整車輻射發(fā)射測試及整改

馬方馳，高 京，韓發(fā)娟，賀成坤

（上海汽車集團股份有限公司技術(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、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。如何準確測試整車輻射騷擾值，當電磁輻射超過法規(guī)要求時又如何排查問題點并進行系統(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，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立技術(shù)單元及其周圍的空間中，在一定的時間內(nèi) （運行的時間），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準是CISPR12［1］，其對應(yīng)的國家標準是GB14023，為公告強檢項目。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)境中的廣播接收機提供保護，同時也對該環(huán)境中的其他相關(guān)電子設(shè)備提供保護。

整車輻射發(fā)射測試可以在電波暗室或開闊場［2］進行，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。為準確測量車輛的輻射發(fā)射值，還需要配備測量接收機、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。用測量接收機掃描，外界噪聲或者干擾信號至少應(yīng)該低于產(chǎn)品標準所規(guī)定的參考限值6dB。需要關(guān)注的是，在進行環(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)按照下述的要求進行設(shè)置。

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

2）其他系統(tǒng) 在進行測量時，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)動機處于正常工作溫度。此外，駕駛員或乘客能夠操作持續(xù)運行的，能產(chǎn)生寬帶發(fā)射的所有設(shè)備都應(yīng)工作在最大負載狀態(tài)下。

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

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

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、點火供電模式和起動發(fā)動機供電模式4類整車供電模式進行分類。

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)該能夠進行檢測 （如門開關(guān)狀態(tài)），以便當特定事件發(fā)生時對網(wǎng)絡(luò)進行喚醒。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)動機供電模式 此種供電模式只能瞬間保持，然后點火開關(guān)的位置會回到點火供電位置。由于在發(fā)動機起動瞬間，電壓會有突變，此時不應(yīng)該進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＞準峰值＞有效值＞平均值［3］，為了節(jié)約測試時間，測試時采用準峰值限值、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)動機和相關(guān)負載，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)果超出準峰值限值，但準峰值讀點均符合限值要求。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，由點火供電模式改為輔助設(shè)備供電模式。關(guān)閉發(fā)動機，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、刮水電動機。為便于分析比對，將發(fā)動機關(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。進一步確定騷擾源，當關(guān)閉空調(diào)鼓風(fēng)電機及拔除空調(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，可以判斷上述頻點的騷擾源是空調(diào)鼓風(fēng)電機及其控制器。

分析鼓風(fēng)電機原理可知，電機換相瞬間產(chǎn)生對外噪聲。具體部位是定子鐵心，其機理是磁致伸縮。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)有的無刷電機改為永磁同步電機。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。

對該騷擾源進行定位和整改后，峰值掃描和準峰值檢波結(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行，峰值檢波結(jié)果如圖6所示。

通過排查，當拔除空調(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)動電路進行整改，一是在控制信號輸出電路上加電感進行隔離，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20 dB，符合CISPR12標準要求。

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

針對刮水電動機電源線，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、空調(diào)鼓風(fēng)電機、刮水電動機和占空比 （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、空調(diào)控制器和刮水電動機整改后，輻射水平均下降至限值以下，達到整車限值要求。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，周建華，等譯.北京：機械工業(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.