新能源车辆电磁兼容失效案例及建议措施

陆 超

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

1 引言

智能网联不断深化过程中，电器架构变化带来控制器的更新迭代，而在新能源车辆应用过程中，单一控制器以及整车如何应对解决日益严峻的电磁干扰，如何保证自身电磁辐射符合国标要求，需要从整车设计开发提供最优解。

车辆电磁兼容作为国标要求的必须满足项，一般涉及零部件层面试验及整车层面试验。电磁兼容性具体指应用设备系统在电磁环境中符合要求工作运行，并且不对其所在环境中的其他任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，电磁兼容包括两个方面的要求：一方面指设备系统在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定限值；另一方面是指设备系统对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

2 电磁辐射试验设置及失效模式

2.1 整车电磁辐射试验设置

进行整车电磁辐射试验时，车辆及其电器/电子部件的设计、制造和安装应使车辆在正常使用条件下满足辐射发射试验，采用10m法实验进行车辆宽带电磁辐射发射试验，宽带发射试验应使用准峰值或峰值检波器进行实验[1]。图1为10m法试验设备设置安装说明，车辆引擎与天线轴中心对齐放置于10m处，车辆准备状态要求发动机应处于运行状态，应打开长时工作的、能产生宽带发射的所有设备（例如刮水电机和冷却风扇），使其工作在最大负载状态，短时工作的设备（如喇叭和玻璃升降器电机等）除外。如果试验结果超过限值，应进行分析，以保证所测辐射发射来自于车辆而不是背景噪声[1]。依循GB 34660，即本文主要试验标准要求，采用的是远场测试方式。

图1 10m法试验设备安装说明

电磁干扰机构使用电磁干扰接收机和经过校准的天线来测试3m或者10m距离上的测试设备，这种测试方式称为远场测量。电磁场的特性主要由被测设备及其与接收机和天线间的距离所决定。远场辐射发射测量可以准确地给出被测器件是否符合对应电磁兼容标准，但也有其局限性，即严重辐射问题来源方无法明确。使用近场探头测试与远场测试是电磁兼容辐射发射预兼容测试中一个重要组成。采用频谱分析仪和近场探头，通过近场测试来定位严重辐射问题发射源。近场测试是一种相对量测试，测试中需要把被测器件测试结果与基准器件测试结果进行比较，预测被测器件通过一致性实验的可能性。

2.2 可替代试验测试方式

GB 34660对标欧洲经济委员会规定ECE R10，车辆宽带电磁辐射发射限值10m法采用准峰值检波器（带宽120kHz）进行扫全频试验。也可以采用替代试验方法，具体测试手法为：第1步，先用峰值检波器进行全频扫频段；第2步，将频率范围分为14个频段，分别为：30~34MHz、34~45MHz、45~60MHz、60~80MHz、80~100MHz、100~130MHz、130~170MHz、170~225MHz、225~300MHz、300~400MHz、400~525MHz、525~700MHz、700~850MHz、850~1000MHz[1]，将天线位于车辆的左侧和右侧，分别以水平极化和垂直极化在14个子频段的最大读数应进行记录，作为所测频率的特征值；第3步，采用准峰值检波器再次在每个特征频点进行扫频测试，获得准峰值结果。图2为采用车辆进行模拟试验获得数据，图2中深蓝色波段为使用峰值检波器进行全频扫频段后获得车辆宽带电磁辐射发射状态，深蓝色星星点为特征频点。在特征频点采用准峰值检波器再次进行扫频，获得准峰值结果，通过准峰值结果与GB 34660—2017车辆宽带电磁辐射发射限值进行对比，并进行评判。

图2 峰值检波器全频扫描试验结果

2.3 失效模式介绍说明

对新能源车辆进行整车电磁辐射宽带频段试验时，在31.38MHz频段辐射超标2.312dB，测试结果如图3所示。具体实验参数设置方法为通过全频扫描仪，采用准峰值扫频30~1000MHz全频段，以带宽120kHz、步长30kHz、扫描时间1s为扫描参数进行试验。根据试验结果分析，车辆正常工作情况下，对所在环境中其他设备控制器，在32MHz频段会造成一定干扰，影响其他控制器设备正常使用。基于风险频段32MHz进行计算C=λf，C速度等于光速每秒3×108m，f是频率，目前在31.38MHz失效，λ是长度，换算得λ=C/f=3×108/（31.38×106）=9.56m。推测最大能量影响为1/4λ=2.4m长度，大致与整车长度类比。即，可能造成相关辐射发射超标信号源通过整车车身或者类似长度整车线束进行对外影响。

图3 车辆10m法试验30MHz频段超标

3 风险分析及优化方案

基于风险频段32MHz进行计算，频率无线电对应10m短波，短波的波长短，沿地球表面传播的地波绕射能力差，传播的有效距离短。短波容易受环境、天馈、设备3方面影响。城市里信号干扰较为严重，一般国内使用短波需要置办天线收放设备并考取对应使用证书。短波段底噪信号59+20，理想情况下应为0，即使在深山中仍有很大底噪。故在实际应用场合，车辆进入空旷场所如草原、沙漠，可能会对使用短波天线无线电设备进行干扰影响。

根据四驱车辆与后驱车辆进行同等条件测试，然后进行对比试验，仅在四驱车辆的右后侧垂直极化方向上发现32MHz频段超标，基于上述测算影响因素，优化措施从后驱电机优化发射辐射角度进行解决，车上能主动产生辐射干扰的控制器为电机，即电机产生辐射扰动通过整车车架及线束进行对外发散。根据分析对整车车架及线束进行可行措施优化，具体措施如下，并采用对比试验进行实验参数对标，汇总见表1。

表1 措施实施及试验对比

措施1：车身中央通道增加搭铁金属板及更改对应塑料盖板。

措施2：缩短后驱电机搭铁通道。

措施3：后驱电机低压线束上增加铁氧体。

措施4：前驱电机低压线束上增加铁氧体。

基于风险频段32MHz进行计算可能造成相关辐射发射超标信号源通过整车车身或者类似长度整车线束进行对外影响，第1步优化措施从车身中央通道增加搭铁金属板开始，图4为从车上方向下看涉及零件图，将前后电机支架都改为金属支架，并适应更改后金属支架设计新的底部塑料支架。

图4 车身中央通道增加搭铁金属板及更改对应塑料盖

图5所示的红线为利用后驱电机增加近地搭铁线束，帮助将电机端电流信号尽快通过搭铁方式进行释放，避免电流信号扰动窜入整车线束。由于搭铁端在车架上，电机振动会随搭铁线束传导至车架上，从而对驾驶室内乘员声学感受有所影响。声学影响具体体现为乘车人员可能会听到啸叫声，当振动随整车进行传动时，当信息娱乐系统没有开启进行音频播放，车身上扬声器线圈在行进过程中被切割磁感线产生电流导通。通过实车声学评价，当车速为40~45km/h时，声学表现效果最差，需要采用柔性更好的线束，帮助在传导过程中将一部分振动能量消耗。针对线束尺寸及规格选型，需要根据电机接搭铁螺栓。根据电机端到车身搭铁端测量数据大致为455mm，线长370mm，搭铁端口采用35mm2M8型号，35mm2横截面导线阻值为0.23mΩ，从而达到更低的线阻抗。

图5 缩短高压电机搭铁通道示意图

对于线束另一个更改优化方案为在前后电机低压线束上增加铁氧体，切断无效磁通路，图6为前驱电机低压线束增加铁氧体示意图。这部分措施直接将电机端产生切割磁感线进行切断，但由于在线束段增加铁氧体，车辆工作温度较高，随着温升，陶瓷铁氧体接近饱和，可能发生工作条件下失效，即无法正常起到切断无效磁通路功能，故模拟设计车辆45°爬坡试验，在120km/h车辆行驶速度下进行模拟试验，然后测算合适铁氧体。根据四驱车辆和后驱车辆试验对比，四驱车辆的右后侧垂直极化方向上发现32MHz频段超标，为整体降低电磁辐射发射，在前后电机低压线束插口端都增加铁氧体。

图6 前驱电机低压线束上增加铁氧体示意图