汽车零部件BCI试验中测试线束的TLM法模型分析

(中认(沈阳)北方实验室有限公司，辽宁 沈阳 110141)

1 引言

随着全球经济和科技的高速发展，人们对汽油煤炭等传统能源的需求日益增加，导致传统能源的损耗速度过快，对环境的影响日趋严重，其中最受人们关注的问题之一就是二氧化碳的排放。出于对经济、环境等多方面的因素，各国开始大力发展新能源汽车。随着汽车工业的高速发展，汽车电子零部件的可靠性问题就显得举足轻重，这影响汽车行驶的安全性能。但机动车电子部件的可靠性，特别是如何保证整车所集成的各种功能能够在恶劣的电磁干扰中维持正常工作，满足电磁兼容就成为了至关重要的问题，这就凸现了机动车零部件电磁兼容试验的重要性。

在对机动车零部件进行EMC抗干扰测试中，大电流注入(BCI)抗干扰测试作为一个比较经典的测试方法，一直被各大汽车企业作为规范广泛采用。其优点在于良好的测试重复性，在能够达到较严酷的测试强度的同时，无需破坏线束结构等。

2 大电流注入(BCI) [2]

大电流注入为零部件国际标准ISO 11452-4中所规定的电磁抗扰度试验项目，目前标准中规定了“替代法”和“闭环法”两种试验方法。

大电流注入法“替代法”的试验布置示意图如图1所示。

测量线束的长度为1700mm(0，+300)。测试时，线束类型应根据实际系统的使用要求确定，线束应该放置在50±5mm的绝缘块上。注入探头应当分别放置在距离被测样品150 ± 10mm、450 ± 10mm、750 ± 10mm处。信号源通过与功率放大器连接，为注入探头提供符合测试要求的电流强度。

图1 “开环法”的试验布置

3 TLM分析方法介绍

FLO/EMC是专业针对系统级电磁兼容性分析的仿真软件。FLO/EMC采用先进的时域传输线矩阵法(TLM)，将冲击脉冲作为激励源。因为冲击脉冲在时域的宽度趋于无限窄，从频域来说它能覆盖无限宽的频率范围。当以这个冲击脉冲来激励整个系统时，在时域得到的此脉冲与系统函数h(t)的卷积，对应于频域，结果将是系统函数H(s)与冲击脉冲的频域响应的乘积，由此我们可以得到整个系统的频域响应H(S)。由于以上的求解原理，只需要一次求解就可以得到系统在整个频域的响应。

当对体积较大的物体进行系统级EMC分析时FLO/EMC采用独特的精简模型及嵌入式网格技术，并采用独特的Octree网格合并技术，在保证计算准确性的前提下，大大提高了计算速度。

4 模型建立

根据麦克斯韦推导出，一根细导线被入射角θ的平面波电场E0照射，导线上在任意位置z沿导线的感应电流表达式为：

Ez=E0sinθejkzconsθ

(1)

经过积分变换，可以推导出：

I(z)=C1sinkz+C2coskz-Ise-jkz

(2)

式中的C1和C2由边界条件确定，并且式中Is为：

(3)

由此在80MHz的频率下建立导线的等效模型，如图2所示。

图2 等效模型

耦合端口电流的分布如图3所示。

图3 耦合端口电流的分布

由此可以看出，在随着导线上距离电流注入钳距离一定的情况下，频率越高衰减越大，换言之，在电流注入钳距离一定的情况下，频率越低，受到的干扰越强，这也为实际检测工作提供了指导性理论依据。由此可以得到，在测试中电流注入钳位置一定的请款下，在较低的频率时，被测试的样品受到的干扰更强。因此，当被测试样品在低频较为敏感时，设计时应增加抗干扰措施。并且，根据等效模型也可以看出，导线中的干扰电流是向两侧发散的，因此被测线束另一侧的负载端，同样会受到干扰。虽然负载相对于被测试样品距离电流注入钳更远，同样会受到干扰，所以在设计被测试样品的同时，对于含有电子电路的负载也需要增加抗干扰措施，避免测试时产生误判。

5 结语

为满足ISO 11452-4 《道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第4 部分:大电流注入(BCI)法》中对汽车电子零部件的大电流注入抗扰度试验的要求，采用传输线矩阵的方法(TLM)对被测试样品的线束进行建模和研究，并对骚扰源集总的表面电流、骚扰特性进行了仿真，推论出实验中容易产生的问题，全面了解和掌握该测试的传导特性，为企业设计和制造汽车零部件产品提供了有力的理论基础。