整车辐射发射测试及整改

马方驰，高 京，韩发娟，贺成坤

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

汽车上大量电子电气设备的应用，如电机、控制器、高频数据通信设备等，造成车内系统之间以及车辆对外电磁辐射升高，整车电磁兼容状况恶化。如何准确测试整车辐射骚扰值，当电磁辐射超过法规要求时又如何排查问题点并进行系统级整改，成为整车厂需要面对的一个新问题。本文从整车辐射骚扰测试的实际过程出发，介绍了基本测试方法和技术要点，通过对被测车辆的多轮排查分析，确定辐射骚扰源，最终优化设计，降低了整车对外辐射骚扰值，改善了该平台车型电磁兼容状况，为后续车型的开发积累了经验。

1 整车辐射发射测试方法

电磁兼容性，指的是设备或系统在电磁环境中能够正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。汽车电磁兼容性，即车辆或零部件或独立技术单元及其周围的空间中，在一定的时间内 （运行的时间），在可用的频谱资源条件下，汽车本身及其周围的用电设备可以共存不致引起降级。

整车辐射骚扰测试主要参考的标准是CISPR12［1］，其对应的国家标准是GB14023，为公告强检项目。CISPR是国际电工委下属的国际无线电干扰特别委员会。其测试目的是在30～1000MHz频率范围内对居住环境中的广播接收机提供保护，同时也对该环境中的其他相关电子设备提供保护。

整车辐射发射测试可以在电波暗室或开阔场［2］进行，由于目前外场电磁环境的恶化，因此绝大多数企业均选择在大型半电波暗室开展该项测试。半电波暗室即除地板外，其余各面均铺设吸波材料的屏蔽室，地板一般铺设镀锌钢板，建立有反射地面。为准确测量车辆的辐射发射值，还需要配备测量接收机、屏蔽电缆和一副可以覆盖完整测量频段的天线。

试验开始前，应将车辆放置在半电波暗室中，如图1所示，天线到车辆外侧金属部分的距离为10m［1］。为了确保不存在足以影响测量值的外界噪声或信号，应在总检测之前，车辆没有运行的状态下测量环境噪声。例如，将待检测车辆在试验场地停放好、切断电池连接。用测量接收机扫描，外界噪声或者干扰信号至少应该低于产品标准所规定的参考限值6dB。需要关注的是，在进行环境噪声检测时，仅拔出车辆钥匙是不够的，如车辆防盗系统、车身控制模块等依然处于工作或者未进入休眠模式，会干扰背景测量，因此，必须切断蓄电池连接。

试验开始后，试验室内不得放置无关的金属物品，人员也要离开试验室。

根据骚扰源的不同，测试分为宽带测试和窄带测试，对于宽带测试，车辆的状态按照下述的要求进行设置。

1）发动机 车辆处于空挡，对于仅装有内燃机的车辆，在每次测量时发动机应按1500±10%r／min运转。对于峰值或准峰值测量，发动机的转速相同。

2）其他系统 在进行测量时，所有和动力系统一起自动接通的设备，都应尽可能处在典型的正常工作状态，发动机处于正常工作温度。此外，驾驶员或乘客能够操作持续运行的，能产生宽带发射的所有设备都应工作在最大负载状态下。

对于窄带测试，仅需保持点火开关处于开启位置，娱乐系统打开。

所有准备工作完成后，操作测量接收机，分别在天线水平极化、垂直极化和车辆左右两侧进行全频段扫描。

2 整车辐射发射问题排查思路

为便于排查工作的开展，在试验开始之前应仔细研究整车电器原理图，对全车用电器，根据关闭模式、辅助设备供电模式、点火供电模式和起动发动机供电模式4类整车供电模式进行分类。

1）关闭模式 在这种供电模式下，KL15和KLR开关断开，只有与蓄电池直接相连的电子控制单元才被供电。在此供电模式下，整车对一些开关状态应该能够进行检测 （如门开关状态），以便当特定事件发生时对网络进行唤醒。在此供电模式下，一些系统 （不限于以下系统）应该可以工作，例如：车辆防盗系统、门锁系统。

2）辅助设备供电模式 在这种供电模式下，车身系统的网络应该被唤醒，一些辅助设备系统（不限于以下系统）应该工作，例如：风窗刮水系统、车辆防盗系统、门锁系统。

3）点火供电模式 在这种供电模式，整车所有的功能都应该能够工作。

4）起动发动机供电模式 此种供电模式只能瞬间保持，然后点火开关的位置会回到点火供电位置。由于在发动机起动瞬间，电压会有突变，此时不应该进行写可擦除只读存储器 （EEPROM）数据的操作，一些系统应该停止工作。

根据分类，测试过程中通过更改供电模式来快速确定骚扰源分布，同时，通过熔断丝拔除或者断开部件以准确定位骚扰源。

3 整车辐射发射分析整改

整车辐射发射测量值需符合CISPR 12限值要求，限值见表1。骚扰测量中对同一个脉冲输入信号的中频输出波形进行不同形式的加权检波，可以得到不同的值，一般包络的峰值＞准峰值＞有效值＞平均值［3］，为了节约测试时间，测试时采用准峰值限值、用峰值检波方式测量。

表1 限值

3.1 宽带辐射发射测量

按照上述要求起动发动机和相关负载，天线垂直极化，驾驶员侧峰值扫描结果见图2。

图2中峰值检波结果超出准峰值限值，但准峰值读点均符合限值要求。虽未超过限值要求，根据扫描结果来看，该款车整体辐射值较高。为进一步确定骚扰源，需要开展排查工作。

根据上述排查思路，切换车辆供电模式，由点火供电模式改为辅助设备供电模式。关闭发动机，其余设备工作状态与之前保持一致，主要部件有空调鼓风电机、刮水电动机。为便于分析比对，将发动机关闭前后峰值扫描结果合成在一张图上，见图3。

分析图3峰值检波结果，其中浅色曲线即图2峰值测试结果，深色曲线为发动机关闭后峰值检波结果。200MHz频段以下峰值检波结果普遍下降20dB，其主要构成为发动机宽带辐射。而150 MHz、280 MHz、400MHz、500MHz附近尖峰没有变化，其骚扰源是辅助设备供电模式下的用电器。进一步确定骚扰源，当关闭空调鼓风电机及拔除空调熔断丝之后，峰值检波结果如图4所示，图3中尖峰基本消失，可以判断上述频点的骚扰源是空调鼓风电机及其控制器。

分析鼓风电机原理可知，电机换相瞬间产生对外噪声。具体部位是定子铁心，其机理是磁致伸缩。导体材料在磁场中受磁力后会生产伸长或缩小的变化，即受拉伸或压缩，这是由电磁力引起的。电机换相时，铁心的不同部位的受力突然变化就产生了磁致伸缩的现象，从而引起铁心硅钢内的振动而发出瞬间的高频噪声。

针对上述问题，解决方法一为提高铁心刚度，二为将驱动方式由梯形改为正弦。即电机的工作电流由梯形改为正弦，使铁心的受力变化更柔和，该方案实质是将现有的无刷电机改为永磁同步电机。因此定子的冲片形式和控制器要重新设计，更改驱动器。

对鼓风机采取上述整改措施后，更换在同一台整车上验证效果，在天线垂直极化、驾驶员侧进行测试，测试条件同上述，峰值检波结果如图5所示。

对该骚扰源进行定位和整改后，峰值扫描和准峰值检波结果均符合限值要求。200 MHz以上测量结果基本与背景一致，整改措施有效。

3.2 窄带辐射发射测量

窄带辐射发射在车辆辅助供电模式下进行，峰值检波结果如图6所示。

通过排查，当拔除空调熔断丝后，图6中100 MHz之后的尖峰消失，因此可以判定150MHz、280 MHz、400MHz、500MHz频点附近的窄带信号由空调控制器造成。

分析可知辐射信号的频率是驱动频率的倍频，初步判断是因驱动电路引起的。为降低辐射值，对驱动电路进行整改，一是在控制信号输出电路上加电感进行隔离，同时加吸收电容。二是更改搭铁布线，在调整搭铁点的同时，尽可能使驱动回路的面积最小。控制器应用以上对策后进行复测，测试条件与前次一样，测试结果见图7。

至此，造成整车辐射骚扰值偏高的主要骚扰源已全部找到并得到改善，空调鼓风电机和空调控制器的整改措施在整车上效果良好，整车辐射发射值在200 MHz以上最高降幅达20 dB，符合CISPR12标准要求。

此外刮水电动机辐射对整体辐射水平也有贡献，但因其相对不高而被发动机噪声覆盖。如图8所示，60～80MHz附近毛刺即为刮水电动机辐射。

针对刮水电动机电源线，增加钳位滤波器，对差模和共模干扰均有抑制作用。重新验证结果如图9所示。

根据测试结果可知，针对刮水电动机电源线应用钳位滤波器后，辐射发射值下降明显，全部降至准峰值限值以下，整改措施有效。为实现生产，钳位滤波器可以使用贴片式共模抑制器代替，布置在电机设计电路上。

4 结束语

整车辐射发射测试根据骚扰源不同，分为宽带和窄带测试。采用供电模式分类和熔断丝定位法来确定骚扰源的位置。根据实际测试结果可知，整车主要骚扰源为发动机、空调鼓风电机、刮水电动机和占空比 （PWM）信号控制器。分别对比图2～图5、图6～图7、图8～图9可以看到，对鼓风电机、空调控制器和刮水电动机整改后，辐射水平均下降至限值以下，达到整车限值要求。这些零部件大部分在台架试验中是通过的，因此需引起重视的是，即使零部件检测结果合格，并不意味着整车测试可以通过。因此，整车企业应更加重视整车电磁兼容性测试。

通过以上对整车辐射发射的测试、骚扰源定位、问题整改以及再验证的详细描述，阐述了整车辐射发射测试及整改的基本方法，对于提升公司产品电磁兼容性能和后续车型的开发具有良好的指导意义。

［1］CISPR12 Vehicles， boats and internal combustion engines—Radio disturbance Characteristics—Limits and methods of measurement for the protection of off-board receivers［S］.2009.

［2］蒙特罗斯，纳考奇.电磁兼容的测试方法与技术［M］.游佰强，周建华，等译.北京：机械工业出版社，2007.

［3］邹逢兴，张湘平，李汉军，等.电磁兼容技术［M］.北京：国防工业出版社，2004.