整車EMI輻射發射特性及問題改進

李相榮

整車EMI輻射發射特性及問題改進

李相榮

Li Xiangrong

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

針對整車主要零部件EMI（Electro-Magnetic Interference，電磁干擾）試驗過程中的輻射發射特性，說明EMI發生原理；通過實例分析，提出汽車EMI相關問題的改進措施，明確分析問題的技術手段，為汽車EMC（Electro-Magnetic Compatibility，電磁兼容）試驗分析的改進工作提供指導與借鑒。

EMI；EMC；智能化

0　引言

汽車EMI（Electro-Magnetic Interference，電磁干擾）性能是汽車EMC（Electro-Magnetic Compatibility，電磁兼容）性能的關鍵指標之一，直接影響汽車設計的安全性能。為了確保整車EMI性能，需對各系統零部件的EMI性能進行驗證。

隨著電動汽車的智能駕駛輔助系統廣泛應用，電子電路高度集成化，汽車的電磁環境更加復雜，相互影響難以判斷，強化產生輻射電磁波或共模電流，進而產生無益的電磁發射。

本文分析汽車主要零部件的EMI性能，并進行試驗驗證和結果分析，為汽車前期EMI性能指標設定提供有效支撐[1]。

1　EMC

EMC是電子、電氣設備或系統在預期的電磁環境中按照設計要求正常工作的能力，是電子、電氣設備或系統的一種重要技術性能，主要包括以下3個方面。

（1）EMI：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，不應產生超過相應標準所要求的電磁能量。

（2）EMS（Electro-Magnetic Susceptibility，電磁敏感度）：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，設備或系統能承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾。

（3）電磁環境：系統或設備的工作環境。

目前，國內整車EMI試驗標準主要包括GB/T 18387—2017《電動車輛的電磁場發射強度的限值和測量方法》、GB 34660—2017《道路車輛電磁兼容性要求和試驗方法》，本文采用GB 34660—2017進行整車EMI性能分析。

2　整車EMI性能試驗

GB 34660—2017標準的試驗目的主要是測量汽車整車輻射發射量水平，輻射發射水平不超過標準限值為合格，其寬帶電磁輻射發射試驗方法為：在10 m長暗室內，車輛在轉鼓上以40 km/h車速勻速運行，開啟汽車大燈、雨刮、雙閃、空調系統，在30～1 000 MHz頻率范圍內測量電磁輻射；主要試驗設備見表1。

表1　電磁輻射發射試驗測試儀器

按照GB 34660—2017要求，測試寬帶下汽車零部件單體輻射發射量以及相互耦合后的輻射發射量，試驗零部件包括汽車大燈、雨刮、雙閃、空調4部分，這些部件也是國標要求的主要測試部件。

以某款電動汽車為例，進行各項EMI測試。

2.1　ready狀態測試

汽車ready狀態即車輛已經做好所有準備，并啟動成功，此時高壓和低壓系統都已通電。

在進行此項試驗時，試驗車輛的所有電器件均關閉，試驗布置如圖1所示，試驗結果如圖2所示。

圖1　整車試驗布置

圖2　整車ready狀態輻射發射水平

由圖2可以看出，電車ready狀態下輻射發射水平很低，說明其自身輻射發射控制較好，此項試驗數值是后面各項測試的基礎。

2.2　只開啟空調后測試

進行此項試驗時，在ready狀態基礎上只開啟試驗車輛的空調，其他測試過程不變，試驗結果如圖3所示。

圖3　整車只開啟空調后輻射發射水平

對比圖3、圖2發現，30～60 MHz頻率范圍內，空調系統的輻射發射非常明顯，并且在300 MHz、450 MHz頻率下出現了尖峰。

2.3　只開啟大燈后測試

進行此項試驗時，在ready狀態基礎上只開啟試驗車輛的大燈，其他測試過程不變，試驗結果如圖4所示。

圖4　整車只開啟大燈后輻射發射水平

對比圖4、圖2發現，30～60 MHz頻率范圍內大燈系統的輻射發射非常明顯；對比圖4、圖3發現，30～60 MHz頻率范圍內大燈系統與空調系統的輻射發射水平基本相同。

2.4　只開啟雙閃后測試

進行此項試驗時，在ready狀態基礎上只開啟試驗車輛的雙閃，其他測試過程不變，試驗結果如圖5所示。

圖5　整車只開啟雙閃后輻射發射水平

對比圖5、圖2發現，30～60 MHz頻率范圍內雙閃的輻射發射非常明顯；對比圖5、圖4、圖3發現，30～60 MHz頻率范圍內雙閃、大燈系統與空調系統的輻射發射水平基本相同。

2.5　只開啟雨刮后測試

進行此項試驗時，在ready狀態基礎上只開啟試驗車輛的雨刮器，其他測試過程不變，試驗結果如圖6所示。

圖6　整車只開啟雨刮器后輻射發射水平

對比圖6、圖2發現，30～60 MHz頻率范圍內雨刮器的輻射發射非常明顯；對比圖6、圖5、圖4、圖3發現，雨刮器在47～60 MHz頻率范圍內比雙閃、大燈系統與空調系統的輻射發射水平高，并且在130～250 MHz頻率范圍內出現很多尖峰。

2.6　同時開啟雨刮、大燈、雙閃、空調后測試

進行此項試驗時，在ready狀態基礎上同時開啟試驗車輛的雨刮器、雙閃、大燈系統和空調系統，其他測試過程不變，試驗結果如圖7所示。

圖7　整車同時開啟空調、大燈、雙閃、雨刮器后輻射發射水平

將圖7與圖3～6進行對比發現，單個零部件的發射特性在共同作用下仍能顯現（圖7中圓圈內曲線），4個零部件共同工作相互耦合后的空間輻射發射特性包含有各自特征。

通過上述試驗過程和數據對比分析，確定關鍵零部件的發射特性及頻點，基于此對于后面試驗中出現的數據超出限值問題，可以快速排查，找出根因零部件。

3　實例分析

針對某款車型EMI超標問題進行分析及改進。

3.1　問題描述

按照GB 34660—2017測試要求，同時開啟車輛雨刮器、雙閃、大燈系統和空調系統，進行整車輻射發射水平測試，結果如圖8所示。

圖8　問題整車輻射發射水平

由圖8可知，34 MHz頻率的整車輻射發射水平超出限值很多，60 MHz頻率的整車輻射發射水平超出限值一定值。

3.2　原因分析

通過以下步驟對整車EMI超標問題查找原因。

（1）仍然采用上文測試方法，逐一關閉已開啟的電器件（雨刮器、雙閃、大燈系統和空調系統），經過測試發現未對試驗結果產生影響，因此排除以上各電器件EMI超標問題。

（2）結合排查經驗，采用手持式頻譜儀和進場探頭進行探測排查機艙內各電器系統及線路，發現在快充高壓繼電器檢測線處的輻射發射強度較高，在34 MHz頻率出現較大尖峰，如圖9所示。

圖9　排查測試點位

（3）在確定信號產生源的前提下，分析傳播路徑，對快充高壓線束進行輻射發射強度分析，測量發現30 MHz頻率下快充高壓線束的每個端口均具有較大發射量，根據改進經驗及波長和頻率關系（波長=波速/頻率），30 MHz對應波長為10 m，快充線束長度為2.2 m，接近四分之一波長，理論判斷快充線束作為了發射天線。通過以下方法進行驗證：在線束外層增加屏蔽層和利用快充口PE（Protective Earthing，保護接地）線接地點進行接地，發現快充高壓線束的每個端口的發射量很小，由此判斷2.2 m長快充高壓線束作為了發射天線，如圖10所示。

圖10　高壓快充接口

3.3　改進方案

3.3.1信號源改進

針對由共模電流產生的快充線輻射發射問題，通過以下方法進行改進。在連接器板子位置就近對殼體增加1 nF濾波電容，大概濾波10 MHz頻率，并增加磁環，如圖11所示。

圖11　快充繼電器檢測線改進

改進后測試結果如圖12所示。

圖12　增加濾波電容和磁環后整車輻射發射水平

對比圖12、圖8發現，34 MHz頻率的輻射發射降低了5 dB，但仍未達標，60 MHz頻率的輻射發射降低約8 dB。

3.3.2信號源改進+信號傳播途徑改進

在信號源改進基礎上，針對快充線束為非屏蔽線束問題，將其改為屏蔽線束，測試結果如圖13所示。

圖13　快充繼電器檢測線改進及快充線束改為屏蔽線束后整車輻射發射水平

對比圖13、圖12發現，改進后34 MHz頻率的輻射發射水平低于限值，但離限值線過近，裕量不足，后期存在一定風險，60 MHz頻率的輻射發射水平也有較大降低。

3.3.3更優改進方案

上述兩項措施的改進效果并不讓人滿意，通過論證發現快充繼電器粘連檢測模塊功能單一，可由其他系統模塊的功能替代（更新軟件底層架構），判斷去除此模塊并不影響汽車功能及安全，同時考慮到改進時效和成本，最后確定去掉此模塊。

綜上，最終改進方案為：在連接器板子位置對殼體增加1 nF濾波電容，并將快充線束改為屏蔽線束，同時取消快充繼電器粘連檢測模塊，改進后測試結果如圖14所示。

圖14　最終改進后整車輻射發射水平

對比圖14、圖13發現，改進后34 MHz、60 MHz頻率的輻射發射水平明顯低于限值，并且裕量較大，有效降低了一致性風險，改善效果顯著。

4　總結

針對整車EMI測試及超標問題，可通過以下思路解決問題：

（1）首先排查試驗過程中開啟的電器件，采用排除法逐一確認，這是初步基礎工作；

（2）其次查找信號源的產生點位，這個過程需要花費較多時間，經驗判斷在其中發揮很大作用；

（3）之后查找信號源的傳播途徑；

（4）最后針對信號源和傳播途徑制定相應的改進方案，并進行驗證和確認。

通過以上梳理，為同行提供了解決EMI超標問題的流程和經驗，具有一定實際應用價值。

[1]鄭奇. EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M]. 北京：電子工業出版社, 2010.

2022-11-08

1002-4581（2023）02-0030-05

U463.68

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.02.008