越野車輻射干擾成因分析和抑制

張凌露，陳燕梅，許勇

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 210028）

越野車輻射干擾成因分析和抑制

張凌露，陳燕梅，許勇

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 210028）

基于某款自主研發的越野車電磁兼容性開發實例，分析了汽車輻射干擾的形成機理，圍繞輻射干擾的抑制，介紹了部件選型、抑制措施和檢測驗證情況。

越野車；電磁兼容性；輻射干擾；抑制措施

CLC NO.:U469.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-51-04

前言

整車或電器部件的電磁兼容性（EMC）要求產品在正常運轉過程中，對周圍環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值。電磁干擾包括傳導干擾和輻射干擾。由于輻射干擾形成機理涉及更多學科，傳播途徑為空間傳播，其抑制難度往往比抑制傳導干擾更大。本文通過某款自主開發的越野車電磁兼容性設計實例，對輻射干擾的抑制方法進行介紹。

1、整車電器系統組成

該款越野車采用BOSCH共軌電控柴油機為動力源，蓄電池—發電機組合構成常規電器設備的24V電源系統，發動機控制系統ECU采用12V電源，由24V/12V DC/DC電壓變換器負責供電。預計后期改裝時加裝短波、超短波電臺等通訊設備。

由于結構上存在觸點、電感線圈、電子組件的部件是潛在的電磁干擾源，對開發車型的電器配置進行分析，有可能成為干擾源的電器部件、系統如下：

電源系統：發電機、起動機、DC-DC電壓變換器

電子部件：發動機控制單元ECU、組合儀表

電器部件：中央控制盒（含閃光器、通用繼電器）、喇叭、電動泵、空調系統、暖風系統

2、整車輻射干擾限值指標

表1 輻射發射指標要求

整車的輻射干擾特性通過分布在整車周圍的接受天線（電場天線、車載天線）對以輻射方式向外傳播的電磁能量進行測試來測定。在產品開發初期需要針對開發車型的使用特點和市場，對相關電磁兼容性標準的測試方法、評判限值、測試設備（環境）等要素進行選擇和裁剪。該型越野車整車輻射發射的測試方法和限值要求參考GJB151A-97、

GJB1389A-2005中對地面車輛系統兼容性的要求以及GB14023-2006中對道路車輛輻射發射的要求制定，限值要求如上表。

3、 汽車輻射干擾機理分析

車輛輻射干擾的主要干擾源特征和形成機理：

（1）電火花形成的電磁波

控制負載通斷的開關、繼電器觸點、電機整流子和碳刷的接觸處狀態變化時產生的電火花，會產生電磁輻射，同時也會以寬頻帶的脈沖形式在線路上產生瞬變電壓。

（2）某種瞬變電壓在線路上傳播時，其包含的高頻分量通過導線的天線效應，對空間的傳播

A. 存在線圈、繞組的感性負載部件，如繼電器線圈、各種直流電機繞組、發電機勵磁線圈等，在斷開線圈或繞組電源時，會產生頻率不等、實測峰值達數百伏的自感電動勢，以負脈沖出現在負載電源線側。

B. 晶體管元件（如發電機整流二極管、DC/DC整流二極管）的通斷不是在瞬間完成，在通斷狀態轉換過程，會產生很高的瞬變電壓或電流在輸出電源線上傳播。

（3）電子部件內部電路產生的高頻信號及伴隨的高頻諧波。

含有微控制器的電子設備（如發動機控制單元ECU等）的晶振電路和數字電路、高頻方波脈沖型傳感器信號、DC/DC電壓變換器的PWM調制波工作在高頻狀態,該類高頻工作信號及其伴隨的高頻諧波信號在空間傳播,并通過部件殼體縫隙或連接線向外傳播。

往往一個電器部件會包含上述幾種不同特征干擾源，如發電機包含了整流二極管通斷和磁場線圈的通斷，通用繼電器包含觸點的火花和感性線圈通斷，直流電機包含換向火花和繞組通斷時的感應電動勢。

4、部件方案選擇和輻射干擾抑制思路

在電器部件開發時，從電磁兼容性設計的角度，在滿足相同功能要求的基礎上，應該盡量選擇有利于抑制或減少火花和瞬變電壓電流以及良好屏蔽性能的結構，對本車型設計中部件方案選擇介紹如下：

4.1 喇叭：常規的電磁式機械喇叭為大電流電感負載，喇叭工作頻繁，觸點火花較難控制，容易產生干擾，選擇無觸點電子蝸牛喇叭。

4.2 閃光器：閃光器是使用頻率較高，通斷工作頻繁的特殊器件，盡管控制的是電阻性燈泡負載，但常規結構閃光器線圈的頻繁通斷和觸點線路中電流的變動會產生較惡劣的電磁環境，本設計中采用了專用無觸點電子控制閃光器。

4.3 發電機：選擇帶中性抽頭星型結構的雪崩整流管發電機，發電機直接相連的蓄電池相當于一個極低阻抗的大容量瞬變電壓抑制器，能夠對發電機整流輸出 B+線路的瞬變電壓擔當大電容濾波作用。考慮到需要對高頻輸出分量的抑制，在B+和D+端并接合適容量的高頻小電容進行濾波。同時電路設計上要保證發電機—蓄電池之間距離最短，連線線徑足夠和接觸牢靠，盡量減少該連接線作為輻射天線的影響。

4.4 DC/DC電壓變換器：采用多組12V/5A子模塊并聯供電的冗余設計，在產品電磁兼容性上的特點是單組子模塊工作電流較小，有效減少了電磁發射強度，便于子模塊屏蔽和接地處理；小工作電流下功率開關管發熱量小，通過適當的散熱結構可以將功率器件工作溫度控制在規定限值以下，避免了因安裝散熱風扇在總成鋁材殼體上開排氣孔對電磁干擾屏蔽性能的影響。輸出端增加高頻抑制性能好的饋通濾波器減少高頻信號通過連接線的輻射。

4.5電機類部件：在整車電器系統，存在各種各樣的電機類負載，如本車型中的雨刮器、電動泵、冷凝風機、蒸發風機、暖風風機等，普遍采用的是永磁直流電機。應該優先選用在電機結構設計時考慮了電磁兼容性設計的產品。如雨刮器機械傳動部分采用了現用某車型使用產品，但雨刮電機更換成新技術平臺結構，新的機構不但部件本體電磁兼容性能改進較多，在換向器附近結構上也預留了安裝電感電容的空間，可將濾波器件直接安裝在殼體內部，更便于靠近干擾源實施干擾抑制措施。

4.6 電子類部件：發動機ECU、儀表部件等電子部件相對而言解決電磁敏感性更為重要，對電磁干擾，核心考察輸入輸出濾波電路設計、內部回路設計、部件殼體的屏蔽性能和接地設計。

除了正確選擇產品結構和技術平臺，還需要配合設計合適的抑制措施。由于輻射干擾的強度和回路電流幅度、頻率和回路面積的乘積成正比，對干擾源抑制的核心是抑制瞬態電壓和縮短傳導線路來達到抑制干擾的目的，基本抑制思路如下：

續流：對壓縮機離合器線圈、通用繼電器線圈等感性負載，由于在整車工作過程通斷不頻繁，工作電流一般較小，相對產生的感抗電動勢不大，采用在線圈兩端并聯續流二極管的方法，減少感應電動勢輸出回路。

濾波：電機的感抗電動勢是影響整車輻射性能的最主要差模噪聲干擾源，應該在電機的電源線上加裝EMI濾波器。根據阻抗失配原則，電機繞組并聯差模電容為高頻噪聲電流提供一個低阻抗路徑，同時在電機繞組端串聯電感對高頻噪聲進行傳導攔阻，可以減少電源線上的環流，從而減少電源線的輻射。

濾波器選擇圖1或圖2所示結構，根據不同的電機的特性參數（如工作電流、工作周期等），選擇濾波器的電感和電容參數。對一級濾波效果不好的場合可以采用多級濾波，提

高總成濾波效果。

由于本車型需要達到高頻段軍標要求，在高頻段濾波器的元器件不是單純的電容或電感。會因為寄生電感、電容發生諧振。需要在差模濾波電容邊并聯小容量電容或采用穿心電容，必要時增加共模扼流圈和共模濾波電容，提高對高頻的抑制能力。

屏蔽措施：屏蔽的目的是隔斷輻射干擾的傳播途經，應該根據潛在干擾部件輻射干擾的強度、安裝場所的車身屏蔽影響、部件外殼的屏蔽效果，設計和實施總成部件級采取的屏蔽措施，如本實例中暖風電機的結構限制了電機金屬殼體的密封性不是很好，濾波器也只能安裝在電機殼體外，通過殼體縫隙或電源線和地線會存在部分電磁能量泄漏，且安裝位置在副駕駛位置，容易對電子部件相對集中的儀表臺區形成干擾。采取了對暖風總成塑料殼體的內表面噴（刷）銅粉導電油漆，對進出風口加裝屏蔽網 ，形成對暖風電機的二次屏蔽。

布線和安裝：圍繞整車輻射發射的抑制，還應該綜合運用：合理規劃線束走向和布置，盡量分開電源線和信號線、輸入輸出線；保證搭鐵點可靠；盡可能靠近干擾源頭正確安裝濾波器；發電機線束等關鍵線束采用屏蔽處理等措施。

5、樣車輻射干擾測試

通過搭建樣車對整車電磁兼容性能進行摸底測試，當整車測試結果超出標準限值要求時，采用排除法逐一定位干擾源，對影響達標的部件，根據輻射發射圖譜對產品進行適應性修改，是最終確定部件技術方案的有效手段。

具體工作方式為：在環境測試結果滿足要求的情況下從最小系統組成的設備開始測試。依次開啟節點設備，并在通電和發動兩種狀態下測試，找到導致整車輻射發射測試結果超限的設備。在分析清楚超標單體的干擾源特征后，根據單體自身的特點進行濾波參數優化、濾波器安裝位置調整、屏蔽加強、接地優化等措施來減小干擾。

由于預計后裝的通信系統短波、超短波電臺的工作頻段不會超過512MH，為提高排查干擾源的效率，采用車載天線端口干擾電壓的測量作為干擾源排查的測試方法。

現以雨刮電機、空調電機的輻射干擾實際抑制措施為例介紹如下：

（a）雨刮電機

雨刮器按實際裝車狀態安裝在樣車上，對借用的原用雨刮器進行摸底得到的頻譜曲線可以看出，在開啟雨刮器后的整車輻射測試結果幾乎在整個測試頻段存在干擾信號，部分頻段的干擾信號嚴重超出要求的限值，更換新結構電機并在換向器附近增加電感電容濾波措施，對高低速線路實施抑制，車載天線端口干擾電壓的測量結果符合限值要求。后在高頻段檢測時仍出現部分頻段超頻，選配小容量高頻電容和原濾波電容并聯，進一步抑制，達到全頻段滿足限值要求。

（b）空調電機

單獨開啟空調制冷系統，選取風量最大檔；測試未加抑制的原機，空調系統在全頻段帶來較大干擾。為定位排查干擾源，單獨開啟冷凝器風機和蒸發器風機進行測試，排查出主要騷擾源為冷凝器電機。在空調冷凝器電機電源線上串聯兩組LC濾波電路；部分頻段仍出現超標，考慮到冷凝器風機安裝在底盤上，電源線較長，對線束進行屏蔽；最后通過

在電機電源線上加磁環濾波后，基本達到全頻段限值要求。

6、結束語

本車型通過一年多時間的開發，電磁兼容性能檢測結果達到了標準要求，輻射干擾抑制工作是其中重要且費時最長的工作。本項目完成后的體會是：（1）抑制傳導干擾的措施對輻射干擾抑制同樣適用，（2）部件機構和技術平臺的選擇對輻射發射影響較大，（3）高頻段的分布電容和寄生電感的影響應充分重視，（4）測試頻譜分析是優化抑制措施的有效手段，（5）抑制措施的實施應該綜合考慮成本效益比和實施的難易程度。

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[2] 藍波.孫誼.張琦.汽車電磁兼容研究發展現狀[J].北京.信息技術.(2010)08-0210-03.

[3] 白同云.呂曉德.電磁兼容設計[M].北京.北京郵電大學出版社.

Cause Analysis and Suppression of SUV’s Radiation Interference

Zhang Linglu, Chen Yanmei, Xu Yong
(Nanjing Iveco Motor Company Ltd., Jiangsu Nanjing 210028)

Based on the example of the development of electromagnetic compatibility of an independently researched SUV. The formation mechanism of auto radiation interference is analyzed. Centering on the suppression of radiation interference, the selection of components、interference suppression methods and the testing validity of whole vehicles is introduced.

SUV; electromagnetic compatibility; radiation interference; suppression method.

U469.3

A

1671-7988(2014)12-51-04

張凌露，高級工程師，就職于南京依維柯汽車有限公司產品工程部，從事汽車電子電器設計工作。