汽车散热器风扇EMC 优化分析

2021-03-31宋士鹏杨河清陈海云

汽车电器 2021年3期

宋士鹏，杨河清，朱剑，陈海云

（南京汽车集团有限公司汽车工程研究院，江苏南京 211006）

1 引言

电磁兼容，Electromagnetic Compatibility ，简称EMC，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并且不对其环境中的任何设备或系统产生难以容忍的电磁辐射骚扰的能力。EMC包括两个方面的内容（EMI和EMS）：第一个方面是指设备或系统在正常工作过程中对所在环境产生电磁辐射骚扰不能超过一定的限值，即EMI；第二个方面是指设备或系统对所在环境中存在的电磁辐射具有一定抗扰度，即EMS。近些年，汽车智能化、网联化、电动化发展突飞猛进，汽车智能化、网联化、电动化发展主要体现在汽车电子电器零部件上面，汽车电子电器零部件的功能也越来越多，越来越复杂，汽车电子电器的智能化、网联化，人机交互系统的使用，这些都使得汽车电磁兼容变得越加复杂，汽车电磁兼容的发射不能影响周边设备或系统的正常工作以及周围设备或系统对汽车本身没有影响。汽车电磁兼容如果不过关，有的会引起汽车电子电器零件功能异常，严重的会影响汽车安全性。电磁兼容性能影响整车电器功能，由于电子电器种类多，线束走向复杂，电子电器智能化，电子电器网联化，整车EMC问题越来越复杂。汽车EMC问题是一个复杂的技术问题，同时也是一个法规项目，必须要研究通过。

本文结合实际工作经验，列举了某主机厂某车型在进行GB34660整车EMC测试中，辐射发射宽带超标，对超标源进行定位，进行优化分析，最终使车辆满足EMC法规要求，对电机类零件EMC超标源进行了分析和总结。

2 电磁兼容标准

电磁兼容标准分为整车标准和零部件标准，法规对各种设备或系统的电磁兼容性都有强制性要求或者推荐性要求。汽车电子电器设备或系统，国内已经颁布了3种强制性整车EMC测试标准，如GB34660—2017、GB14023—2011、GB/T18387—2017，现在测试传统燃油车使用GB34660—2017标准，新能源车加上GB/T18387—2017标准，之前传统燃油车使用GB14023—2011标准测试，新能源车加上GB/T18387—2017标准，新标准在2017年11月1日发布，2018年1月1日实施，新车型，自标准实施日之后2年后开始实施，在产车型，自标准实施日之后3年后开始实施。GB34660—2017标准在之前标准基础上增加了抗扰度测试，宽带测试时，所有用电器都要打开，要求相比老标准严厉，GB34660—2017宽带限值和GB14023—2100准峰值、型式批准试验的单个样品限值一致，窄带限值GB 34660—2017比GB14023—2011要低。

国内已经颁布了多种零部件EMC测试标准，如GB/T18655—2018、GB/T21437—2008、GB/T33014—2016、GB/T19951—2019， GB/T18655—2108标准主要对零部件的辐射发射、电压法、电流法进行限制，GB/T21437-2008标准主要对零部件瞬态传导和耦合进行限制，GB/T33014-2016标准讲述了零部件抗扰度，GB/T19951-2019标准讲述了零部件的静电放电试验方法。

各个企业还有企业标准、企业整车和零部件EMC标准，企业标准一般比国家标准严厉点。在国内，符合国家标准是最基本的要求，传统燃油车辆必须通过GB 34660—2017测试，新能源车辆必须通过GB 34660—2017和GB/T18387—2017测试，否则不能满足中国法规要求。出口国外，车辆必须通过ECE R10.05 测试。

3 整车辐射发射测试方法

3.1 整车辐射发射测试项目

1）整车宽带辐射发射

车辆工况：发动机处于运行状态，打开所有车辆电器（如雨刮电机和空调冷凝风扇等），开关打到最大负荷下（如空调吹风打到最大挡，雨刮电机打到最快挡），短时工作电器除外（如玻璃升降器电机和喇叭）。汽车宽带发射测试（发动机运转模式，所有用电器打开）过程中，车辆状态为：车辆驱动轴置于非导电轴架上。打开车辆示宽灯、近光灯、危险报警信号灯及前后雾灯；打开车载收音机（频段FM 101.7MHz）；打开前风窗玻璃刮水器（Hi挡）；打开暖风电机（挡位：MAX）；打开空调；车辆电动车窗处于中间位置；系上安全带；中控门锁闭锁。整车宽带辐射发射测试总体原则：将频率范围分成14个特征频段，测量每个频率范围的最大值，并记录作为该频段的特征值，主要看PK值和QP值。

2）整车窄带辐射发射

车辆工况：点火开关处于ON挡，发动机不运行；车辆静止，所有电气电子系统处于通电状态；开启所有内部振荡器＞9kHz或具有重复型号的长时工作设备。汽车窄带辐射测试（发动机不运转，所有用电器打开）过程中，车辆状态为：车辆上电，点火开关置于ON挡；变速器挡位P挡；打开车辆示宽灯、近光灯、危险报警信号灯及前后雾灯；打开车载收音机（频段FM 101.7MHz）；打开前风窗玻璃刮水器（Hi挡）；打开暖风电机（挡位：MAX）；车辆电动车窗处于中间位置；系上安全带；中控门锁闭锁。整车窄带测试主要看AV值。

3.2 整车辐射发射项目测试布置

整车停放在暗室中，天线距离车辆10m，高度为3m，对车辆左右两侧水平垂直进行测试，整车测试布置见图1。

图1 整车辐射发射项目测试布置

4 超标源定位

整车由许多电子电器零部件组成，并非每个电子电器零件都是整车EMC测试超标源。需要从整车所有电子电器零部件中确定出超标源零部件。排除法在整车EMC测试中是用得最多最方便的方法，可以直接定位到超标源，快速排查问题以及整改问题。排除法的应用，首先对车辆运行工况进行优先级排序：ACC挡、ON挡、发动机怠速挡、带速度跑挡。车辆在运行过程中，通过变换车辆运行工况来确认问题，由带速度跑挡变换到怠速挡，由怠速挡变换到ON挡，ON挡变换到ACC挡，来测试超标源在哪个工况出现，进一步缩小超标源。然后通过开关电器零部件以及插拔电器零部件和熔断丝盒里面熔断丝，精准定位超标源等手段来进一步排查最终超标源。

本文中散热器风扇在车辆ACC挡、ON挡进行测试未超标，在发动机怠速宽带测试中，发现超标，ON挡测试未超标。通过分析及经验观察，发动机怠速和ON挡对比工作零部件差异，首先锁定散热器风扇，散热器风扇是给发动机散热用的，ON挡工况发动机不工作，散热器风扇也不工作，通过拔掉散热器风扇插接件，超标点下去，整车测试通过，再次插上散热器风扇插接件，超标点上去，确定散热器风扇为此次整车EMC测试超标源。

整车停放在暗室里面，整车打到怠速挡状态，打开所有用电器，空调打到AC挡，进行宽带辐射发射测试。图2为宽带左侧水平测试图，图3为宽带左侧垂直测试图。从图中可以看出，左侧水平未超标，左侧垂直在30～60M超标，最高点超标5dB。图4为拔掉散热器风扇测试图，从图4中可以看出，拔掉散热器风扇左侧垂直测试未超标，得到散热器风扇为超标源。