30MHz以下电动车辆电磁兼容测试方法研究

黄雪梅，雷剑梅，陈立东，赖志达

（汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆 400039）

引言

关于电动汽车电磁兼容的研究，国内外均处于起步阶段。从可查到的资料表明，国外开展对电动汽车电磁兼容性的研究大致从上世纪90年代开始，主要针对驱动系统、CAN 总线的电磁兼容问题。国内的科研单位和高校对电动汽车的电磁兼容问题同样重点研究了驱动系统和CAN 总线。与国外相比，国内的研究在深度和方法上尚存在较大差距。但总体来看无论国内国外，离解决电动汽车电磁兼容实质性的问题还有很大的距离。目前的研究中存在的主要问题有：①研究内容大部分集中在零部件，极少部分为子系统；②仅局限于传导电磁干扰的研究，频率不超过30MHz；③仿真方法单一；④对验证仿真模型的实验方法的研究开展得较少。

目前电动汽车整车层面的电磁兼容标准已出台，GB/T 18387-2008[1]和GB 14023-2010[2]，前者专门针对电动车辆，后者适用于一切车辆。GB/T 18387-2008 等同于美国汽车工业协会标准SAE J551-5:2004[3]，虽为推荐标准，但目前作为强制标准在执行，但是执行过程中发现该标准存在诸多实用性和操作性不强的地方，美国汽车工业协会与2012年5月推出SAE J551-5:2012[4]，文章率先研究该标准，深度剖析，并与SAE J551-5:2004 对比在此基础上，针对GB/T 18387-2008 提出若干修订建议，以提高其实用性和可操作性。

1 GB/T 18387-2008 的执行研究

自2008年9月开始实施GB/T 18387-2008 以来，关于电动车这个测试项目在行业内引起了强烈反响，为此全国无线电干扰标准化技术委员会D 分会组织讨论了多次，关于该标准在执行过程中的诸多问题，本文结合多次测量经验总结该标准的执行情况。

1.1 天线位置

标准中只规定了天线距离，没有明确天线处于车身的具体位置，辐射发射测试过程中基本是根据车辆主要辐射源所处位置和测试经验布置天线，对于车辆较长的，标准中没有规定其测试点；另外，环天线的Z 方向极化，缺乏标准的测试夹具及规范，各机构的测试布置不统一，测试意义并不大。

1.2 恒定车速

如果测试采用绝缘的千斤顶进行，测量过程中存在车速没法恒定的问题，在这种条件下，需要研究允许的车速波动范围，以便于实际操作。随着实验室条件的逐步完善，优先采用测功机进行测量。

1.3 最大发射面的选择

在GB/T 18387-2008 中，预测时（恒定车速40km/h），车辆的最大发射面是根据车辆4 个侧面预测试的最高电平确定的，但是该电平是基于绝对值进行判定还是基于测试电平与限值的相对值进行判定，标准中并没有明确。

1.4 车辆运行条件

车辆终测运行在恒速（16km/h 和64km/h），很难找到最大骚扰发射，需要寻找带有典型意义的最大发射车辆运行条件。

1.5 混合动力车的测试工况

对于GB/T 18387-2008，由于部分混合动力车在电机独立驱动时，由于输出功率有限，达不到标准中规定的一个或几个车速，标准中并未规定在此种情况下如何测试；目前有许多投入市场的混合动力车辆，电机只是在启动和加减速时暂态工作，在匀速过程中电动机很可能在非工作状态。这时整车辐射不在最大发射状态，测试实际意义不大。对于这种型式的车辆测试，目前标准还没有具体的规定。需要进一步研究其有意义的测试工况（例如动力接通、加速过程、减速过程以及临界车速等），开展此项目的研究工作，对标准进行细化，尽可能使电动汽车工作在最大辐射状态进行测试。

1.6 加载测试

空载测试可能会降低辐射发射电平，另外电动汽车在加载状态下会使车辆的工作电流和功率加大，势必影响电动汽车的辐射发射水平，因此需要开展电动汽车在加载状态下的电磁辐射发射研究。

2 SAE J551-5:2012 研究与修订建议

2.1 限值

2.1.1 辐射发射限值

SAE J551-5:2012 取消了9kHz 到150kHz 辐射发射的测量要求，增加了电场平均值测量。对GB/T18387-2008和SAE J551-5:2012 限值进行计算和比较，峰值检波电场和磁场辐射发射强度对比见表1 和表2，推荐的电场发射和磁场发射的限值曲线如图1 和图2，其中图1 中的红色曲线代表电场平均值限值。

2.1.2 传导发射限值

如果车载充电器的开关频率应在9kHz 以上，车辆在充电状态下必须满足FCC Part15A 和15B[5]的限值要求。

表1 峰值电场发射限值

表2 峰值磁场发射限值

图1 电场发射限值曲线

图2 磁场发射限值曲线

2.2 辐射发射

2.2.1 天线布置

1）电场天线位置要求

棒天线置于地面上，距车辆的最近部分为3m±0.03m，在车辆的前后左右四个位置进行测试，如图3 所示。①车辆的前面和后面，沿着车辆中心线；②车辆的左右侧，沿着前后轮之间的中心线。

2）磁场天线位置要求

环天线中心置于地面以上1m±0.05m，距车辆的最近部分为3m±0.03m。

天线支座应能从两个极化方向支撑屏蔽环，即法向和切向：①法向：获得水平指向车辆的最大磁响应时的环方向；②切向：垂直于法向的环方向，如图4 所示。

2.2.2 试验条件

1）测功机要求

取消采用绝缘支撑来测试电动车辆，测试场地必须有测功机，测功机应能实现所有驱动轮等速运行，还能提供连续道路负载扭矩，速度至少高达95km/h。测功机的鼓必须是金属的，其支撑结构必须与暗室实现有效接地连接。

图3 电场天线位置

图4 磁场天线位置

2）接收机

测量仪器应满足GB/T 6113.101[6]的要求，测量仪器的本底噪声应满足6dB 要求，扫描接收机的带宽、步长和驻留时间设置如表3 所示。

3）天线

天线应满足GB/T 6113.104[7]的要求，下列天线用于本实验：电场天线——带有天线匹配单元的1m 垂直单极子；磁场天线——60cm 静电屏蔽环天线。

2.2.3 最大发射工况确定过程以及终测过程

SAEJ551-5:2012 与GB/T18387-2008 最大的改进在于辐射发射测试方法和测试过程的改变，GB/T18387-2008是以40km/h 的恒速进行预扫描，寻找最大电场发射面和磁场发射面，最后在各自的最大发射面上以16km/h 和64km/h 的恒速进行终测，判断此时的测试结果是否超过满足标准限值要求。

结合SAEJ551-5:2012，推荐首先寻找最大发射对应的测试条件，然后在对应的测试条件下采用测试组合完成终测。固定测试位置，寻找最大发射对应的测试工况。车辆的发射水平以车辆运行条件为基础，每种运行条件下的默认参数值见表4，通常把车辆运行条件分为3 类：制动、爬坡和巡航。

对于每种运行条件，将天线置于驾驶员侧，进行如下推荐的最大化测试过程：

①利用表3 中的默认值进行电场峰值扫描；

表3 接收机参数设置

表4 最大发射参量

②从测试结果，找出测试值最接近限值的发射点对应的频率点；

③在步骤②得到的频率点上，在表5 的变量范围内改变参数，如果观察到有意义的可重复的发射增长（>2dB），则用产生这个最大发射对应的参量值代替默认值，并将新的参量值作为运行条件并应用到对应的运行条件、场分量（电场或磁场）和检波器的组合中。

④对另外三种场分量（电场或磁场）和检波器的组合，重复步骤①、②、③。

记录每一种运行条件、场分量和检波器组合下对应的参量值，车辆应在每一个最大车辆运行条件下，四个天线位置分别进行终测，最后判断测试结果是否满足标准限值要求，场分量和检波器的四种组合见表5。

2.3 传导发射

传导发射测试必须在屏蔽室进行，为了隔离影响测试结果的环境射频发射；LISN 与车辆的连接线缆以及布置如图5 所示；LISN 直接固定在车辆下方的反射地板，或者用接地带连接，接地带尽量短，最大长宽比是7；使用多个LISN 的时候，每个50 欧姆端子必须连接检测仪器或50 欧姆负载。

车载充电器应在最大充电速率的80%和最小充电速率下进行，如果车俩设计有多个充电电源电压，在每个电压上均应对导线进行发射车辆，在规定的测试频率范围，进行扫频测试，同时记录数据。

表5 场分量和检波器组合

图5 传导发射布置图

如果充电数字控制电路或开关电路使用频率超出1.705MHz 时，应再进行充电系统的辐射发射测试，依据文献[8]进行测试，使用平均值检波器，频率范围为30MHz～1000MHz。

3 总结

对30MHz 以下电动车辆的辐射发射及其子充电状态下的传导发射试验方法进行了深入研究，总结了GB/T 18387-2008 在执行过程中不具操作性的各种方面，结合SAE J551/5-2012，提出针对GB/T 18387-2008 的修订建议，包括电动车辆辐射发射的天线位置、限值、测试条件、测试过程、测试组合以及电动车辆在充电状态下的传导发射限值、运行条件、测试频段等，从而提高30MHz 以下电动车辆电磁兼容测试标准的实用性和可操作性。

[1]GB/T 18387-2008, 电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法宽带9kHz ～30MHz [S].

[2]GB 14023-2011, 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性 用于保护车外接收机的限值和测量方法[S].

[3]SAE J551/5-2004, Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, Broadband, 9 kHz To 30 MHz[S].

[4]SAE J551/5-2012, Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, Broadband, 150kHz To 30 MHz [S].

[5]FCC，Part15A and Part15B Radio frequency devices General and Unintentional radiators

[6]GB/T 6113.101-2008,无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-1 部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备 测量设备[S].

[7]GB/T 6113.104-2008,无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-4 部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备 辅助设备 辐射骚扰[S].

[8]CISPR 12:2007+A1:2009, Vehicles, boats and internal combustion engines – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement for the protection of off-board receivers[S].