汽车屏蔽线束的应用研究

曹 池， 王东升， 王子龙， 赵明丽

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545000；2.中汽研 （天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300300；3.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

在汽车产品中，线缆作为连接各个零部件或子系统的重要桥梁，需要满足安规要求、环境要求等多种设计指标，但唯独其电磁特性容易被忽视，尤其是随着整车电器件数量不断增加，工作频率越来越高，特别是新能源车型上DC-DC、MCU等大功率设备的应用，对车内信号的传输以及对车外的电磁干扰都会产生很大影响［1］，引发了很多电磁兼容问题，汽车屏蔽线的采用越来越得到重视。

1 屏蔽线的定义及原理

屏蔽线是使用金属导体把内部导线包裹起来的传输线。包裹的导体叫屏蔽层，一般为编织铜网或铜 （铝）箔。由于屏蔽电缆的屏蔽层主要由铜、铝等非磁性导体材料制成，并且厚度很薄，远小于其使用频率上金属材料的集肤深度，因此屏蔽线可以利用其金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应，减少外界干扰信号对电源或通信线路的影响，同时降低传输信号的损耗，也可以避免内层导体的干扰辐射到外界对外部接收机形成干扰［2］。

屏蔽层的屏蔽效果不是由其本身对电场、磁场的反射、吸收产生的，而是由屏蔽层的搭铁产生的。在汽车线束中，屏蔽线的屏蔽层一般均建议360°双端搭铁，如图1b、1c所示，以保证其屏蔽效果。同时，如果屏蔽线束经过连接器，要求连接器屏蔽层最好采用压接或焊接的方式，以减小接触电阻，尽量减小屏蔽系统的搭铁阻抗。

图1 屏蔽层搭铁方式

在实际应用中，新能源汽车的高压线束屏蔽层均必须要求360°双端搭铁，但在低压屏蔽线束中，由于安装要求及成本控制原因，屏蔽层往往会采用软辫线，即俗称“猪尾巴”的形式搭铁。如图1a所示。但是为了保证屏蔽层的屏蔽效果，要求“猪尾巴”越短越好。

2 屏蔽线的屏蔽效能

屏蔽线的屏蔽效能是指：在芯线电流不变条件下，电缆有无屏蔽层时空间某点的场强比值。参考高压屏蔽线束的屏蔽效能，如表1所示，依据GB/T 37133—2018《电动汽车用高压大电流线束和连接器技术要求》，对屏蔽效能进行了分级。屏蔽效能越高，其屏蔽效果越好，但对应成本也就越高，因此根据设计经验，一般建议乘用车等民用产品达到中等屏蔽要求，即≥40dB即可［3］。

屏蔽线束的屏蔽层分为箔层屏蔽和网状屏蔽两种，选用材料一般为编织铜网或铜 （铝）箔。关于屏蔽层的选取，需要对屏蔽线束的应用环境和电磁兼容性能进行综合考虑。

网状屏蔽在保持良好的柔韧性及抗挠寿命的同时，提供了超群的结构整体性，这些屏蔽对于降低低频干扰是理想的选择，比起箔层屏蔽来说，其具有较低的临界电阻，降低了直流阻抗。网状屏蔽线束的屏蔽效能，与其屏蔽编织网的编织密度和编织角度参数息息相关，网状屏蔽编织密度越高，编织角度越小，屏蔽效果就越好。根据GB/T 9330—2020《塑料绝缘控制电缆》标准要求，网状屏蔽的编织密度需要高于80%（一般设计经验要求高于85%），编织角度要求小于45°。

箔层屏蔽一般是由聚脂或聚丙烯薄膜上附着一层铝箔形成。这层薄膜给屏蔽层提供了机械强度及良好的绝缘性能。箔层屏蔽可100%覆盖电缆，并且质量轻、体积小，比网状屏蔽造价低，在射频范围内通常更加有效。箔层屏蔽比起网状屏蔽的柔韧性更好，但抗挠寿命较短。另外，实验表明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔［4］，而根据标准要求，屏蔽带金属层最薄处厚度不应小于50μm，因此标准屏蔽层的厚度均超过38μm，能够有效屏蔽5MHz以上的电磁干扰。

另外，不管是网状屏蔽还是箔层屏蔽，其屏蔽效能还与屏蔽层的金属材质有关，金属材质的电阻率越低，其转移阻抗越低，屏蔽效能越高。

综上，不论是网状屏蔽还是箔层屏蔽，都能达到较高的屏蔽效能要求，但因为网状屏蔽存在孔缝，其屏蔽能力依赖于波长的变化，所产生的缝隙使得高频信号可自由进出导体。因此，对于抵抗电磁干扰，选择网状屏蔽最为有效，因其具有较低的临界电阻；而对于较高频率的干扰或射频范围的干扰，采用箔层屏蔽更为有效。而对于高低频混合的干扰场，则要采用具有宽带覆盖功能的箔层加编织网的组合屏蔽方式，网状屏蔽适用于低频范围，而箔层屏蔽适用于高频范围［5］。这样，屏蔽线束的屏蔽效能对于5MHz以上的频段覆盖比较完整，而对于5MHz以下的低频干扰可应用双绞线的平衡原理有效地抵消。

3 屏蔽线在汽车上的应用

屏蔽线的作用是将电磁场噪声源与敏感设备隔离，切断噪声源的空间传播路径。在汽车线束的应用上主要是针对整车或分系统EMC要求，减弱或消除电磁信号的影响 （EMI），以及防止干扰信号耦合进入敏感设备，干扰整车的正常工作。同时，屏蔽线束的应用也可以减少噪声源对车外的发射量，以达到整车辐射发射的限值要求。

在汽车线束中，根据干扰频率及线束应用条件，各个零部件或系统均会提出各自的线束要求。一般喇叭、CAN总线、轮速传感器、安全气囊线束等采用双绞线；爆震传感器、点火线圈驱动、麦克风、驱动电机、旋变传感器等线束采用屏蔽线；曲轴传感器等用屏蔽双绞线；FM/AM和GPS馈线等使用同轴电缆。

另外，由于车型电气系统设计的不同及零部件EMC条件的差异，使得各个车型的EMC问题各不相同，因此，也需要根据车型的具体条件进行屏蔽线的选用，如对受干扰的雷达线束或LIN总线采用屏蔽线，对新能源汽车高压部件附近受到干扰的CAN总线采用双绞加屏蔽的线束等。同时也要设计好屏蔽线束屏蔽层的双端搭铁。

4 结束语

针对当下汽车电磁兼容问题越来越多，尤其是自身兼容问题高发的现状，屏蔽线作为除双绞线外车辆解决线束电磁兼容问题的主要手段之一，能够有效地减少车辆的EMC问题，降低车辆对外辐射量，整改手段易于量产化应用，因此也是汽车电磁兼容整改的主要手段，但只是对电磁兼容三要素的传播途径进行了切断，并未对骚扰源进行有效抑制。