整車輻射抗擾問題排查及整改分析

余天剛,田永坡

（長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。我國于2017年11月1日發(fā)布了強制標準GB 34660-2017《道路車輛電磁兼容性要求和試驗方法》，規(guī)定整車在20 MHz～2 GHz的90 %以上頻段內(nèi)，場強應(yīng)為30 V/m（均方根值），其他剩余頻段內(nèi)場強應(yīng)不低于25 V/m（均方根值），在進行抗擾試驗過程中，車輛不應(yīng)出現(xiàn)抗擾度相關(guān)功能的性能降級。該標準已于2018年1月1日起實施。

1 案例分析

1.1 測試案例分析

某樣車依照GB 34660-2017進行整車電磁兼容性能測試時發(fā)現(xiàn)：整車輻射抗擾測試，試驗電平50 V/m，垂直極化，CW調(diào)制，在頻率90～95 MHz時出現(xiàn)組合儀表閃屏現(xiàn)象，測試過程中發(fā)現(xiàn)，疑似當(dāng)前雨刮刮臂的擺動至儀表位置附近時儀表出線閃屏現(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、被干擾對象、傳播路徑三方面進行問題分析。敏感件確定為儀表，騷擾源除外界施加的固定場強，也可能一部分由車內(nèi)電器件工作產(chǎn)生，基于此，特展開排查測試：識別在整車輻射抗擾測試條件下，車輛內(nèi)部大功率、大電流器件對儀表閃屏的影響程度，逐一排查，測試結(jié)果見下表1。

表1 測試結(jié)果

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

1.3 傳播路徑確認

為確認雨刮的工作狀態(tài)對儀表閃屏問題的影響關(guān)系，通過場強耦合和線束耦合測試方法，確認雨刮工作時由空間傳導(dǎo)和線束傳導(dǎo)干擾的可能性。

1.3.1 場強耦合測試

在儀表端增設(shè)場強探頭（見圖3），施加50 V/m場強，延長抗擾測試的駐留時間至10 s，抗擾頻段20 MHz～200 MHz，垂直極化，CW調(diào)制，實時監(jiān)視儀表附近場強，分析場強儀場強值的波動變化，測試結(jié)果如表2所示。

圖1 疑似刮臂達到儀表正上方，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 利用場強探頭實時監(jiān)視儀表附近場強

測試發(fā)現(xiàn)，在儀表屏的前方，場強值最大達到158.4 V/m，測試過程中，儀表附近場強隨雨刮刮臂的擺動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》標準要求，30～3 000 MHz的公眾暴露電場限值的方均根值為12 V/m（任意連續(xù)6 min內(nèi)的場量參數(shù)），對于脈沖電磁波，除滿足上述要求外，場強的瞬時值不得超過所列限值的32倍。由此計算，在公眾環(huán)境中，此頻段內(nèi)的瞬時發(fā)射場強值可達384 V/m。

為驗證儀表閃屏是否與雨刮的擺動位置相關(guān)，在前雨刮擺動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場強值，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，確認雨刮是否通過線束干擾到儀表，測試結(jié)果：雨刮開啟和關(guān)閉狀態(tài)下，儀表輸入信號無毛刺、無波動；同時用示波器采集儀表各引腳在無抗擾和施加50 V/m、80 V/m場強下的信號，見圖5所示，在施加不同干擾時儀表信號無毛刺、無波動。

圖5 儀表在各種場強下的5 V輸入信號

由上述測試可得，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)的雨刮刮臂擺動導(dǎo)致空間場強變化，對空間場強的分布產(chǎn)生了影響，儀表附近的場強發(fā)生場強疊加，從而影響儀表的正常工作。

2 整改及驗證

2.1 零部件抗擾測試

對被干擾對象儀表進行零部件輻射抗擾及大電流注入測試，以檢測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。

試驗線束總長度為1700（-0/+300）mm，水平放置于厚度為（0±5）mm、相對介電常數(shù)εr≤1.4的材料上，其中平行于接地邊緣部分長度為（1 500±75）mm。試驗線束的長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，同時天線饋線端口距離地面保持（1 000±10）mm，測試布置如圖6所示。

圖6 零部件輻射抗擾測試圖

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

表4 輻射抗擾測試結(jié)果

圖7 接地前后場強值變化

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

2.2 整改及驗證

通過對儀表的電路進行分析，該儀表易受干擾的掃描控制電路、時序控制與信號處理芯片都在玻璃下方，輻射抗擾低頻測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，該儀表平臺較老，要解決此問題需要變更產(chǎn)品的硬件設(shè)計，整體成本會在50萬以上，因此考慮整車整改的可行性。

由于該車前雨刮臂未搭鐵（對搭鐵阻值＞2 MΩ），通過將雨刮臂接地，對比接地前后場強值變化，見圖7，可發(fā)現(xiàn)：在90 MHz頻點的場強值由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，雨刮臂長度約75 cm，作為1/4波長天線，其諧振頻率剛好在100 MHz。天線在達到諧振頻率時，在天線上流動電流會達到最大值，此時天線對外輻射效率最佳。雨刮臂在這個場景下，成為了一個典型天線，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。獨立的雨刮臂實測結(jié)果顯示，在90 MHz頻點測到400 mA電流，在儀表距離處可以生產(chǎn)50 V/m場強。在實車上，車身內(nèi)部的場強疊加，會導(dǎo)致在儀表處產(chǎn)生超高場強，使儀表表現(xiàn)異常。

4 結(jié)論

在現(xiàn)實環(huán)境中也有一些街道和居民區(qū)存在大場強覆蓋的情況（表1所示），因此整車在滿足國標的基本要求下還需要考慮用戶的實際使用環(huán)境需求，并據(jù)此設(shè)計合理的整車輻射抗擾性能要求。

當(dāng)整車測試過程中輻射抗擾低頻出現(xiàn)問題后，針對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。