某重型商用车整车电磁兼容测试研究

赵雷雷， 朱亚萍， 罗旭东， 徐伊宁

（1.德创未来汽车科技有限公司， 陕西 西安 713700；2.比亚迪汽车有限公司， 陕西 西安 710119）

随着汽车行业 “新四化” 的持续推进， 整车上的电子零部件的比重持续增加， 尤其是智能化、 网联化和电动化的发展， 在现阶段以及未来一段时间内， 对重型商用车电气系统会产生深远的影响， 成为带动未来汽车产业发展的主要动力之一。 然而随着车载电子设备的不断增加， 导致有限的汽车空间内电磁信号愈来愈密集， 车载控制器与负载之间的电磁干扰现象越来越多。 同时， 由于5G技术的快速发展， 汽车本身所处的外部电磁环境也越来越复杂， 越来越恶劣， 严重影响着整车各电子零部件的正常运行， 甚至影响驾驶室内人体健康。 另外， 近年来国家对于整车电磁兼容方面的要求也更加严苛， 这些都促使商用车电气系统的产品开发过程在电磁兼容方面投入更多的精力。

下面以我公司某款重型商用车整车电磁兼容测试、 验证以及整改实践为例， 进行整车电磁兼容测试、 整改方面的介绍。

1 整车辐射发射测试

1.1 测试标准及要求

按照GB 34660—2017 《道路车辆 电磁兼容性要求和试验方法》， 整车辐射发射测试分为宽带辐射发射测试和窄带辐射发射测试， 两种测试方法的测试频段均为30 ～1000MHz， 只是在测试工况和测试限值上有所区别， 具体见表1。

表1 整车辐射发射测试项对比

1.2 测试过程

按照GB 34660的测试方法， 在10m法电波暗室中进行整车电磁兼容测试工作。 按照以下几个步骤进行测试。

1） 车辆ON挡， 发动机不启动， 中控屏、 驻车空调系统、 收音机、 近光灯、 危急报警灯、 室内顶灯等持续开启，雨刮处于高速挡模式 （挂刷抬离前挡风玻璃）， 进行整车窄带辐射发射测试， 测试结果如图1~图4所示。

图1 左侧水平极化窄带辐射发射结果

图3 右侧水平极化窄带辐射发射结果

图4 右侧垂直极化窄带辐射发射结果

2） 车辆发动机启动后保持在1500r/min， 车辆车速为50km/h， 中控屏、 空调系统、 收音机、 近光灯、 危急报警灯、 室内顶灯等持续开启， 雨刮处于高速挡模式 （挂刷抬离前挡风玻璃）。 在此种情况下开展整车宽带辐射发射测试。 测试结果见图5~图8所示。

图5 左侧水平极化宽带辐射发射结果

图6 左侧垂直极化宽带辐射发射结果

图7 右侧水平极化宽带辐射发射结果

图8 右侧垂直极化宽带辐射发射结果

1.3 测试结果

根据以上测试结果， 发现车辆在ON挡和发动机启动两种情况下， 车辆电磁辐射发射值均在30~40MHz的范围内超标。

2 问题原因分析、排查

根据测试结果， 可以初步判断， 整车辐射发射超标应该和车辆上的某个在ON挡时供电的用电器辐射发射超标有关。 由于车辆在ON挡时工作的用电器太多， 为了更好地进行车辆辐射发射超标原因排查， 在电波暗室里面， 分别按照下列多种测试情况进行问题排查。

1） 车辆上ON挡电： 辐射发射测试超标。 结论： 判断不合格用电器在ON挡时已经处于工作状态。

2） 车辆上ACC挡： 辐射发射测试超标。 结论： 判断不合格用电器在ACC挡时已经处于工作状态。

3） 车辆在OFF挡： 辐射发射测试超标。 结论： 判断不合格用电器在OFF挡时已经处于工作状态。

4） 车辆在B+挡： 辐射发射测试恢复正常限值内。 结论： 判断车辆在整车仅B+电时该不合格用电器未工作。

通过以上分析， 最终得出结论， 影响整车辐射发射超标的用电器应该为30+电源供电； 而通过对整车配电电路（图9） 进行分析， 在30+电源工作下工作的有： 底盘电器盒（F1-125A）、 逆变电源 （F2-100A）、 电动压缩机 （F4-5A）以及右转弯提醒 （F5-5A） 等4个部件。

图9 整车配电电路

在现场分别断掉F1、 F2、 F4、 F5等4个熔断丝后， 对整车的辐射发射进行测试， 测试结果见表2。

表2 试错法过程及判断结果

从表2所示过程及结果分析， 整车辐射发射超标和F4电动空调压缩机有关。 经过线束原理图确认， 该熔断丝为驻车空调压缩机控制器供电， 故初步判断为驻车空调压缩机低压供电电路导致整车辐射发射超标。

为验证测试超标确实是因驻车空调压缩机控制器供电导致， 现场去掉空调压缩机控制器供电连接器， 重新进行整车辐射发射测试， 测试后的结果如图10所示。

图10 去掉空调压缩机控制器供电电源后的整车辐射发射测试结果

现场通过以上测试结果对比， 确定影响整车辐射发射超标的最终原因为驻车空调控制器供电电源。

3 问题整改

经过对原车驻车空调的工作原理进行分析， 发现辐射超标是由控制器里面24V转12V的DC电源及MOS管开关引起。 针对这种情况， 对空调压缩机控制器电源原理进行了如下更改。

1） 将UC3843隔离电源改为LM2576非隔离DC电源， 这样可以避开低频段的干扰， 更改后的局部电路如图11所示。

图11 更换隔离电源后的局部电路原理图

2） 将MOS管的开关下降沿的斜率降低， 降低MOS管关闭引起的辐射， 将图中的D402去掉， 更改后的局部电路如图12所示。

图12 去掉D402后的局部电路原理图

3） 控制端增加一个共模电感， 驱动器的搭铁与外壳通过电容连接， 增加过滤及屏蔽效果， 更改后的局部电路图如图13所示。

图13 增加共模电感后的局部电路原理图

4 整车辐射发射复测验证

图15 车辆左侧垂直极化曲线 （窄带辐射发射）

对于整改后驻车空调压缩机的样车进行整车宽带辐射发射和整车窄带辐射发射测试， 窄带辐射发射测试结果见图14~图17所示， 宽带辐射发射测试结果见图18~图21和表3~表6。

图2 左侧垂直极化窄带辐射发射结果

图14 车辆左侧水平极化曲线 （窄带辐射发射）

表6 车辆右侧垂直极化数值 （宽带辐射发射）

图16 车辆右侧水平极化曲线 （窄带辐射发射）

图17 车辆右侧垂直极化曲线 （窄带辐射发射）

图18 车辆左侧水平极化测试曲线 （宽带辐射发射）

图21 车辆右侧垂直极化 （宽带辐射发射）

表3 车辆左侧水平极化测试数值 （宽带辐射发射）

图19 车辆左侧垂直极化 （宽带辐射发射）

表4 车辆左侧垂直极化数值 （宽带辐射发射）

图20 车辆右侧水平极化 （宽带辐射发射）

表5 车辆右侧水平极化数值 （宽带辐射发射）

从驻车空调压缩机整改后测试的整车辐射发射数据可以看出， 整车的宽带辐射发射限值和窄带辐射发射限值在30~40MHz范围内都有了较为明显的下降， 且测试值均满足GB 34660—2017的限值要求， 说明在第一次整车辐射发射摸底时的数值超标主要是因驻车空调压缩机导致。

5 总结与反思

随着汽车行业的电动化、 智能化的快速推广， 商用车，尤其是重型商用车的整车电磁环境日趋复杂， 对整车电气系统的电磁稳定性和适应性提出了更高要求。 我们在产品开发过程中， 要加强对电气产品， 尤其是大功率用电器和控制器的电磁兼容性能要求， 以提升整车产品的可靠性。在进行PCB设计的时候， 一定要注意控制电路中的开关电源对其他器件或者系统的干扰。 另外， 要注意搭铁设计，避免因搭铁设计导致电磁兼容问题出现。