電磁輻射強度的采集與復現技術在汽車測試上的應用

文/滕添益

【機動車專欄】

隨著汽車電子技術的發展，車輛上各種復雜電子器件的數量越來越多，車載電子器件本身的電磁輻射問題不僅會影響車輛周圍的無線電設備，還會通過傳導或者輻射的方式影響車輛上電子部件工作的可靠性，這直接關系到車輛的行駛安全。另外，日益復雜的外部電磁環境，使得車載電子設備的抗干擾能力成為車輛可靠性與安全性的重要衡量指標。

現如今，常用的車輛抗擾度測試方法是在半電波暗室內部進行的[1]。車輛被放置在底盤測功機上，通過模擬車輛的運動狀態，評判車輛動態工況下的抗電磁輻射性能。依據的標準通常是參考ISO 11451“道路車輛 來自窄帶輻射電磁能的電氣騷擾的車輛試驗方法”系列標準或ECE R10.05《電磁兼容性方面批準車輛的統一規定》[2]。標準中電磁輻射強度的值給出了恒定的值，如：30 V/m。

但是，實際外部電磁場環境中車輛所受到的電磁干擾與實驗室產生的電磁輻射強度有著怎樣的關系？如何對比兩者的強度？這不是一件容易的事。因此，建立外部電磁環境與實驗室電磁環境的對比方法是非常重要的。

一、車輛電磁環境數據采集

1. 電磁環境采集的方法

電磁環境數據的采集即是對電磁環境的特征量通過預測、測試和分析等手段進行直接或間接的獲取。根據采集的數據來源，可以將采集類型分為3種：資料數據采集、模擬數據采集和現場采集。其中，現場采集是指運用測試設備構建采集系統，并直接在系統上采集數據，這些數據就是資料數據的基礎。用車輛進行外場電磁輻射強度數據的采集可以利用現場采集的方式。

在整車電磁兼容抗擾度測試中，主要由3種測試內容組成（見表1）。

表1 機動車整車電磁兼容抗擾度測試方法與標準

其中，車外輻射源抗擾度測試模擬的是外部環境中的電磁輻射強度；車載發射機抗擾度測試模擬的是車輛上的無線電發射設備發出的電磁輻射強度；大電流注入抗擾度測試模擬的是整車線束中通過傳導方式或自由空間輻射耦合進入線束的電磁能量[5][6]。

汽車外部電磁環境采集主要關注環境中存在的電磁輻射能量。由于車輛本身存在大量的金屬部件，自由空間的電磁輻射會因為金屬材料對于電磁波的反射造成電磁場的不均勻性。所以，電磁輻射強度探頭放置的位置對于測量值的影響很大，測量的不確定度會非常高。因此，采用這種方式存在一定的局限性。

車輛上的線束就像車輛的神經網絡，選取車輛線束上的固定位置，在線束上夾上電流探頭就能夠監測線束上耦合到的干擾電流值。通過對干擾電流值的測量就能衡量自由空間輻射場對于車輛產生的實際干擾強度。

2. 電流探頭的布置

在布置電流探頭時，選取合適的線束非常重要。不同長度與位置的線束對于耦合到空間電磁干擾的能力是不同的。根據車輛上走線的位置和長度，在實際布置中選取燃油泵電子模塊線束（PEM）、無鑰匙進入系統線束（KVM）、氣囊控制塊線束（RCM）和防抱死剎車系統線束（ABS）。

圖1 車內電流探頭布置位置示意圖

準備好車輛，進行探頭布置，剝開車內飾板后露出線束，在線束上夾上電流探頭，利用同軸電纜將4個位置的探頭與集線盒進行連接，集線盒再與接收機相連。車輛在行駛中利用接收機的最大值保持功能，記錄某一段特定長度道路上的電磁輻射強度。

3. 數據的采集

在數據采集時可以不考慮電流探頭的探頭因子。因為，在實驗室進行電磁輻射強度復現時是直接比對接收機上的值，故在測量時可以忽略探頭因子。

電磁輻射強度的數據采集點選擇了G60滬昆高速浙江省蘭溪市游埠鎮路段某處的短波發射站。道路上的車輛時常會受到干擾，并出現車輛異常的情況。

在測試時，同時利用電磁輻射強度探頭對環境中的電磁輻射強度進行測量，將測量結果作為參考數據，以便在實驗室復現時進行參考。測量的位置為：路面上高度為1 m處的電磁輻射強度和車內中控臺上的電磁輻射強度（見圖2）。

圖2 電磁輻射強度探頭布置位置

二、測試結果的分析與實驗室復現

1. 結果分析

通過電流探頭測量得到的數據單位為dB A。測量發現該短波發射站的信號頻率主要有3個頻點，分別為：7.3 MHz、11.77 MHz和15.17 MHz。信號發射的時間也不同。采集到的現場電磁輻射強度數據詳見表2。

表2 外場電流探頭值dBμA

在現場進行數據采集時，車輛在15.17 MHz頻率的照射下有故障出現。故障現象為車輛發動機轉速波動、儀表盤信號指示燈閃爍。各頻率點對應的電磁輻射強度見表3。

圖3 實驗室輻射抗擾度布置照片

圖4 實驗室線路連接示意圖

表3 外場電磁輻射強度記錄V/m

對實際探測到的電流探頭值、電磁輻射強度的頻率與數據進行分析可知，高強度電磁場的產生與車輛故障現象是有直接關系的。輻射強度也已經超過了國際標準定義的30 V/m的電磁輻射強度[7]。

2. 實驗室電磁輻射強度復現

當車輛回到實驗室后，就可以利用車輛上的電流探頭進行實驗室電磁環境下的數據采集與比對。由于外場的干擾頻率集中在短波頻段，所以，實驗室選用的輻射發射天線為整車帶狀線。

測試前，需要利用測試電纜把各個電流探頭接到實驗室的接收機上，并在電纜上套上磁環以抑制低頻情況下的電纜表面電流，避免對測試數據造成影響。實驗室采集電流探頭讀數時，需要連接較長的同軸電纜。所以，在測試前同時需要對電纜進行衰減系數的校準，補償到測試軟件內，以求更準確地測量到電流探頭的數據[8][9]。測試布置詳見圖3，實驗室線路連接詳見圖4。

測試過程中通過射頻信號源產生對應頻率的信號，并由射頻功率放大器進行放大后輸出到整車帶狀線，使得整車帶狀線產生電磁場，由電磁輻射強度探頭對電磁輻射強度進行監測，以準確測量實驗室里產生的電磁輻射強度。

當天線發出的電磁輻射強度達到100 V/m時，記錄下各位置電流探頭的數值，并和外場數據進行比較。

在實驗室的測試過程中，車輛出現與外場一致的故障現象。

表4 外場采集數據與實驗室復現數據比較dBμA

由試驗數據可知，在7.3 MHz和11.77 MHz的頻率點，實驗室電磁輻射強度達到100 V/m時，電流探頭上的數值基本上和外場測得的數值接近，復現了外場電磁輻射強度；但是在15.17 MHz頻率點，由于采用10 kW的功率放大器已經輸出到最大功率（見圖5），所以，實驗室產生的電磁輻射強度還沒有達到外場所產生的電磁輻射強度。

圖5 在15.17MHz頻率下的實驗室電磁輻射強度與外場電磁輻射強度比對圖

三、結 語

電磁輻射強度的采集與復現在電磁兼容測試領域一直是一個比較前沿的工作，采用車上主要線束上耦合電流的方式采集車輛實際受到的電磁干擾是可行的。利用電流探頭能夠準確地測得外場的電磁輻射強度，并能夠依據采集到的電流數據在實驗室復現所需要的電磁輻射強度。以電流探頭采集電磁輻射強度的方法相比于直接用電磁輻射強度探頭探測環境的方向有著更好的準確性和不受周邊金屬物體干擾的特性，是一種準確有效的測量電磁輻射強度方法。

信息專遞——

長三角食品安全合作組專題會議在皖召開

10月16日至17日，在安徽蚌埠市召開2019年長三角食品安全合作組專題會議，重點研究推進長三角地區食品安全追溯體系建設和整治食品安全問題聯合行動工作。會議認真學習了區塊鏈技術有關知識，聽取了上海市食品安全追溯工作情況介紹，集中研討了推進長三角食品安全追溯工作措施和協同開展整治食品安全問題聯合行動具體辦法。