某重型商用車整車電磁兼容測試研究

趙雷雷， 朱亞萍， 羅旭東， 徐伊寧

（1.德創(chuàng)未來汽車科技有限公司， 陜西 西安 713700；2.比亞迪汽車有限公司， 陜西 西安 710119）

隨著汽車行業(yè) “新四化” 的持續(xù)推進(jìn)， 整車上的電子零部件的比重持續(xù)增加， 尤其是智能化、 網(wǎng)聯(lián)化和電動化的發(fā)展， 在現(xiàn)階段以及未來一段時間內(nèi)， 對重型商用車電氣系統(tǒng)會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響， 成為帶動未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力之一。 然而隨著車載電子設(shè)備的不斷增加， 導(dǎo)致有限的汽車空間內(nèi)電磁信號愈來愈密集， 車載控制器與負(fù)載之間的電磁干擾現(xiàn)象越來越多。 同時， 由于5G技術(shù)的快速發(fā)展， 汽車本身所處的外部電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜， 越來越惡劣， 嚴(yán)重影響著整車各電子零部件的正常運(yùn)行， 甚至影響駕駛室內(nèi)人體健康。 另外， 近年來國家對于整車電磁兼容方面的要求也更加嚴(yán)苛， 這些都促使商用車電氣系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程在電磁兼容方面投入更多的精力。

下面以我公司某款重型商用車整車電磁兼容測試、 驗證以及整改實踐為例， 進(jìn)行整車電磁兼容測試、 整改方面的介紹。

1 整車輻射發(fā)射測試

1.1 測試標(biāo)準(zhǔn)及要求

按照GB 34660—2017 《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》， 整車輻射發(fā)射測試分為寬帶輻射發(fā)射測試和窄帶輻射發(fā)射測試， 兩種測試方法的測試頻段均為30 ～1000MHz， 只是在測試工況和測試限值上有所區(qū)別， 具體見表1。

表1 整車輻射發(fā)射測試項對比

1.2 測試過程

按照GB 34660的測試方法， 在10m法電波暗室中進(jìn)行整車電磁兼容測試工作。 按照以下幾個步驟進(jìn)行測試。

1） 車輛ON擋， 發(fā)動機(jī)不啟動， 中控屏、 駐車空調(diào)系統(tǒng)、 收音機(jī)、 近光燈、 危急報警燈、 室內(nèi)頂燈等持續(xù)開啟，雨刮處于高速擋模式 （掛刷抬離前擋風(fēng)玻璃）， 進(jìn)行整車窄帶輻射發(fā)射測試， 測試結(jié)果如圖1~圖4所示。

圖1 左側(cè)水平極化窄帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖3 右側(cè)水平極化窄帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖4 右側(cè)垂直極化窄帶輻射發(fā)射結(jié)果

2） 車輛發(fā)動機(jī)啟動后保持在1500r/min， 車輛車速為50km/h， 中控屏、 空調(diào)系統(tǒng)、 收音機(jī)、 近光燈、 危急報警燈、 室內(nèi)頂燈等持續(xù)開啟， 雨刮處于高速擋模式 （掛刷抬離前擋風(fēng)玻璃）。 在此種情況下開展整車寬帶輻射發(fā)射測試。 測試結(jié)果見圖5~圖8所示。

圖5 左側(cè)水平極化寬帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖6 左側(cè)垂直極化寬帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖7 右側(cè)水平極化寬帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖8 右側(cè)垂直極化寬帶輻射發(fā)射結(jié)果

1.3 測試結(jié)果

根據(jù)以上測試結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)車輛在ON擋和發(fā)動機(jī)啟動兩種情況下， 車輛電磁輻射發(fā)射值均在30~40MHz的范圍內(nèi)超標(biāo)。

2 問題原因分析、排查

根據(jù)測試結(jié)果， 可以初步判斷， 整車輻射發(fā)射超標(biāo)應(yīng)該和車輛上的某個在ON擋時供電的用電器輻射發(fā)射超標(biāo)有關(guān)。 由于車輛在ON擋時工作的用電器太多， 為了更好地進(jìn)行車輛輻射發(fā)射超標(biāo)原因排查， 在電波暗室里面， 分別按照下列多種測試情況進(jìn)行問題排查。

1） 車輛上ON擋電： 輻射發(fā)射測試超標(biāo)。 結(jié)論： 判斷不合格用電器在ON擋時已經(jīng)處于工作狀態(tài)。

2） 車輛上ACC擋： 輻射發(fā)射測試超標(biāo)。 結(jié)論： 判斷不合格用電器在ACC擋時已經(jīng)處于工作狀態(tài)。

3） 車輛在OFF擋： 輻射發(fā)射測試超標(biāo)。 結(jié)論： 判斷不合格用電器在OFF擋時已經(jīng)處于工作狀態(tài)。

4） 車輛在B+擋： 輻射發(fā)射測試恢復(fù)正常限值內(nèi)。 結(jié)論： 判斷車輛在整車僅B+電時該不合格用電器未工作。

通過以上分析， 最終得出結(jié)論， 影響整車輻射發(fā)射超標(biāo)的用電器應(yīng)該為30+電源供電； 而通過對整車配電電路（圖9） 進(jìn)行分析， 在30+電源工作下工作的有： 底盤電器盒（F1-125A）、 逆變電源 （F2-100A）、 電動壓縮機(jī) （F4-5A）以及右轉(zhuǎn)彎提醒 （F5-5A） 等4個部件。

圖9 整車配電電路

在現(xiàn)場分別斷掉F1、 F2、 F4、 F5等4個熔斷絲后， 對整車的輻射發(fā)射進(jìn)行測試， 測試結(jié)果見表2。

表2 試錯法過程及判斷結(jié)果

從表2所示過程及結(jié)果分析， 整車輻射發(fā)射超標(biāo)和F4電動空調(diào)壓縮機(jī)有關(guān)。 經(jīng)過線束原理圖確認(rèn)， 該熔斷絲為駐車空調(diào)壓縮機(jī)控制器供電， 故初步判斷為駐車空調(diào)壓縮機(jī)低壓供電電路導(dǎo)致整車輻射發(fā)射超標(biāo)。

為驗證測試超標(biāo)確實是因駐車空調(diào)壓縮機(jī)控制器供電導(dǎo)致， 現(xiàn)場去掉空調(diào)壓縮機(jī)控制器供電連接器， 重新進(jìn)行整車輻射發(fā)射測試， 測試后的結(jié)果如圖10所示。

圖10 去掉空調(diào)壓縮機(jī)控制器供電電源后的整車輻射發(fā)射測試結(jié)果

現(xiàn)場通過以上測試結(jié)果對比， 確定影響整車輻射發(fā)射超標(biāo)的最終原因為駐車空調(diào)控制器供電電源。

3 問題整改

經(jīng)過對原車駐車空調(diào)的工作原理進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)輻射超標(biāo)是由控制器里面24V轉(zhuǎn)12V的DC電源及MOS管開關(guān)引起。 針對這種情況， 對空調(diào)壓縮機(jī)控制器電源原理進(jìn)行了如下更改。

1） 將UC3843隔離電源改為LM2576非隔離DC電源， 這樣可以避開低頻段的干擾， 更改后的局部電路如圖11所示。

圖11 更換隔離電源后的局部電路原理圖

2） 將MOS管的開關(guān)下降沿的斜率降低， 降低MOS管關(guān)閉引起的輻射， 將圖中的D402去掉， 更改后的局部電路如圖12所示。

圖12 去掉D402后的局部電路原理圖

3） 控制端增加一個共模電感， 驅(qū)動器的搭鐵與外殼通過電容連接， 增加過濾及屏蔽效果， 更改后的局部電路圖如圖13所示。

圖13 增加共模電感后的局部電路原理圖

4 整車輻射發(fā)射復(fù)測驗證

圖15 車輛左側(cè)垂直極化曲線 （窄帶輻射發(fā)射）

對于整改后駐車空調(diào)壓縮機(jī)的樣車進(jìn)行整車寬帶輻射發(fā)射和整車窄帶輻射發(fā)射測試， 窄帶輻射發(fā)射測試結(jié)果見圖14~圖17所示， 寬帶輻射發(fā)射測試結(jié)果見圖18~圖21和表3~表6。

圖2 左側(cè)垂直極化窄帶輻射發(fā)射結(jié)果

圖14 車輛左側(cè)水平極化曲線 （窄帶輻射發(fā)射）

表6 車輛右側(cè)垂直極化數(shù)值 （寬帶輻射發(fā)射）

圖16 車輛右側(cè)水平極化曲線 （窄帶輻射發(fā)射）

圖17 車輛右側(cè)垂直極化曲線 （窄帶輻射發(fā)射）

圖18 車輛左側(cè)水平極化測試曲線 （寬帶輻射發(fā)射）

圖21 車輛右側(cè)垂直極化 （寬帶輻射發(fā)射）

表3 車輛左側(cè)水平極化測試數(shù)值 （寬帶輻射發(fā)射）

圖19 車輛左側(cè)垂直極化 （寬帶輻射發(fā)射）

表4 車輛左側(cè)垂直極化數(shù)值 （寬帶輻射發(fā)射）

圖20 車輛右側(cè)水平極化 （寬帶輻射發(fā)射）

表5 車輛右側(cè)水平極化數(shù)值 （寬帶輻射發(fā)射）

從駐車空調(diào)壓縮機(jī)整改后測試的整車輻射發(fā)射數(shù)據(jù)可以看出， 整車的寬帶輻射發(fā)射限值和窄帶輻射發(fā)射限值在30~40MHz范圍內(nèi)都有了較為明顯的下降， 且測試值均滿足GB 34660—2017的限值要求， 說明在第一次整車輻射發(fā)射摸底時的數(shù)值超標(biāo)主要是因駐車空調(diào)壓縮機(jī)導(dǎo)致。

5 總結(jié)與反思

隨著汽車行業(yè)的電動化、 智能化的快速推廣， 商用車，尤其是重型商用車的整車電磁環(huán)境日趨復(fù)雜， 對整車電氣系統(tǒng)的電磁穩(wěn)定性和適應(yīng)性提出了更高要求。 我們在產(chǎn)品開發(fā)過程中， 要加強(qiáng)對電氣產(chǎn)品， 尤其是大功率用電器和控制器的電磁兼容性能要求， 以提升整車產(chǎn)品的可靠性。在進(jìn)行PCB設(shè)計的時候， 一定要注意控制電路中的開關(guān)電源對其他器件或者系統(tǒng)的干擾。 另外， 要注意搭鐵設(shè)計，避免因搭鐵設(shè)計導(dǎo)致電磁兼容問題出現(xiàn)。