一款混合動(dòng)力城市客車的電磁兼容（EMC）試驗(yàn)

李培杰，張寶彥，楊磊

（1.金龍汽車（西安）有限公司，陜西 西安 710119；2.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

引言

新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相比，用電機(jī)、電池和電控組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有車輛電壓高、驅(qū)動(dòng)電流大、電控管理復(fù)雜等特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)中高壓大功率的電力電子裝置和驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的電磁干擾，相比傳統(tǒng)汽車增加了更多的高壓線束和 CAN通信線束，更容易受到電磁干擾，直接關(guān)系到車輛的安全可靠性。因此，新能源客車的電磁兼容問題更為復(fù)雜、嚴(yán)重。

1 什么是電磁兼容（EMC）

電磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）：是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。

EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值（EMI）；另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性（EMS），見圖1。

2 國家對(duì)混合動(dòng)力汽車電磁兼容（EMC）的測試要求

國內(nèi)目前整車電磁兼容（EMC）公告測試標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是《GB 14023-2011 車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車外接收機(jī)的限值和測量方法》，另一個(gè)是《GB/T 18387-2008 電動(dòng)車輛的電磁場發(fā)射強(qiáng)度的限值和測量方法，寬帶，9kHz～30MH》。

（1）GB 14023-2011 屬于強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于限制由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)或/和電驅(qū)動(dòng)車輛車載設(shè)備發(fā)出的可以導(dǎo)致無線電干擾的寬帶和窄帶電磁能量輻射，降低車載設(shè)備對(duì)車外廣播接收機(jī)在30M Hz～1000MHz頻率范圍內(nèi)的干擾。

圖1 電磁兼容（EMC）的整體框架圖

（2）GB/T18387-2008 屬于推薦標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)車輛在頻率范圍 9kHz～30MHz的磁場和電場的輻射發(fā)射的限值和測量方法。GB/T 18387雖為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，但在上公告時(shí)仍強(qiáng)制執(zhí)行。

試驗(yàn)場對(duì)上述兩個(gè)測試都要求在電波暗室條件下進(jìn)行。GB/T 18387和 GB 14023相協(xié)調(diào)，聯(lián)合對(duì)車外接收機(jī)提供9kHz～1000MHz頻段范圍內(nèi)的保護(hù)。

3 整車電磁兼容（EMC）測試

3.1 測試場地及測量設(shè)備

半電波暗室——指的是裝有吸波材料的屏蔽室，用以排除其他發(fā)射源所產(chǎn)生的電磁波（如各種廣播通信發(fā)射塔等），避免這些背景噪聲影響到電磁兼容的測量結(jié)果。

測量接收機(jī)——是測試系統(tǒng)的核心部分，用來接收和分析騷擾信號(hào)，是電磁兼容測量中最關(guān)鍵的設(shè)備。

天線——是電磁輻射測量中必須要使用到的輔助測量設(shè)備，主要作用是發(fā)射或接收電磁波，在此試驗(yàn)中是指接收來自整車各種電子電器設(shè)備的輻射騷擾場強(qiáng)。

3.2 測試過程

（1）測試樣車進(jìn)入試驗(yàn)暗室，用千斤頂將車輛驅(qū)動(dòng)輪舉起（如圖2），進(jìn)入測試狀態(tài)。

圖2 測試車輛在電波暗室的試驗(yàn)照片

（2）測試方法依據(jù)GB/T 18387-2008中的電場和磁場強(qiáng)度測試方法，限值要求見表1表2：

①天線位置：電場強(qiáng)度探測棒天線置于地面上，距離車輛的最近部分為3±0.1m；磁場強(qiáng)度探測環(huán)天線放置固定在中心距地面上1±0.05m高，距車體3±0.2m遠(yuǎn)處。

②預(yù)測：車輛以 40km/h勻速運(yùn)行，對(duì)電場的垂直方向和磁場的3個(gè)正交方向進(jìn)行檢測，記錄數(shù)據(jù)，用以上同樣的方法，對(duì)車輛的其他3個(gè)側(cè)面進(jìn)行檢測。

③終測：根據(jù)以上測試結(jié)果，選出最大發(fā)射方向（即輻射干擾最強(qiáng)），車輛分別以16km/h和64km/h穩(wěn)定車速運(yùn)行，對(duì)電場的垂直方向和磁場的3個(gè)正交方向進(jìn)行檢測，記錄數(shù)據(jù)，出具實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 電場強(qiáng)度發(fā)射限值

表2 磁場強(qiáng)度發(fā)射限值

3.3 測試結(jié)果及分析

測試結(jié)果如圖3所示，在磁場頻率為7.1MHz和8.7MHz附近分別超標(biāo)3db和3db，實(shí)驗(yàn)不合格。

圖3 第一次頻譜測試結(jié)果

從測試結(jié)果可以看出，該混合動(dòng)力城市客車在小于30MHz的低頻范圍內(nèi)其磁場輻射超過了法規(guī)規(guī)定的限值。分析其最有可能的來源是開關(guān)電源或接地不良造成的。開關(guān)電源中的開關(guān)電路是電磁騷擾的主要源頭。

分析此混合動(dòng)力城市客車電器部件的輻射騷擾源，重點(diǎn)關(guān)注相比傳統(tǒng)客車多出來的高壓部件，如電機(jī)，電機(jī)控制器、整車控制器、三合一高壓配電柜（包括 DC/DC、DC/AC）、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）等。這些高壓部分模塊在正常工作中會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲，尤其是采用了開關(guān)電源技術(shù)的模塊，開關(guān)回路產(chǎn)生的高頻電磁干擾會(huì)很大程度上在整車運(yùn)行過程中影響輻射發(fā)射的測試結(jié)果。

測試過程中車輛要求以規(guī)定速度運(yùn)行，這些高壓部件都是保證車輛正常運(yùn)行的一個(gè)完整系統(tǒng)，無法用關(guān)閉其中一個(gè)部件排除的測試方法來確定輻射源。因此，為了順利通過整車 EMC試驗(yàn)，我們選擇對(duì)所有可能產(chǎn)生電磁輻射的高壓部件進(jìn)行抑制措施，優(yōu)化整改。

4 優(yōu)化整改措施

從 EMC設(shè)計(jì)要求角度來說，抑制干擾的措施主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。由于混合動(dòng)力城市客車的電機(jī)控制器、DC/DC、DC/AC等均采用了金屬外殼結(jié)構(gòu)，我們?cè)诓荒軐?duì)其內(nèi)部電路進(jìn)行較大的電磁兼容設(shè)計(jì)改動(dòng)的情況下，通過對(duì)外部電路，包括高壓電纜線（直流、交流），電機(jī)控制器電氣接口、三合一高壓配電柜電氣接口等進(jìn)行抑制措施，切斷干擾的傳播路徑。圖4圖5是屏蔽處理后的高壓電器倉；圖6圖7是增加的消除電磁干擾器件。

（1）檢查全車高壓線纜的屏蔽線，發(fā)現(xiàn)電機(jī)直流輸入線纜的屏蔽層并未引出，這樣導(dǎo)致高壓直流線束屏蔽效果比較差?，F(xiàn)場將電機(jī)控制器直流輸入線束的屏蔽層引出，固定在電機(jī)控制器的外殼上，其余高壓線纜也都把屏蔽層引出，就進(jìn)接地，牢靠搭鐵。

圖4 包裹銅編織網(wǎng)并引出搭鐵

圖5 高壓電纜線包裹銅編織網(wǎng)

（2）用銅編織網(wǎng)對(duì)全車高壓線纜進(jìn)行了包裹處理，控制高壓線纜產(chǎn)生的輻射干擾。

（3）聯(lián)合電機(jī)控制器工程師對(duì)電機(jī)控制器直流輸入端加入濾波電容，對(duì)ISG電機(jī)直流輸入端加入非晶磁環(huán)和濾波電容。調(diào)整電機(jī)控制器的搭鐵，減少搭鐵線長度，并用銅箔紙對(duì)電機(jī)旋變線進(jìn)行包裹；電機(jī)控制器低壓線束中增加非晶磁環(huán)，對(duì)高頻噪聲有很好的抑制作用。

（4）最后將高壓線束的屏蔽層通過引出線與外圍銅網(wǎng)連接，并且將三合一高壓配電柜的塑料格蘭頭更換為屏蔽性能較好的金屬格蘭頭。

圖6 增加濾波電容

圖7 增加磁環(huán)

5 再次測試

測試車輛進(jìn)入電波暗室，依照第一次試驗(yàn)程序，電磁輻射強(qiáng)度測試順利通過，結(jié)果見圖8圖9。

6 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

總結(jié)上述試驗(yàn)車輛電磁兼容（EMC）試驗(yàn)，過程中抑制措施簡單有效，解決了試驗(yàn)中的電磁干擾超標(biāo)問題，使試驗(yàn)順利通過。同時(shí)也為技術(shù)人員在后續(xù)改進(jìn)新能源客車電磁兼容（EMC）方面提供了有價(jià)值的方向。目前新車型已經(jīng)在EMC方面重視起來，其中的高壓部件EMC得到重點(diǎn)關(guān)注，整車需要零部件在開發(fā)階段嚴(yán)格考慮 EMC問題，不應(yīng)該由整車廠在整車環(huán)境下針對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行屏蔽、保護(hù)和濾波等；即 EMC是零部件開發(fā)時(shí)合理布局電路優(yōu)化出來的，而不是出現(xiàn)問題出方案整改出來的。

圖8 第二次磁場強(qiáng)度測試頻譜顯示結(jié)果

圖9 第二次電場強(qiáng)度測試 頻譜顯示結(jié)果

7 后期設(shè)計(jì)生產(chǎn)注意事項(xiàng)

（1）汽車零部件的設(shè)計(jì)必須滿足EMC設(shè)計(jì)要求并通過國家EMC認(rèn)證。

（2）整車高低壓電器設(shè)計(jì)應(yīng)考慮電磁兼容性問題，如動(dòng)力線應(yīng)采用屏蔽線，且屏蔽層接地良好，動(dòng)力線不宜太長，不應(yīng)繞圈，開關(guān)電路設(shè)備外殼應(yīng)接地良好等。

（3）整車電氣設(shè)計(jì)除了應(yīng)保證車輛對(duì)外輻射干擾盡量小外，還應(yīng)保證車輛車載電子設(shè)備不受自身其他車載設(shè)備的影響。

結(jié)束語

新能源汽車電磁兼容（EMC）試驗(yàn)是確保車輛安全、可靠運(yùn)行的基本保障，也是新能源汽車產(chǎn)品研發(fā)、檢測認(rèn)證和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵所在。很顯然，整車 EMC問題的解決應(yīng)從車載零部件著手，整車廠需要制定一套規(guī)范的車載零部件及整車的電磁兼容性能質(zhì)量管控體系。在明確整車需要達(dá)到的EMC技術(shù)指標(biāo)后，對(duì)零部件開發(fā)也要制定詳細(xì)地EMC測試評(píng)價(jià)指標(biāo)，零部件開發(fā)嚴(yán)格執(zhí)行，最終各個(gè)零部件都達(dá)到相關(guān) EMC技術(shù)指標(biāo)要求，最終實(shí)現(xiàn)整車電磁兼容性能技術(shù)達(dá)標(biāo)。

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[2] 許響林,劉青松,覃延明,李彬,翟建鵬.純電動(dòng)城市客車電磁兼容性試驗(yàn).[J]上海計(jì)量測試.2014-4 .

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[4] 重慶車檢院電磁兼容在客車上使用的要求——整車要求及與零部件對(duì)EMC的性能關(guān)系.電動(dòng)汽車資源網(wǎng).2016.11.09.