某重型商用車整車電磁兼容測試研究

趙雷雷， 朱亞萍， 羅旭東， 徐伊寧

（1.德創未來汽車科技有限公司， 陜西 西安 713700；2.比亞迪汽車有限公司， 陜西 西安 710119）

隨著汽車行業 “新四化” 的持續推進， 整車上的電子零部件的比重持續增加， 尤其是智能化、 網聯化和電動化的發展， 在現階段以及未來一段時間內， 對重型商用車電氣系統會產生深遠的影響， 成為帶動未來汽車產業發展的主要動力之一。 然而隨著車載電子設備的不斷增加， 導致有限的汽車空間內電磁信號愈來愈密集， 車載控制器與負載之間的電磁干擾現象越來越多。 同時， 由于5G技術的快速發展， 汽車本身所處的外部電磁環境也越來越復雜， 越來越惡劣， 嚴重影響著整車各電子零部件的正常運行， 甚至影響駕駛室內人體健康。 另外， 近年來國家對于整車電磁兼容方面的要求也更加嚴苛， 這些都促使商用車電氣系統的產品開發過程在電磁兼容方面投入更多的精力。

下面以我公司某款重型商用車整車電磁兼容測試、 驗證以及整改實踐為例， 進行整車電磁兼容測試、 整改方面的介紹。

1 整車輻射發射測試

1.1 測試標準及要求

按照GB 34660—2017 《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》， 整車輻射發射測試分為寬帶輻射發射測試和窄帶輻射發射測試， 兩種測試方法的測試頻段均為30 ～1000MHz， 只是在測試工況和測試限值上有所區別， 具體見表1。

表1 整車輻射發射測試項對比

1.2 測試過程

按照GB 34660的測試方法， 在10m法電波暗室中進行整車電磁兼容測試工作。 按照以下幾個步驟進行測試。

1） 車輛ON擋， 發動機不啟動， 中控屏、 駐車空調系統、 收音機、 近光燈、 危急報警燈、 室內頂燈等持續開啟，雨刮處于高速擋模式 （掛刷抬離前擋風玻璃）， 進行整車窄帶輻射發射測試， 測試結果如圖1~圖4所示。

圖1 左側水平極化窄帶輻射發射結果

圖3 右側水平極化窄帶輻射發射結果

圖4 右側垂直極化窄帶輻射發射結果

2） 車輛發動機啟動后保持在1500r/min， 車輛車速為50km/h， 中控屏、 空調系統、 收音機、 近光燈、 危急報警燈、 室內頂燈等持續開啟， 雨刮處于高速擋模式 （掛刷抬離前擋風玻璃）。 在此種情況下開展整車寬帶輻射發射測試。 測試結果見圖5~圖8所示。

圖5 左側水平極化寬帶輻射發射結果

圖6 左側垂直極化寬帶輻射發射結果

圖7 右側水平極化寬帶輻射發射結果

圖8 右側垂直極化寬帶輻射發射結果

1.3 測試結果

根據以上測試結果， 發現車輛在ON擋和發動機啟動兩種情況下， 車輛電磁輻射發射值均在30~40MHz的范圍內超標。

2 問題原因分析、排查

根據測試結果， 可以初步判斷， 整車輻射發射超標應該和車輛上的某個在ON擋時供電的用電器輻射發射超標有關。 由于車輛在ON擋時工作的用電器太多， 為了更好地進行車輛輻射發射超標原因排查， 在電波暗室里面， 分別按照下列多種測試情況進行問題排查。

1） 車輛上ON擋電： 輻射發射測試超標。 結論： 判斷不合格用電器在ON擋時已經處于工作狀態。

2） 車輛上ACC擋： 輻射發射測試超標。 結論： 判斷不合格用電器在ACC擋時已經處于工作狀態。

3） 車輛在OFF擋： 輻射發射測試超標。 結論： 判斷不合格用電器在OFF擋時已經處于工作狀態。

4） 車輛在B+擋： 輻射發射測試恢復正常限值內。 結論： 判斷車輛在整車僅B+電時該不合格用電器未工作。

通過以上分析， 最終得出結論， 影響整車輻射發射超標的用電器應該為30+電源供電； 而通過對整車配電電路（圖9） 進行分析， 在30+電源工作下工作的有： 底盤電器盒（F1-125A）、 逆變電源 （F2-100A）、 電動壓縮機 （F4-5A）以及右轉彎提醒 （F5-5A） 等4個部件。

圖9 整車配電電路

在現場分別斷掉F1、 F2、 F4、 F5等4個熔斷絲后， 對整車的輻射發射進行測試， 測試結果見表2。

表2 試錯法過程及判斷結果

從表2所示過程及結果分析， 整車輻射發射超標和F4電動空調壓縮機有關。 經過線束原理圖確認， 該熔斷絲為駐車空調壓縮機控制器供電， 故初步判斷為駐車空調壓縮機低壓供電電路導致整車輻射發射超標。

為驗證測試超標確實是因駐車空調壓縮機控制器供電導致， 現場去掉空調壓縮機控制器供電連接器， 重新進行整車輻射發射測試， 測試后的結果如圖10所示。

圖10 去掉空調壓縮機控制器供電電源后的整車輻射發射測試結果

現場通過以上測試結果對比， 確定影響整車輻射發射超標的最終原因為駐車空調控制器供電電源。

3 問題整改

經過對原車駐車空調的工作原理進行分析， 發現輻射超標是由控制器里面24V轉12V的DC電源及MOS管開關引起。 針對這種情況， 對空調壓縮機控制器電源原理進行了如下更改。

1） 將UC3843隔離電源改為LM2576非隔離DC電源， 這樣可以避開低頻段的干擾， 更改后的局部電路如圖11所示。

圖11 更換隔離電源后的局部電路原理圖

2） 將MOS管的開關下降沿的斜率降低， 降低MOS管關閉引起的輻射， 將圖中的D402去掉， 更改后的局部電路如圖12所示。

圖12 去掉D402后的局部電路原理圖

3） 控制端增加一個共模電感， 驅動器的搭鐵與外殼通過電容連接， 增加過濾及屏蔽效果， 更改后的局部電路圖如圖13所示。

圖13 增加共模電感后的局部電路原理圖

4 整車輻射發射復測驗證

圖15 車輛左側垂直極化曲線 （窄帶輻射發射）

對于整改后駐車空調壓縮機的樣車進行整車寬帶輻射發射和整車窄帶輻射發射測試， 窄帶輻射發射測試結果見圖14~圖17所示， 寬帶輻射發射測試結果見圖18~圖21和表3~表6。

圖2 左側垂直極化窄帶輻射發射結果

圖14 車輛左側水平極化曲線 （窄帶輻射發射）

表6 車輛右側垂直極化數值 （寬帶輻射發射）

圖16 車輛右側水平極化曲線 （窄帶輻射發射）

圖17 車輛右側垂直極化曲線 （窄帶輻射發射）

圖18 車輛左側水平極化測試曲線 （寬帶輻射發射）

圖21 車輛右側垂直極化 （寬帶輻射發射）

表3 車輛左側水平極化測試數值 （寬帶輻射發射）

圖19 車輛左側垂直極化 （寬帶輻射發射）

表4 車輛左側垂直極化數值 （寬帶輻射發射）

圖20 車輛右側水平極化 （寬帶輻射發射）

表5 車輛右側水平極化數值 （寬帶輻射發射）

從駐車空調壓縮機整改后測試的整車輻射發射數據可以看出， 整車的寬帶輻射發射限值和窄帶輻射發射限值在30~40MHz范圍內都有了較為明顯的下降， 且測試值均滿足GB 34660—2017的限值要求， 說明在第一次整車輻射發射摸底時的數值超標主要是因駐車空調壓縮機導致。

5 總結與反思

隨著汽車行業的電動化、 智能化的快速推廣， 商用車，尤其是重型商用車的整車電磁環境日趨復雜， 對整車電氣系統的電磁穩定性和適應性提出了更高要求。 我們在產品開發過程中， 要加強對電氣產品， 尤其是大功率用電器和控制器的電磁兼容性能要求， 以提升整車產品的可靠性。在進行PCB設計的時候， 一定要注意控制電路中的開關電源對其他器件或者系統的干擾。 另外， 要注意搭鐵設計，避免因搭鐵設計導致電磁兼容問題出現。