輪胎扎釘對電動汽車電磁兼容性能影響的研究

邴俊俊 丁亞平 陳俊玲 楊偉 白雪強(qiáng)

邴俊俊

畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)就職于襄陽達(dá)安汽車檢測中心有限公司，任輔助工程師。

摘? 要：電動汽車在進(jìn)行GB34660-2017標(biāo)準(zhǔn)要求的寬帶發(fā)射試驗(yàn)時，車輛一般在半電波暗室（ALSE）內(nèi)轉(zhuǎn)轂上40km/h車速下進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)輪胎扎釘時，金屬釘子與金屬轉(zhuǎn)轂間的接觸與分離會促使金屬間產(chǎn)生摩擦帶電的現(xiàn)象，通過理論分析得到該現(xiàn)象產(chǎn)生的靜電放電效應(yīng)在30-1000MHz寬頻帶會產(chǎn)生較大的對外發(fā)射，影響電動汽車的寬帶發(fā)射結(jié)果。通過實(shí)際靜電放電測試，驗(yàn)證了靜電放電效應(yīng)對輻射發(fā)射測量的影響。

關(guān)鍵詞：輪胎扎釘;電動汽車;電磁兼容;輻射發(fā)射;靜電放電

中圖分類號：U463.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? ? ? 文章編號：1005-2550（2022）03-0029-03

Study on Electromagnetic Compatibility of Tire Pins for Electric Vehicles

BING Jun-jun， DING Ya-ping， CHEN Jun-ling， YANG Wei， BAI Xue-qiang

（ Xiangyang Da’an Automobile Testing Cent er Co.， LTD， Xiangyang 441004， China ）

Abstract： When electric vehicles undergo the broadband emission test by the mandatory standards GB34660-2017， the vehicle is generally examined at the upper speed of 40 km/h on the hub in the Absorber Lined Shielded Enclosure （ALSE）. If a tire of the vehicle is pinned， the contact and separation between the metal nail and the metal hub will promote the phenomenon of friction charging between metals. Though theoretical analysis， it is obtained that the electrostatic discharge will produce large external emission in the frequency range of 30-1000 MHz， which affects the broadband emission results for electric vehicles. By means of the real electrostatic discharge experiment， the influence on radiation emission measurement of vehicles is verified because of electrostatic effects.

Key Words： Tire Pins; Electric Vehicles; Electromagnetic Compatibility; Radiated Emission; Electrostatic Discharge

引? ? 言

國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB34660-2017要求車輛在上市前必須進(jìn)行輻射發(fā)射測試。在進(jìn)行寬帶輻射發(fā)射測試時，電動汽車一般要在ALSE內(nèi)的空載測功機(jī)或非導(dǎo)電軸架上，以40km/h的恒定速度運(yùn)行[1-2]。當(dāng)電動汽車在空載測功機(jī)上進(jìn)行寬帶輻射發(fā)射試驗(yàn)時，車輛要在金屬轉(zhuǎn)轂上運(yùn)行。

當(dāng)車輛輪胎扎釘后在轉(zhuǎn)轂上運(yùn)行時，金屬釘子與金屬轉(zhuǎn)轂間的接觸與分離會促使金屬間產(chǎn)生摩擦帶電的現(xiàn)象。金屬中的自由電子會由一方物體向另一方物理移動，產(chǎn)生電流。該電流是一個時域范圍很窄但頻域范圍很寬的寬帶電流，在ALSE中產(chǎn)生的較大電磁發(fā)射被接收天線感應(yīng)后傳遞給接收機(jī)，經(jīng)接收機(jī)處理后在上位機(jī)上顯示30-1000MHz范圍內(nèi)的峰值場強(qiáng)。

1? ? 輪胎扎釘時寬帶發(fā)射測量

依據(jù)GB34660-2017關(guān)于電動車輛寬帶輻射發(fā)射的要求，在國家汽車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心（襄陽）對某電動車輛進(jìn)行寬帶輻射發(fā)射測試，如圖1所示。寬帶發(fā)射測試采用10m法測試方法，即測量天線采用寬帶復(fù)合天線，距離被測車輛10m。電動汽車在轉(zhuǎn)轂上以40km/h的車速勻速運(yùn)行，長時工作電器全部打開，驅(qū)動輪通過摩擦帶動轉(zhuǎn)轂運(yùn)轉(zhuǎn)，另一對轉(zhuǎn)轂通過摩擦帶動從動輪運(yùn)轉(zhuǎn)，使電動汽車驅(qū)動輪和從動輪以相同的轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)轂上運(yùn)轉(zhuǎn)。而后，通過上位機(jī)控制接收機(jī)工作，測量電動汽車的寬帶發(fā)射結(jié)果。

當(dāng)對某電動汽車進(jìn)行寬帶發(fā)射測試時，在30-1000MHz全頻段范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值測量信號超標(biāo)的現(xiàn)象，排查車輛狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)左后輪胎扎釘。拔掉釘子后，車輛相同工況下再次測量沒有超標(biāo)現(xiàn)象，如圖2所示。從圖2中可以看出扎釘后車輛在測試時峰值結(jié)果會超出峰值限值，而拔掉釘子后車輛在測試時峰值結(jié)果未超出峰值限值。因此，有必要對扎釘狀態(tài)下的峰值超標(biāo)原因進(jìn)行分析。

2? ? 輪胎扎釘寬帶超標(biāo)現(xiàn)象研究

當(dāng)兩個金屬物體在進(jìn)行接觸和分離的過程中，物體將會帶上電荷[3]。當(dāng)兩個金屬接觸時，金屬間電化學(xué)勢的差異將作為自由電子定向運(yùn)動的驅(qū)動力，因隧道效應(yīng)或熱激發(fā)，自由電子將從一方金屬向另一方向移動，其結(jié)果是，在表面處將形成偶電層，當(dāng)偶電層的電位差正好補(bǔ)償了原始電化學(xué)勢之差時，達(dá)到平衡狀態(tài)。在分離過程中，偶電層的各個表面將隨之分離，從而，兩個面間的電位差增加，自由電子將朝著電化學(xué)勢恒定的方向再分布。這些自由電子的定向移動在宏觀上就形成了上升時間極快、持續(xù)時間極短的脈沖大電流。這種金屬間接觸與分離而引起的電流流動，是一種典型的靜電放電現(xiàn)象。

目前常見的靜電放電模型有3種，即人體模型、機(jī)器模型、人體-金屬模型[4-5]。人體模型主要用來模擬人體靜電放電對敏感電子器件的作用，一般將人體等效成電容和電阻的串聯(lián)。機(jī)器模型主要模擬帶電導(dǎo)體對電子器件的靜電放電，一般將機(jī)器模型等效為大電容和小電阻的串聯(lián)。人體-金屬模型是一種尖端放電效應(yīng)，放電電流較大且持續(xù)時間很短。因此，可將輪胎扎釘靜電放電可近似為人體-金屬模型。

不同學(xué)者針對人體-金屬模型給出了不同的電流波形表達(dá)式[6-8]。這里我們選擇盛松林、畢增軍等人提出的電流解析表達(dá)式：

（1）

式（1）中，I0和I1兩個參數(shù)分別表示快慢放電幅度，τ1、τ2、τ3、τ4與靜電放電電流快慢上升時間相關(guān)，p、q是無量綱的常數(shù)。

當(dāng)產(chǎn)生接觸放電2kV電壓時，仔細(xì)調(diào)整各參數(shù)的值，可以得到該放電電壓下的電流波形解析式，如式（2）所示。

（2）

將模擬電流與GB/T19951-2019標(biāo)準(zhǔn)電流比較，如表1所示。

由模擬電流解析式可以看出，該脈沖電流的上升時間為0.8ns，上升時間非常短必然會產(chǎn)生很多的高頻譜分量，峰值電流7.62A，較大的峰值電流也必然會在高頻段產(chǎn)生較大對外發(fā)射。因此，實(shí)際測試時會在30-1000MHz范圍內(nèi)產(chǎn)生超過限值的峰值場強(qiáng)。

3? ? 靜電放電對外發(fā)射試驗(yàn)

為實(shí)際模擬輪胎扎釘后的對外發(fā)射測試結(jié)果，試驗(yàn)采用瑞士HAEFELY公司生產(chǎn)的型號為ONYX30的靜電放電模擬器，將模擬器通過接觸放電對轉(zhuǎn)轂施加+2kV的放電電壓，模擬器的阻容網(wǎng)絡(luò)為電容150pF、電阻330Ω，放電頻率為5Hz。通過距模擬器10m的寬帶復(fù)合天線測量模擬器對外發(fā)射峰值的大小，如圖5所示。此頻率范圍內(nèi)的波形與輪胎扎釘時測得的頻率波形相似，均為全頻段的尖峰信號。因此認(rèn)為釘子與轉(zhuǎn)轂?zāi)Σ廉a(chǎn)生的寬帶對外發(fā)射結(jié)果可以假定為靜電放電在遠(yuǎn)場區(qū)域的對外發(fā)射結(jié)果。

4? ? 總結(jié)

從某電動汽車輪胎扎釘后在進(jìn)行GB34660 -2017標(biāo)準(zhǔn)要求的寬帶發(fā)射試驗(yàn)超標(biāo)測試結(jié)果入手，理論分析了輪胎上金屬釘子與轉(zhuǎn)轂間接觸與分離產(chǎn)生的上升時間極快、持續(xù)時間極短的脈沖大電流是造成30-1000MHz寬帶發(fā)射超標(biāo)的主要原因，并通過實(shí)際靜電放電試驗(yàn)證實(shí)了該分析的正確性。同時，上述分析也適用于在進(jìn)行GB/T18387-2017試驗(yàn)時，輪胎扎釘引起的測試結(jié)果超標(biāo)現(xiàn)象。以上分析也可為企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員在測試時遇到此類電磁兼容問題提供參考。

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