi)高頻工作信號(hào)及其伴隨的高頻諧波信號(hào)在空間傳播,并通過(guò)部件殼體縫隙或連接線(xiàn)向外傳播。

往往一個(gè)電器部件會(huì)包含上述幾種不同特征干擾源，如發(fā)電機(jī)包含了整流二極管通斷和磁場(chǎng)線(xiàn)圈的通斷，通用繼電器包含觸點(diǎn)的火花和感性線(xiàn)圈通斷，直流電機(jī)包含換向火花和繞組通斷時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

4、部件方案選擇和輻射干擾抑制思路

在電器部件開(kāi)發(fā)時(shí)，從電磁兼容性設(shè)計(jì)的角度，在滿(mǎn)足相同功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡量選擇有利于抑制或減少火花和瞬變電壓電流以及良好屏蔽性能的結(jié)構(gòu)，對(duì)本車(chē)型設(shè)計(jì)中部件方案選擇介紹如下：

4.1 喇叭：常規(guī)的電磁式機(jī)械喇叭為大電流電感負(fù)載，喇叭工作頻繁，觸點(diǎn)火花較難控制，容易產(chǎn)生干擾，選擇無(wú)觸點(diǎn)電子蝸牛喇叭。

4.2 閃光器：閃光器是使用頻率較高，通斷工作頻繁的特殊器件，盡管控制的是電阻性燈泡負(fù)載，但常規(guī)結(jié)構(gòu)閃光器線(xiàn)圈的頻繁通斷和觸點(diǎn)線(xiàn)路中電流的變動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較惡劣的電磁環(huán)境，本設(shè)計(jì)中采用了專(zhuān)用無(wú)觸點(diǎn)電子控制閃光器。

4.3 發(fā)電機(jī)：選擇帶中性抽頭星型結(jié)構(gòu)的雪崩整流管發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)直接相連的蓄電池相當(dāng)于一個(gè)極低阻抗的大容量瞬變電壓抑制器，能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)整流輸出 B+線(xiàn)路的瞬變電壓擔(dān)當(dāng)大電容濾波作用?？紤]到需要對(duì)高頻輸出分量的抑制，在B+和D+端并接合適容量的高頻小電容進(jìn)行濾波。同時(shí)電路設(shè)計(jì)上要保證發(fā)電機(jī)—蓄電池之間距離最短，連線(xiàn)線(xiàn)徑足夠和接觸牢靠，盡量減少該連接線(xiàn)作為輻射天線(xiàn)的影響。

4.4 DC/DC電壓變換器：采用多組12V/5A子模塊并聯(lián)供電的冗余設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品電磁兼容性上的特點(diǎn)是單組子模塊工作電流較小，有效減少了電磁發(fā)射強(qiáng)度，便于子模塊屏蔽和接地處理；小工作電流下功率開(kāi)關(guān)管發(fā)熱量小，通過(guò)適當(dāng)?shù)纳峤Y(jié)構(gòu)可以將功率器件工作溫度控制在規(guī)定限值以下，避免了因安裝散熱風(fēng)扇在總成鋁材殼體上開(kāi)排氣孔對(duì)電磁干擾屏蔽性能的影響。輸出端增加高頻抑制性能好的饋通濾波器減少高頻信號(hào)通過(guò)連接線(xiàn)的輻射。

4.5電機(jī)類(lèi)部件：在整車(chē)電器系統(tǒng)，存在各種各樣的電機(jī)類(lèi)負(fù)載，如本車(chē)型中的雨刮器、電動(dòng)泵、冷凝風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)、暖風(fēng)風(fēng)機(jī)等，普遍采用的是永磁直流電機(jī)。應(yīng)該優(yōu)先選用在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了電磁兼容性設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。如雨刮器機(jī)械傳動(dòng)部分采用了現(xiàn)用某車(chē)型使用產(chǎn)品，但雨刮電機(jī)更換成新技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，新的機(jī)構(gòu)不但部件本體電磁兼容性能改進(jìn)較多，在換向器附近結(jié)構(gòu)上也預(yù)留了安裝電感電容的空間，可將濾波器件直接安裝在殼體內(nèi)部，更便于靠近干擾源實(shí)施干擾抑制措施。

4.6 電子類(lèi)部件：發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、儀表部件等電子部件相對(duì)而言解決電磁敏感性更為重要，對(duì)電磁干擾，核心考察輸入輸出濾波電路設(shè)計(jì)、內(nèi)部回路設(shè)計(jì)、部件殼體的屏蔽性能和接地設(shè)計(jì)。

除了正確選擇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)平臺(tái)，還需要配合設(shè)計(jì)合適的抑制措施。由于輻射干擾的強(qiáng)度和回路電流幅度、頻率和回路面積的乘積成正比，對(duì)干擾源抑制的核心是抑制瞬態(tài)電壓和縮短傳導(dǎo)線(xiàn)路來(lái)達(dá)到抑制干擾的目的，基本抑制思路如下：

續(xù)流：對(duì)壓縮機(jī)離合器線(xiàn)圈、通用繼電器線(xiàn)圈等感性負(fù)載，由于在整車(chē)工作過(guò)程通斷不頻繁，工作電流一般較小，相對(duì)產(chǎn)生的感抗電動(dòng)勢(shì)不大，采用在線(xiàn)圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管的方法，減少感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出回路。

濾波：電機(jī)的感抗電動(dòng)勢(shì)是影響整車(chē)輻射性能的最主要差模噪聲干擾源，應(yīng)該在電機(jī)的電源線(xiàn)上加裝EMI濾波器。根據(jù)阻抗失配原則，電機(jī)繞組并聯(lián)差模電容為高頻噪聲電流提供一個(gè)低阻抗路徑，同時(shí)在電機(jī)繞組端串聯(lián)電感對(duì)高頻噪聲進(jìn)行傳導(dǎo)攔阻，可以減少電源線(xiàn)上的環(huán)流，從而減少電源線(xiàn)的輻射。

濾波器選擇圖1或圖2所示結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的電機(jī)的特性參數(shù)（如工作電流、工作周期等），選擇濾波器的電感和電容參數(shù)。對(duì)一級(jí)濾波效果不好的場(chǎng)合可以采用多級(jí)濾波，提

高總成濾波效果。

由于本車(chē)型需要達(dá)到高頻段軍標(biāo)要求，在高頻段濾波器的元器件不是單純的電容或電感。會(huì)因?yàn)榧纳姼?、電容發(fā)生諧振。需要在差模濾波電容邊并聯(lián)小容量電容或采用穿心電容，必要時(shí)增加共模扼流圈和共模濾波電容，提高對(duì)高頻的抑制能力。

屏蔽措施：屏蔽的目的是隔斷輻射干擾的傳播途經(jīng)，應(yīng)該根據(jù)潛在干擾部件輻射干擾的強(qiáng)度、安裝場(chǎng)所的車(chē)身屏蔽影響、部件外殼的屏蔽效果，設(shè)計(jì)和實(shí)施總成部件級(jí)采取的屏蔽措施，如本實(shí)例中暖風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)限制了電機(jī)金屬殼體的密封性不是很好，濾波器也只能安裝在電機(jī)殼體外，通過(guò)殼體縫隙或電源線(xiàn)和地線(xiàn)會(huì)存在部分電磁能量泄漏，且安裝位置在副駕駛位置，容易對(duì)電子部件相對(duì)集中的儀表臺(tái)區(qū)形成干擾。采取了對(duì)暖風(fēng)總成塑料殼體的內(nèi)表面噴（刷）銅粉導(dǎo)電油漆，對(duì)進(jìn)出風(fēng)口加裝屏蔽網(wǎng) ，形成對(duì)暖風(fēng)電機(jī)的二次屏蔽。

布線(xiàn)和安裝：圍繞整車(chē)輻射發(fā)射的抑制，還應(yīng)該綜合運(yùn)用：合理規(guī)劃線(xiàn)束走向和布置，盡量分開(kāi)電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)、輸入輸出線(xiàn)；保證搭鐵點(diǎn)可靠；盡可能靠近干擾源頭正確安裝濾波器；發(fā)電機(jī)線(xiàn)束等關(guān)鍵線(xiàn)束采用屏蔽處理等措施。

5、樣車(chē)輻射干擾測(cè)試

通過(guò)搭建樣車(chē)對(duì)整車(chē)電磁兼容性能進(jìn)行摸底測(cè)試，當(dāng)整車(chē)測(cè)試結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)限值要求時(shí)，采用排除法逐一定位干擾源，對(duì)影響達(dá)標(biāo)的部件，根據(jù)輻射發(fā)射圖譜對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適應(yīng)性修改，是最終確定部件技術(shù)方案的有效手段。

具體工作方式為：在環(huán)境測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求的情況下從最小系統(tǒng)組成的設(shè)備開(kāi)始測(cè)試。依次開(kāi)啟節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并在通電和發(fā)動(dòng)兩種狀態(tài)下測(cè)試，找到導(dǎo)致整車(chē)輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果超限的設(shè)備。在分析清楚超標(biāo)單體的干擾源特征后，根據(jù)單體自身的特點(diǎn)進(jìn)行濾波參數(shù)優(yōu)化、濾波器安裝位置調(diào)整、屏蔽加強(qiáng)、接地優(yōu)化等措施來(lái)減小干擾。

由于預(yù)計(jì)后裝的通信系統(tǒng)短波、超短波電臺(tái)的工作頻段不會(huì)超過(guò)512MH，為提高排查干擾源的效率，采用車(chē)載天線(xiàn)端口干擾電壓的測(cè)量作為干擾源排查的測(cè)試方法。

現(xiàn)以雨刮電機(jī)、空調(diào)電機(jī)的輻射干擾實(shí)際抑制措施為例介紹如下：

（a）雨刮電機(jī)

雨刮器按實(shí)際裝車(chē)狀態(tài)安裝在樣車(chē)上，對(duì)借用的原用雨刮器進(jìn)行摸底得到的頻譜曲線(xiàn)可以看出，在開(kāi)啟雨刮器后的整車(chē)輻射測(cè)試結(jié)果幾乎在整個(gè)測(cè)試頻段存在干擾信號(hào)，部分頻段的干擾信號(hào)嚴(yán)重超出要求的限值，更換新結(jié)構(gòu)電機(jī)并在換向器附近增加電感電容濾波措施，對(duì)高低速線(xiàn)路實(shí)施抑制，車(chē)載天線(xiàn)端口干擾電壓的測(cè)量結(jié)果符合限值要求。后在高頻段檢測(cè)時(shí)仍出現(xiàn)部分頻段超頻，選配小容量高頻電容和原濾波電容并聯(lián)，進(jìn)一步抑制，達(dá)到全頻段滿(mǎn)足限值要求。

（b）空調(diào)電機(jī)

單獨(dú)開(kāi)啟空調(diào)制冷系統(tǒng)，選取風(fēng)量最大檔；測(cè)試未加抑制的原機(jī)，空調(diào)系統(tǒng)在全頻段帶來(lái)較大干擾。為定位排查干擾源，單獨(dú)開(kāi)啟冷凝器風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，排查出主要騷擾源為冷凝器電機(jī)。在空調(diào)冷凝器電機(jī)電源線(xiàn)上串聯(lián)兩組LC濾波電路；部分頻段仍出現(xiàn)超標(biāo)，考慮到冷凝器風(fēng)機(jī)安裝在底盤(pán)上，電源線(xiàn)較長(zhǎng)，對(duì)線(xiàn)束進(jìn)行屏蔽；最后通過(guò)

在電機(jī)電源線(xiàn)上加磁環(huán)濾波后，基本達(dá)到全頻段限值要求。

6、結(jié)束語(yǔ)

本車(chē)型通過(guò)一年多時(shí)間的開(kāi)發(fā)，電磁兼容性能檢測(cè)結(jié)果達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，輻射干擾抑制工作是其中重要且費(fèi)時(shí)最長(zhǎng)的工作。本項(xiàng)目完成后的體會(huì)是：（1）抑制傳導(dǎo)干擾的措施對(duì)輻射干擾抑制同樣適用，（2）部件機(jī)構(gòu)和技術(shù)平臺(tái)的選擇對(duì)輻射發(fā)射影響較大，（3）高頻段的分布電容和寄生電感的影響應(yīng)充分重視，（4）測(cè)試頻譜分析是優(yōu)化抑制措施的有效手段，（5）抑制措施的實(shí)施應(yīng)該綜合考慮成本效益比和實(shí)施的難易程度。

[1] 金松濤.丁良旭,劉青松,汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題研究的重要性[J].重慶.客車(chē)技術(shù)與研究.NO.4.2011.

[2] 藍(lán)波.孫誼.張琦.汽車(chē)電磁兼容研究發(fā)展現(xiàn)狀[J].北京.信息技術(shù).(2010)08-0210-03.

[3] 白同云.呂曉德.電磁兼容設(shè)計(jì)[M].北京.北京郵電大學(xué)出版社.

Cause Analysis and Suppression of SUV’s Radiation Interference

Zhang Linglu, Chen Yanmei, Xu Yong
(Nanjing Iveco Motor Company Ltd., Jiangsu Nanjing 210028)

Based on the example of the development of electromagnetic compatibility of an independently researched SUV. The formation mechanism of auto radiation interference is analyzed. Centering on the suppression of radiation interference, the selection of components、interference suppression methods and the testing validity of whole vehicles is introduced.

SUV; electromagnetic compatibility; radiation interference; suppression method.

U469.3

A

1671-7988(2014)12-51-04

張凌露，高級(jí)工程師，就職于南京依維柯汽車(chē)有限公司產(chǎn)品工程部，從事汽車(chē)電子電器設(shè)計(jì)工作。