線束屏蔽層接地位置對(duì)整車(chē)輻射發(fā)射的影響

【關(guān)鍵詞】輻射發(fā)射；電磁兼容；寬帶輻射發(fā)射；屏蔽層；噪聲路徑 中圖分類(lèi)號(hào)：U463.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）07-0073-04

Influenceof GroundingPositionof Cable ShieldingLayeron Vehicle Radiation Emission

Wu Xiaoyu，Sun Zhiying，Qin Baoshan，F(xiàn)u Guoliang，Yang Peizhou，HuangYoulin （GACGroup Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.， Guangzhou ，China）

【Abstract】With therapid developmentof thenational automobile industry，theelectro magnetic compatibility problemand theenvironmentof thevehicle become morecomplex，and theelectro magneticcompatibility testof the vehicleisvery important.Thevehicle broadbandelectro magneticradiation emision testwasconductedinaccordance with GB3466Oregulations，anditwas foundinthe testthatthebroadbandradiation emisionofanew energyelectric vehicleexceeded thestandardwhenitwasverticallypolarizedinthe30＼～40MHzband.Afterinvestigation，it was determined thatthenoiseoriginatedfrom thevehicledrivesystemand wascaused bytheexternalleakageradiationof the motortemperaturedetection harness.Thereason is thatthegrounding wireof theshielding layeristoolong，resulting in increasedhigh-frequencyimpedanceandshield failure.Theproblemofexceeding thestandardcanbesolved by shortening thelengthofthegroundingwire.Inaddition，automotiveEMCgroundingisdivided intoworkinggrounding andprotectiongrounding，and por groundingdesign willafect electromagneticcompatibility.Thispaperprovidessome ideas for vehicle EMC radiation emisson problem investigation and design control.

【Key words】 radiation emission；EMC；broadband radiation emission；shielding layer；noise path

0 引言

當(dāng)前，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，汽車(chē)上的電子設(shè)備不斷增多，電氣架構(gòu)也變得多樣化，汽車(chē)產(chǎn)生的電磁兼容問(wèn)題及面對(duì)的電磁兼容環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。整車(chē)電磁兼容測(cè)試是汽車(chē)制造中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，其通過(guò)在真實(shí)的整車(chē)環(huán)境下對(duì)車(chē)輛電磁兼容性能進(jìn)行全面驗(yàn)證，確保車(chē)輛符合相關(guān)法規(guī)要求，滿(mǎn)足市場(chǎng)準(zhǔn)入條件。本文聚焦于整車(chē)輻射發(fā)射項(xiàng)目中出現(xiàn)的超標(biāo)問(wèn)題，系統(tǒng)地分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出切實(shí)可行的解決對(duì)策。

1車(chē)輛寬帶電磁輻射發(fā)射試驗(yàn)

現(xiàn)行的GB34660《道路車(chē)輛電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》法規(guī)，對(duì)保護(hù)車(chē)外接收機(jī)的輻射發(fā)射測(cè)試方法及相應(yīng)限值要求做出了明確規(guī)定1。車(chē)輛寬帶電磁輻射發(fā)射試驗(yàn)主要采用 10m 法或 3m 法，即測(cè)試天線與整車(chē)的距離分別設(shè)定為 10m 或 3m ，車(chē)輛寬帶電磁輻射測(cè)試布置示意圖如圖1所示。試驗(yàn)需使用準(zhǔn)峰值或峰值檢波器，要求車(chē)輛在 30～1000MHz 全頻段范圍內(nèi)滿(mǎn)足相應(yīng)的限值要求，具體限值見(jiàn)表1。在進(jìn)行新能源電動(dòng)車(chē)輛的寬帶電磁輻射測(cè)試時(shí)，車(chē)輛需保持 40km/h 的勻速行駛狀態(tài)，并開(kāi)啟所有長(zhǎng)時(shí)工作且能產(chǎn)生寬帶發(fā)射的設(shè)備，如刮水電機(jī)和冷卻風(fēng)扇，使其處于最大負(fù)載工況。而短時(shí)工作的設(shè)備，如喇叭和玻璃升降器電機(jī)等，則無(wú)需開(kāi)啟。

2車(chē)輛寬帶電磁輻射發(fā)射測(cè)試問(wèn)題分析

2.1整車(chē)寬帶輻射發(fā)射超標(biāo)現(xiàn)象及問(wèn)題定位

在按照GB34660法規(guī)進(jìn)行整車(chē)寬帶輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)，當(dāng)測(cè)試天線位于車(chē)輛左側(cè)且采用垂直極化方式時(shí)， 30～40MHz 頻段的測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯包絡(luò)，測(cè)試結(jié)果超出QP限值約3dB，具體測(cè)試數(shù)據(jù)如圖2所示。而水平極化方式下的測(cè)試數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試團(tuán)隊(duì)對(duì)整車(chē)各電氣系統(tǒng)展開(kāi)了全面的電磁噪聲排查與定位，排查過(guò)程及結(jié)果總結(jié)如表2所示。

通過(guò)上述系統(tǒng)的排查步驟，可以確定 30～40MHz 頻段的噪聲源來(lái)自車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。外漏的電機(jī)溫度檢測(cè)線束向外輻射發(fā)射噪聲，最終導(dǎo)致車(chē)輛寬帶輻射發(fā)射測(cè)試不通過(guò)。

2.2 整車(chē)寬帶輻射發(fā)射超標(biāo)原因分析

查看整車(chē)線束原理圖可知，電機(jī)溫度檢測(cè)線束采用屏蔽線束，并采用雙端接地方案。線束屏蔽層一端通過(guò)連接器接入電機(jī)控制器內(nèi)部，另一端連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上。溫度檢測(cè)線束屏蔽層接地方案如圖3所示。

從整車(chē)線束原理圖來(lái)看，該段線束的屏蔽設(shè)計(jì)并無(wú)明顯缺陷。然而，使用整車(chē)頻譜儀進(jìn)行近場(chǎng)排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)此段線束在 30～40MHz 頻段存在顯著的電磁噪聲包絡(luò)，與試驗(yàn)室接收機(jī)的測(cè)量結(jié)果一致。通過(guò)實(shí)車(chē)檢查溫度檢測(cè)線束屏蔽層的接地狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)屏蔽層在電機(jī)側(cè)的接地點(diǎn)遠(yuǎn)離電機(jī)溫度檢測(cè)線束的接插件，且采用豬尾巴接地方式，接地線長(zhǎng)度約900mm 。如圖4所示。

接地是EMC設(shè)計(jì)的重要措施，是保證產(chǎn)品EMC性能的關(guān)鍵手段。所有的地都具有一定的阻抗，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降。過(guò)長(zhǎng)的屏蔽層接地線會(huì)顯著增加屏蔽層的高頻阻抗，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲電流流經(jīng)屏蔽層時(shí)，會(huì)形成共模電壓，促使屏蔽層向外輻射。溫度檢測(cè)線束屏蔽層天線等效模型如圖5所示，此時(shí)屏蔽層相當(dāng)于發(fā)射天線，未能發(fā)揮應(yīng)有的屏蔽作用，致使 30～40MHz 的電磁噪聲泄漏到車(chē)外，被測(cè)試天線接收，導(dǎo)致整車(chē)試驗(yàn)結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.3整車(chē)寬帶輻射發(fā)射超標(biāo)方案對(duì)策

在明確整車(chē)寬帶輻射發(fā)射超標(biāo)原因后，測(cè)試團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化電機(jī)溫度檢測(cè)線束屏蔽層的接地線長(zhǎng)度，有效減弱了屏蔽層上的噪聲耦合，降低了對(duì)外輻射。如圖6所示，將接地點(diǎn)設(shè)置在電機(jī)溫度檢測(cè)信號(hào)接插件附近，當(dāng)屏蔽層接地線長(zhǎng)度縮短至 200mm 左右時(shí)，測(cè)試順利通過(guò)。測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

2.4汽車(chē)EMC接地設(shè)計(jì)

接地是抑制電磁輻射、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段。可靠的接地既能抑制干擾對(duì)自身的影響，又能抑制電子設(shè)備向外輻射電磁噪聲。反之，不可靠的接地設(shè)計(jì)會(huì)加劇電子設(shè)備對(duì)外的噪聲輻射，甚至引入嚴(yán)重的電磁干擾，導(dǎo)致電子設(shè)備無(wú)法正常工作。

汽車(chē)接地設(shè)計(jì)主要分為兩類(lèi)。

一是工作接地，其為車(chē)載系統(tǒng)各零部件提供等電位參考點(diǎn)，為信號(hào)回流構(gòu)建低阻抗通道。信號(hào)傳輸質(zhì)量在很大程度上取決于工作接地的質(zhì)量。若接地阻抗過(guò)高，信號(hào)回流時(shí)會(huì)在接地線上產(chǎn)生電壓差，甚至形成地文波，進(jìn)而影響信號(hào)質(zhì)量，導(dǎo)致系統(tǒng)功能異常。因此，在設(shè)計(jì)工作接地點(diǎn)時(shí)，接地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離濺水區(qū)域和高溫區(qū)域，以避免環(huán)境因素對(duì)接地效果的影響。接地點(diǎn)宜選擇在車(chē)架上，車(chē)身處需保持平整，不建議通過(guò)緊固件與車(chē)身連接的支架進(jìn)行接地。車(chē)身件在接地點(diǎn)處需去除絕緣材料，接地點(diǎn)電阻應(yīng)小于 2.5mΩ ，且接地點(diǎn)不應(yīng)設(shè)置在活動(dòng)件，如門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙罩等上面。

二是保護(hù)接地，其旨在保護(hù)電子設(shè)備免受外界電磁干擾，同時(shí)降低電子設(shè)備對(duì)外輻射噪聲的強(qiáng)度，防止系統(tǒng)間干擾的產(chǎn)生。從電磁發(fā)射和電磁抗干擾兩方面來(lái)看，系統(tǒng)間連接線束后的電磁性能具有較大的不確定性。有時(shí)，連接線束會(huì)充當(dāng)發(fā)射天線，成為電磁干擾輻射源的一部分；有時(shí)，又會(huì)充當(dāng)接收天線，成為系統(tǒng)輻射抗擾的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)線束穿過(guò)金屬殼體時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響金屬殼體的屏蔽性能，可能為電磁干擾電壓和電流提供耦合路徑，最終引發(fā)EMC問(wèn)題。因此，當(dāng)線束穿過(guò)金屬殼體時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用屏蔽線束。采用屏蔽線束時(shí)，需同步考慮保護(hù)接地設(shè)計(jì)。推薦優(yōu)先使用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接屏蔽線束，將系統(tǒng)間的信號(hào)引出屏蔽體，通過(guò)屏蔽連接器實(shí)現(xiàn)線束屏蔽層的可靠接地，有效降低接地阻抗，減少電磁干擾的發(fā)生概率。當(dāng)無(wú)法使用屏蔽連接器時(shí)，為將電磁干擾耦合降至最低，除了盡量縮短屏蔽線束的長(zhǎng)度外，還應(yīng)盡量縮短線束屏蔽層的接地線長(zhǎng)度，或采用扁平編織帶接地，降低線束屏蔽層上共模電流的幅值，減少EMC問(wèn)題的發(fā)生。

大多數(shù)屏蔽線束采用金屬編織層進(jìn)行屏蔽，編織層具有柔軟耐用的優(yōu)點(diǎn)。但由于編織層不夠致密，會(huì)降低屏蔽效果，且編織方式會(huì)導(dǎo)致屏蔽電流均勻性變差。在高頻情況下，編織層的孔隙與波長(zhǎng)之比增大，因此，當(dāng)屏蔽層接地線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)進(jìn)一步降低電纜的屏蔽性能，使高頻噪聲無(wú)法得到有效抑制，最終通過(guò)線束向外輻射。對(duì)于鋁箔屏蔽層的電纜，屏蔽層對(duì)芯線的覆蓋率可達(dá) 100% ，具有較好的電磁場(chǎng)屏蔽效果。但其硬度較大，不易彎折，給整車(chē)布線帶來(lái)困難，且在工藝上，屏蔽層接地效果較差，需要再次壓接接地線。理想的屏蔽層由鋁箔層和編織層組合而成，編織層可實(shí)現(xiàn) 360^° 的連續(xù)端接，金屬箔層則可覆蓋編織層的孔隙。

保護(hù)接地需實(shí)現(xiàn)有效搭接，確保搭接的金屬牢固連接。搭接的目的是在兩金屬之間建立低阻抗通路，為電流提供均勻的結(jié)構(gòu)體，避免干擾。良好的搭接能充分發(fā)揮屏蔽和接地的功能，減少接地系統(tǒng)中的共模電位差，降低電流環(huán)路，從而減少電磁干擾。系統(tǒng)間線束屏蔽層接地應(yīng)與車(chē)身金屬部分緊密連接，連接面應(yīng)均勻、干凈，不得存在非導(dǎo)電物質(zhì)。固定時(shí)，應(yīng)防止變形、振動(dòng)和搖擺。應(yīng)盡量采用直接搭接，若整車(chē)布置無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接搭接，需使用搭接線時(shí)，搭接線應(yīng)盡量短，線徑盡量粗，寄生電感和電容應(yīng)盡量小，建議采用編織銅帶接地，長(zhǎng)寬比應(yīng)小于5。

3總結(jié)

本文通過(guò)實(shí)際車(chē)型開(kāi)發(fā)案例，系統(tǒng)地分析了整車(chē)寬帶輻射發(fā)射問(wèn)題的排查思路與解決方案，為整車(chē)EMC輻射發(fā)射問(wèn)題的排查提供了重要參考。

在屏蔽線束的保護(hù)接地設(shè)計(jì)中，理想狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)兩端可靠接地。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，常面臨屏蔽層無(wú)法就近接地的問(wèn)題。因此，在整車(chē)EMC設(shè)計(jì)管控過(guò)程中，不僅要關(guān)注線束原理圖的設(shè)計(jì)方案，還需同步做好實(shí)車(chē)設(shè)計(jì)檢查，避免因?qū)嵻?chē)裝配工藝問(wèn)題導(dǎo)致EMC保護(hù)方案無(wú)法有效實(shí)施，確保汽車(chē)電磁兼容性能的可靠性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]GB34660—2017，道路車(chē)輛電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法[S].

（編輯凌波）