汽车电磁兼容正向开发概述

王东升， 魏志成， 鲍 宇， 王 冲

（中汽研 （天津）汽车工程研究院有限公司， 天津 300300）

随着新能源汽车和智能网联汽车的不断发展，汽车电气系统在整车成本的占比不断上升，车内及车外的电磁环境也更加复杂；同时，汽车EMC法规要求也越来越严格，使得传统的汽车EMC试错整改方法成本大幅度提高。如何在复杂的汽车电磁环境条件下，以可控的成本研发出一款EMC性能较高的汽车产品，已经成为各个主机厂亟待解决的问题。

1 汽车EMC正向开发的背景

为了满足车辆不断提升的智能化、安全性、舒适性的要求，在新的技术出现之前，整车零部件数量越来越多、线束越来越长［1］。同时在新能源汽车上，大电流、高功率负载的应用，都使得车内电磁环境越来越恶劣［2］。另外，汽车运行的外界电磁环境也越来越复杂，例如超/特高压输电线路、恶劣雷暴天气，以及更多的无线电设施设备等，这些都对整车的电磁兼容性提出了更大的挑战，使电磁兼容成为衡量汽车品质、性能、安全性的一个重要指标。同时，从汽车EMC标准方面来看，中国的汽车EMC法规，从最初的GB 14023，对车外的接收机进行保护，到GB 34660以及正在修订的GB 27630，加入抗扰性测试内容和人体电磁防护测试内容，对汽车本身、司乘人员都提出了保护要求［3］。另外，随着新能源、智能化的发展，从传统燃油车标准到新能源汽车标准，再到智能网联汽车标准，中国的汽车EMC标准体系越来越完善，标准中对车辆的EMC性能要求也越来越高。

如何合理进行整车EMC设计，减少EMC问题，顺利通过汽车EMC标准要求，已经成为汽车电气系统设计开发不可回避的问题。

2 汽车EMC正向开发现状

汽车电磁兼容的发展，从图1所示的汽车电磁兼容的发展阶段来看，主要可以分为3个阶段，即问题解决阶段、标准规范要求阶段和系统正向开发设计阶段。中国主机厂在电磁兼容方面的发展，从单纯的通过公告试验到建立企标进行摸底和整改，再到设置专业的EMC工程师和独立的职能部门，完善管理规范和程序文件，进行正向开发和管控，以及近几年开始越来越关注的EMC仿真，都是在将整车的EMC工作向正向开发推进，以此来减少后期测试整改所需要耗费的人力物力。

图1 汽车电磁兼容的发展阶段

目前，国内多数主机厂还主要处于采用“标准规范法”的阶段，即遵循国家公告要求或建立企标，通过整车和零部件的电磁兼容标准来对整车和零部件的EMC性能进行管控和整改，更进一步建立具体零部件的试验方案和目标，对零部件的EMC试验进行跟踪，通过对零部件的试验结果进行审核和管控，来达到提高整车EMC性能的目的。

当下，只有少部分的主机厂能够做到“系统设计法”这个阶段，即主机厂设置有专门的EMC工程师或者EMC职能部门，根据车型定位来制定合理的整车及零部件的EMC目标，然后根据整车的EMC开发管控流程，对整车各个研发阶段的EMC工作进行推进，同时也对整车电气系统的设计进行EMC管控和检查，从前期设计阶段就对EMC风险进行管理和跟踪，切实减少整车的EMC问题量。而且目前也有一些主机厂在进行整车EMC仿真方面的实践和探索，积累了一些经验和数据。

但是整车的EMC的正向设计开发还存在一些不足，无法对EMC风险的发生概率进行有效评估，EMC风险的说服力相对不高，如果在设计阶段出现零部件布置冲突，或者走线空间不够，抑或一些成本控制——例如不能采用专用线束或者屏蔽线等问题，EMC的建议往往会成为被妥协的那个。

3 EMC正向开发体系主要内容

从汽车EMC正向开发发展趋势来看，完整的EMC正向开发体系，如表1所示，主要包括8个方面。其中1～3为企业规范、流程类文件，在建立后需要不断进行积累和完善；4～8是在具体的车型开发中所进行的工作，需要在每款车型的研发中重复执行。

表1 整车EMC开发体系

3.1 建立主机厂EMC企标

一个完整的整车EMC开发体系，首先要有其所依托的标准，即符合自身特点的整车及零部件的EMC企业标准。企标的建立可以参考多方面的内容，包括国际标准、地区标准以及国内标准等；然后再根据主机厂自身的具体情况，进行企标的编制，例如对主机厂已有车型易出问题的测试频段或运行状态，在国标的基础上进行更详细、更严格的要求，来制订成具体企标。

3.2 建立整车EMC开发流程和零部件EMC管控流程

整车的EMC开发流程和零部件的EMC管控流程的建立，就是将EMC的开发管控流程融入到整车开发流程中去。明确在车型开发的过程中，主机厂各个职能部门或工程师，在各个开发阶段需要做哪些工作。同时也需要主机厂设立自己的专业EMC工程师，由EMC工程师在整车研发的各个阶段主导或敦促各个职能部门以及对应工程师来完成相应的EMC工作。

3.3 制定整车及零部件EMC设计开发规范

整车及零部件EMC设计开发规范，目的是在整车及零部件开发过程中，用于指导针对EMC方面的设计。目前行业内并没有一个具体的标准能够指导我们的整车和零部件的EMC设计。但是根据EMC的基础理论及问题整改经验的总结，我们可以对零部件的设计和整车电气系统的设计提出方向性的指导建议，比如高低压系统分层布置；强干扰、大电流负载线束与敏感信号线束分开布线；干扰部件与敏感部件通过空间距离或者惰性器件隔离等。通过这些手段，在整车和零部件设计的前期阶段，尽可能地符合EMC要求，以此来减少后期EMC问题出现的概率。

3.4 制定具体车型的整车及零部件EMC目标

不同于EMC企标是一个涵盖主机厂所有车型的较统一性的标准，具体车型的整车和零部件的目标，是充分考虑了产品定位、市场法规、制造成本、技术水平、运行环境等多方面因素，明确制定具体车型及其零部件的EMC目标，需要具体到每一个EMC测试项目所需要的目标等级。这个也就是指导我们需要把项目车型EMC做到一个什么程度的具体指标。

为了使整车能够更好地达到EMC目标，我们在制定零部件EMC目标时，一般建议其尽可能略高于整车目标。同时还要综合考虑包括零部件的重要性程度、零部件的开发成本、开发周期等多方面的因素，如果是沿用零部件，也要关注它之前有没有出现过一些EMC的问题以及处理结果等。当然，零部件的供应商技术水平也是必须要考虑的，它关系到主机厂是不是要严格跟踪或者参与到零部件的设计中去。

3.5 零部件管控

零部件是整车EMC问题的源头，零部件的EMC管控，首先要进行零部件EMC类型的划分，零部件重要性等级的划分，以此来确定零部件EMC目标，然后再对零部件的EMC设计手段进行确认，对零部件的EMC试验计划、试验方案和试验报告进行审核，以最终得出零部件的EMC风险评估。从零部件前期设计到后期试验，多角度进行管控，从源头上减少整车EMC问题。

3.6 整车EMC设计检查

在整车布置及电气系统设计初步完成之后，从EMC的角度，对电气系统进行特性分析和设计检查，以此来得出整车EMC风险评估报告，然后对较大的风险问题进行评估整改，以降低整车的EMC风险水平。同时风险评估结果也可以作为后期试验阶段EMC问题整改的一个辅助：因为每个主机厂的车型设计是存在延续性的，通过对风险点的跟踪，可以把暴露出问题的风险点进行着重整改和落实，对一直没有形成问题的风险点进行简化跟踪处理，这样就可以通过积累，逐步提升后续车型的EMC性能。

3.7 整车EMC仿真分析

作为在整车EMC开发的辅助手段，整车的EMC仿真也越来越得到重视。目前仿真工作主要包括天线方向性仿真、高压系统的辐射发射仿真、线束耦合仿真、场强分布仿真等。由于EMC仿真发展并不成熟，目前多作为整车开发的辅助手段，定性地对天线的方向性、车内场强分布情况等进行评估，以此来辅助整车的设计。同时，在整车的问题整改阶段，也可以通过仿真手段，与整改前的状态进行仿真结果对比，来对整改结果的有效性进行判断。

3.8 整车EMC设计验证

整车EMC开发体系的最后，就是对整车EMC开发的验证工作。根据经验，可以把测试验证分为3步，即第1步整车摸底试验，第2步问题排查定位及分析整改，第3步整改验证。同时，我们也建议在标准测试全面的基础上，更大可能地覆盖整车应用场景，包括复杂电磁环境、智能网联环境、自兼容条件等，尤其对一些统计的易出问题的非标条件进行验证，以此进一步提高整车的电磁兼容性能。

4 汽车EMC正向开发发展趋势

对汽车电磁兼容来说，开发阶段介入得越早，可采取的措施手段越多，所需的成本也越低。随着主机厂车型开发工作的不断完善，整车EMC的发展，已经初步形成了前期设计管控与后期整改验证两个部分。“正向设计开发”工作包括制定EMC企标，建立整车及零部件EMC开发管控流程，确定整车及零部件EMC目标，进行零部件EMC管控，制定整车及零部件EMC设计规范从而对电气系统设计进行EMC检查和风险评估，以及EMC相关的仿真工作；“后期整改验证”即整车EMC测试和整改。正向设计开发的工作步骤较多，但其主要在于主机厂工程师之间的协作，成本可控；而尽管“性能开发验证”工作只是测试及整改，工作量看起来很少，但是如果整车在EMC试验中出现问题，为了达到标准要求，可能就是动辄十几甚至几十万的投入，而且后期的整改措施，量产的可能性也比较低，为了实现措施量产化，我们可能会投入更大的成本。因此，整车EMC正向开发的发展趋势，即通过不断成熟的正向设计及管控，形成完整的EMC开发体系，采用合理的设计手段，来尽可能地降低整车EMC风险，减少整车EMC后期问题的整改投入，提升整车EMC性能。