电动汽车自兼容分析与实验

方明壮，张光亚，汤宇，王芳佑，谭文铮



电动汽车自兼容分析与实验

方明壮1，张光亚1，汤宇2，王芳佑2，谭文铮2

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007；2.广西艾盛创制科技有限公司，广西 柳州 545007）

随着汽车电子技术的发展与用户对舒适度要求的不断提高，车内前装电子设备的数量大幅增加，其中不乏影响汽车安全的功能部件。本文基于整车设计图纸，对样车进行电磁兼容理论分析，获得存在自兼容风险的零部件为DC-DC、BMS、鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭；进一步的，基于自兼容实验，对理论分析结果论证筛选，提出DC-DC、雨刮电机、喇叭风险较大；最后通过与标准测试对标，验证了自兼容测试方法的有效性。

电磁兼容；自兼容；风险；对标

前言

电动汽车高压零部件将对环境及整车自身产生电磁骚扰，布满全车的敏感零部件及天线能否稳定正常运行，关乎乘车人的行车体验甚至人身安全。全球多项标准对电动汽车的EMC性能提出了评估办法。GB/T 18387标准对车辆电磁场辐射发射提出了强制要求，ISO 11451-2标准对车辆及车内电子元器件在复杂电磁环境骚扰下的性能提出了评级，GB 8702-2014标准对车内电磁辐射影响人体健康提出了安全限值要求。但各项标准中暂无对车辆自兼容性能的评判方法，测试方案同样缺失。

本文基于整车设计图纸对车辆布置、线束、接地进行理论分析，进一步的，提出了一种基于开阔场的车辆EMC自兼容实验方法。通过参考国家标准进行验证测试，对自兼容实验方法的有效性作出评估。

1 基于整车设计图纸的电磁兼容理论研究

整车的自兼容问题属于由内部骚扰导致的问题，通常在一些特定工况下出现某些电气功能异常或性能降级。车内常见的骚扰源包括高压零部件、高压线束、各种电机、喇叭等，常见敏感源包括安全气囊、VCU、BMS、BCM、ESC、仪表、车载主机、天线、摄像头等。骚扰源将通过电源、地、传导、辐射干扰敏感设备正常工作。基于整车设计图纸，针对零部件布置、线束布线，可初步分析整车自兼容性能。

样车高压零部件布置及线束布线如图1（a-f）所示，（a）图中DC-DC高压线束与低压信号线束接口同侧贴近，且存在200mm以上共线长度，存在高低压耦合风险；（b）图中电池包高压母线、快充线与BMS控制信号线接口较为靠近，且控制信号线与母线有超过500mm的共线长度，存在高低压耦合风险；（c-f）图分别为车载主机线束与鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭电源线的共线图，作为敏感零部件的车载主机内含有AM/FM收音模块、倒车影像、影音系统等多媒体设备，由于同骚扰零部件共同走线且距离较长，存在被干扰的风险。

2 基于开阔场的自兼容实验研究

基于理论分析结果，选取骚扰源DC-DC高压线束与敏感源DC-DC控制信号线束，骚扰源电池包直流母线与敏感源BMS控制信号线束进行高低压线束耦合测试；选取鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭电源线束进行感性负载瞬态发射测试。

2.1 整车环境下的高低压线束耦合

整车环境下的高低压线束耦合实验布置如图2所示，将电流探头（R&S EZ-17）依次布置在走线贴近并共线的高压线束及敏感信号线束上，经优质同轴线缆连接至频谱分析仪（Agilent N9913A）输入接口。

图2 整车环境下的高低压线束耦合实验布置图

分别选取DC-DC高压线束及控制线束、BMS高压线束及控制线束进行分析。分别测量得到频谱曲线如图3-4所示。其中，图3为DC-DC高低压线束耦合测试曲线，对比（a）、（b）图中标记点，表明高压线束及控制线束在对应频段骚扰均较大，高压线束骚扰信号通过辐射方式耦合至其控制线束。

图3 DC-DC高低压线束耦合测试曲线

图4为BMS高低压耦合测试曲线，对比（a）、（b）图中频谱信号，各频段信号强度趋势相近，BMS高压线束由于具有良好的屏蔽及接地性能，即使其与控制线束贴近走线且共线距离超过500mm，控制信号线束依然表现出良好的辐射发射水平。

图4 BMS高低压线束耦合测试曲线

对比测试结果，DC-DC高低压线束布线过近，且DC-DC高压线束自身屏蔽接地性能较差，其产生的骚扰信号可能导致控制信号出现误码，影响零部件正常工作。BMS高低压线束虽布线接近，但直流母线具有良好的屏蔽接地性能，因此控制信号受影响概率较小。

2.2 整车感性负载瞬态发射

整车感性负载瞬态发射实验布置如图5所示，将测试探针分别置于感性负载正负两极线束上，通过优质测试线缆连接至示波器（Tek DPO7104）输入接口，打开被测感性负载开关进行启动状态实验。

图5 整车感性负载瞬态发射实验布置图

图6（a-d）分别为鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭的瞬态发射测试曲线，设备开启瞬间，各零部件均出现了电压过冲导致的上升沿信号，鼓风机、EPS电压上升沿较低，整车低压12V系统过冲最高达到24V；雨刮电机和喇叭上升沿较高，其中雨刮电机电压上升沿为63V，喇叭电压瞬态波动超过300V。

对比测试结果，鼓风机、EPS瞬态发射骚扰强度较低，对车内敏感源骚扰较小；雨刮电机、喇叭瞬态发射骚扰强度较高，可能在一定程度上影响车内敏感源正常工作。

3 基于暗室环境的电磁兼容测试验证

图7 电动汽车电磁场辐射发射测试曲线（70km/h）

根据GB/T 18387-2017标准要求测试方法，对被测车辆进行整车高低压线束耦合验证测试，测试结果如图7所示，车辆在70km/h满载运行工况下，电场与磁场在20-30MHz频段均出现了较大程度的超标现象。通过断开接插件、线束添加磁环等方法对骚扰源定位，确定20-30MHz频段骚扰源于DC-DC高压线束及其控制线束，将该两组线束贴近DC-DC接口端添加RFC-20型号纳米晶磁环，该频段骚扰信号强度显著降低。可确定被测样车DC-DC为主要骚扰源，其骚扰通过线束辐射的方式耦合至其控制信号线束。

根据GB/T 18655-2010标准要求测试方法，对被测车辆进行整车感性负载瞬态发射验证测试，车辆置于10米法暗室环境中，将车载FM天线通过优质同轴线缆连接至接收机。分别打开鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭，获得车载天线接收到的发射信号，测试结果如图8所示。鼓风机、EPS骚扰接近底噪水平，对天线接收性能并无影响；雨刮电机、喇叭工作时骚扰信号强度较大并超过限值要求，可能对天线正常工作产生一定影响，可通过优化零部件EMC性能、改变布线方式等方法，减小此类感性负载零部件对车辆自身敏感零部件的干扰。

图8 车载天线接收到的发射测量曲线

4 结论

本文基于整车设计图纸对样车零部件布置、布线、接地情况进行了风险分析，通过将骚扰源与敏感源进行合理分类，获得可能影响整车自兼容性能的零部件，如DC-DC、BMS、鼓风机、EPS、雨刮电机、喇叭。进一步的，提出一种基于开阔场的自兼容实验方法，包括整车高低压线束耦合与感性负载瞬态发射，实验结果表明，DC-DC高压线束将骚扰信号通过线束辐射的方式耦合至其控制线束，雨刮电机与喇叭将在开启瞬间产生较大的电磁骚扰。通过参照国标对自兼容实验进行验证，确定DC-DC、雨刮电机、喇叭在布置与布线上存在优化必要。

基于整车设计图纸的EMC风险分析与基于自由场的自兼容试验可作为传统标准测试的有效辅助手段，便捷、廉价的分析与实验方法有利于指导主机厂及供应商对整车与零部件进行有效的电磁兼容分析，并尽早对暴露的EMC缺陷采取措施，避免车辆在自兼容方面出现问题。

[1] 中国汽车技术研究中心. GB/T 18655-2010 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法[S].北京:中国标准出版社,2010.

[2] 中国汽车技术研究中心.GB/T 18387-2008 电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法,带宽,9 kHz~30 MHz[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3] CISPR 25: 2008Vehicle, boats and internal combustion engines- Radio disturbance characteristics - Limits and methods of measurem -ent for the protection of on-board receivers [S].2008.

[4] 黄雪梅,雷剑梅,赖志达,陈立东.30MHz以下电动汽车的辐射发射抑制[J].安全与电磁兼容, 2013(4):28-30.

Electric vehicle electromagnetic compatibility analysis and experiment

Fang Mingzhuang1, Zhang Guangya1, Tang Yu2, Wang Fangyou2, Tan Wenzheng2

( 1. SAIC General Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007; 2. Guangxi Aisheng Creation Technology Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007 )

With the development of automotive electronic technology and the increasing demand for comfort, the number of electronic equipment in the car has increased greatly, among which there are many functional components that affect the safety of the car. Based on the design drawings of the whole vehicle, the electromagnetic compatibility of the model car is analyzed, and the self compatibility risk components are DC-DC, BMS, blower, EPS, wiper motor and horn. Further, based on the self compatibility experiment, the theoretical analysis results are proved and screened, and the risk of DC-DC, wiper motor and horn is higher. Finally, the validity of the self compatible test method is verified by benchmarking with the standard test.

electromagnetic compatibility; self compatibility; risk; benchmarking

B

1671-7988(2018)20-07-04

U469.72

B

1671-7988(2018)20-07-04

U469.72

汤宇，就职于广西艾盛创制科技有限公司，本科、新能源汽车EMC分析工程师。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.003